[发明专利]一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法

权利要求书

1.一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法，其特征在于，它包括的内容有：

1)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的数学模型：

y(t)＝Cx(t)+D_uu(t) (1)

其中x(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号的微分，B_ηη_x(t)是电力信息物理系统的状态攻击信号，A、B_u、C、D_u是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

2)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的数学模型：

y′(t)＝Cx′(t)+D_uu(t)+D_ηη_s(t) (2)

其中x′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，D_ηη_s(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，A、B_u、C、D_u是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

3)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的自适应滑模观测器的数学模型：

其中是受到状态攻击时的自适应滑模观测器的状态信号，是受到状态攻击时的自适应滑模观测器的输出信号，v_x(t)是自适应滑模观测器中状态攻击的重构信号，是受到状态攻击时的自适应滑模观测器状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，B_η是电力信息物理系统的状态攻击信号的选择矩阵，L是受到状态攻击时的自适应滑模观测器的增益矩阵，A、B_u、C、D_u是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

4)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的数学模型时，根据电力信息物理系统的攻击检测方案：

对电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号y′(t)引入一个低通滤波器：

其中是低通滤波器的输出信号，x′_f(t)是低通滤波器输出信号的积分，积分常数为0，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，A_s，B_s是设计的赫维茨矩阵，有：

式中D_ηη_s(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，C、D_u是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号；

定义：v(t)＝[x′(t)^T,x′_f(t)^T]^T,y″(t)＝x′_f(t)，含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的数学模型被描述为：

y″(t)＝C′v(t) (6)

其中v(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，D′_ηη_s(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号，A′、B′_u、C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的数学模型：

其中是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的状态信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的输出信号，v_s(t)是自适应滑模观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，D′_η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，G是受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的增益矩阵，A′、B′_u、C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

5)利用电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号y(t)与受到状态攻击时的自适应滑模观测器的输出信号之间产生残差信号收敛到零进行状态攻击信号重构，利用引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号y″(t)与引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的自适应滑模观测器的输出信号之间产生残差信号收敛到零进行传感器攻击信号重构：

①电力信息物理系统受到状态攻击时：

B_ηη_x(t)-B_ηv_x(t)＝0 (8)

式中B_ηη_x(t)是电力信息物理系统的状态攻击信号，B_η是电力信息物理系统的状态攻击信号的选择矩阵，v_x(t)是自适应滑模观测器中状态攻击的重构信号；

定义：常数K大于0，可以通过以下方法实现重构v_x(t)：

ρ_x是的积分，积分常数为0，v_x(t)是自适应滑模观测器的状态攻击的重构信号，其中F_x＝B_η^TPC^T(CC^T)^-1，B_η是电力信息物理系统中状态攻击信号的选择矩阵，P是大于0且满足系统要求的矩阵，C是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

为了减少抖动，信号v_x(t)被修改为：

式中δ保证足够小；

②电力信息物理系统受到传感器攻击时：

D′_ηη_s(t)-D′_ηv_s(t)＝0 (11)

式中D′_ηη_s(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号，D′_η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，v_s(t)是自适应滑模观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号；

定义：常数M大于0，可以通过以下方法实现重构v_s(t)：

ρ_s是的积分，积分常数为0，v_s(t)是自适应滑模观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号，其中D′_η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，Q是大于0且满足系统要求的矩阵，C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；

为了减少抖动，信号v_s(t)被修改为：

式中δ保证足够小；

6)设定电力信息物理系统的攻击检测逻辑：

①利用残差信号重构电力信息物理系统的状态攻击信号v_xi，设计状态攻击检测逻辑：

电力信息物理系统状态攻击无警告

电力信息物理系统状态攻击有警告

其中v_xi是电力信息物理系统的重构状态攻击信号，Th_xi是电力信息物理系统的重构状态攻击给定的攻击阈值，|v_xi|表示电力信息物理系统的重构状态攻击信号的绝对值，Flag_i表示电力信息物理系统的状态攻击的报警信号；

②利用残差信号重构电力信息物理系统的传感器攻击信号v_si，设计传感器攻击检测逻辑：

电力信息物理系统传感器攻击无警告

电力信息物理系统传感器攻击有警告

其中v_si是电力信息物理系统的重构传感器攻击信号，Th_si是电力信息物理系统的重构传感器攻击给定的攻击阈值，|v_si|表示电力信息物理系统的重构传感器攻击信号的绝对值，Flag_i表示电力信息物理系统的传感器攻击的报警信号。