[发明专利]一种抵御电力系统直流状态估计中数据完整性攻击的方法

摘要

本发明公开了一种抵御电力系统直流状态估计中数据完整性攻击的方法，包括以下步骤：用加权最小二乘方法对直流系统的实时状态进行估计；构建最小代价数据完整性攻击模型，以模拟攻击者的行为；用一种基于线性变换的算法求解最小代价数据完整性攻击，得到此时的最优攻击向量；在得知当前最优攻击向量的基础上，实现一种基于贪心算法的PMU优化配置防御策略，配置完成后，不仅从源头上防止了数据完整性攻击的发生，还同时保证了系统的完全可观测性。本发明能够准确、快速地对电力系统直流状态估计中的数据完整性攻击进行防御，提高了电力系统状态估计的准确性和安全性。

主权项

1.一种抵御电力系统直流状态估计中数据完整性攻击的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)从能量管理系统获得电力系统的网络参数；2)数据采集与监视控制系统接收传感器量测量，再将传感器量测量发送至能量管理系统的状态估计器中，能量管理系统的状态估计器根据传感器量测量估计电力系统的实时状态；3)建立最小代价数据完整性攻击模型：s.t.H^Sc＝0||c||_∞≥τ其中，c为偏移量，τ为预设值，S为初始化为空的安全子集，H为系统的量测雅克比矩阵,为雅克比矩阵H中未被保护的电力系统节点相关的变量所组成的子矩阵；4)根据步骤1)得到的电力系统的网络参数求解所述最小代价数据完整性攻击模型，得最小代价攻击向量a；5)对系统的雅克比矩阵H进行分块，根据所有传感器的量测量将系统雅克比矩阵H按行分为N‑1个矩阵块H^Li，再寻找最小代价攻击向量a中的非零量测量a_k，其中，Li＝1,...,N‑1，N为电力系统的节点数目，k＝1,...,Nu，Nu＝||a||₀；构造计数向量M(Li),其中，Li＝1,...,N‑1，计算最小代价攻击向量a中的Nu个量测量包含在各个矩阵块H^Li中的个数，将最大Nu个量测量包含在各个矩阵块H^Li中的个数记作M(Li^*)，即，Li^*节点为配置PMU的最佳节点，则将PMU配置到Li^*节点上，同时将矩阵块添加到安全子集S中；6)重复步骤3)、4)及5)，直至Rank(H^S)＝N‑1为止，完成电力系统直流状态估计中防御数据完整性攻击；设传感器量测量包括支路有功功率和节点注入有功功率z，z＝(P₁,P₂,..P_g..,P_N,P_ij,P_ji,...)^T，其中，P_i,j为第i个节点到第j个节点之间的支路有功功率，P_g为第g个节点注入有功功率；则电力系统直流状态估计值为：其中，R为权重矩阵；电力系统的状态变量包括节点电压相角x，其中，x＝(θ₂,θ₃,..θ_h..,θ_N)^T，θ_h为第h个节点电压相角，则第i个节点到第j个节点之间的支路有功功率P_i,j和第i个节点注入有功功率P_i分别为：其中，X_ij为第i个节点到第j个节点之间的支路导纳，为与i节点相连的节点集合；步骤4)的具体操作为：1a)由步骤1)得到的电力系统的网络参数得到系统的测量雅克比矩阵H，对系统的测量雅克比矩阵H进行转置得到行满秩矩阵H^T；2a)对行满秩矩阵H^T进行初等行变换，得行最简形矩阵；3a)找到行最简形矩阵中0元素最多的一行，然后通过列变换将该行的所有零元素交换至该行的最前列；4a)将步骤3a)得到的矩阵通过初等行变换得新的行最简形矩阵，然后重复步骤3a)，直至非零元素最少一行的位置不发生变化且非零元素最少一行中0元素个数不变为止，得矩阵(H^T)″；5a)选取步骤4a)得到的矩阵(H^T)″中非零元素个数最多的一行，然后将该非零元素最多的一行作为最小代价攻击向量a。