[发明专利]基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法

摘要

本发明涉及一种电网数据安全技术领域，是一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，包括以下步骤：第一步：获取电网数据；第二步：对系统状态和量测进行相关性分析；第三步：计算新息向量；第四步：假数据检测与定位；第五步：假数据的更新；第六步：状态估计；本发明通过分析电力系统状态和量测之间的相关性，有效的检测出传统基于量测残差方法所不能检测的假数据注入攻击，提高了检测准确度；区别于传统方法的多次迭代检测，能一次性的检测出所有被攻击的量测，有效节约了计算时间，适用于电网的在线应用；能定位具体的恶意注入数据且利用量测预测值更新含假数据注入的量测，确保了状态估计能够再次运行得到系统准确的运行状态。

主权项

一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：获取电网数据，所述电网历史数据包括电网拓扑结构、线路参数和历史状态估计数据，其中电网拓扑结构包括线路之间的连接状态,开关开断情况；线路参数包括线路导纳、对地电纳，之后进入第二步；第二步：对电网系统状态和量测进行相关性分析，所述电网系统状态相关性分析包括节点电压的时间相关性建模、状态预测；所述电网系统量测相关性分析包括当前时刻的量测值与量测预测值之间的时间相关性，具体如下：(一)进行电网系统状态相关性分析，具体如下：(1)建立线性化的准稳态模型，如下式所示：xk+1＝Fkxk+Gk+wk  (1)其中，Fk和Gk是n维非零对角动态模型参数矩阵；Fk是状态转移矩阵；Gk是控制向量；wk是服从正态分布的随机白噪声，即wk～N(0,Qk)，Qk是模型误差协方差矩阵；(2)计算参数Fk和Gk，通过Holt’s两参数线性指数平滑法求及历史状态估计数据得参数Fk和Gk，公式如下所示：Fk(i)＝α(1+β)  (2)Gk(i)＝(1+β)(1‑α)xkk‑1(i)‑βak‑1(i)+(1‑β)bk‑1(i)  (3)其中，Fk(i)和Gk(i)分别表示Fk和Gk的第i个对角元素；xk|k‑1(i)表示k‑1时刻的状态预测值；α和β是两个恒定参数；ak(i)和bk(i)表示两参数平滑中间变量，ak(i)＝αxk(i)+(1‑α)xk|k‑1(i)，bk(i)＝β[ak(i)‑ak‑1(i)]+(1‑β)bk‑1(i)；(3)结合Fk和Gk通过传统的期望理论，得出一个含n节点系统的状态预测值xk+1k和其协方差矩阵Mk+1，如下式所示：xk+1|k=Fkx^k---(4)]]>Mk+1＝FkPkFkT+Qk  (5)其中，是上一时刻的状态估计值；Pk是上一时刻的协方差矩阵；(二)进行电网系统量测相关性分析，得出预测的量测结果，预测的量测即量测预测值如下式所示：zk+1|k＝h(xk+1|k)  (6)其中，h(·)表示非线性量测方程；zk+1|k表示量测预测值；之后进入第三步；第三步：计算新息向量，所述新息向量为当前时刻的量测值与量测预测值的差值，计算公式如下式所示：ζk+1＝zk+1‑zk+1|k  (7)其对应的协方差矩阵Σk+1如下式所示：Σk+1=Rk+1+Hk+1Mk+1Hk+1T---(8)]]>其中，是量测雅克比矩阵；Rk+1是量测误差协方差矩阵；之后进入第四步；第四步：假数据检测与定位，具体如下：(一)建立用于检测量测时间相关性的检验器，检测器如下式所示：其中，λ1为检测门限，λ1＝3；||·||∞为无穷范数算子；zk+1(i)和zk+1k(i)分别为zk+1和zk+1k的第i个元素；(二)假数据的检测定位，具体如下：(1)若第i个新息向量对应的量测值超过了检测门限，则判定存在假数据注入攻击并且此新息向量对应的量测是被攻击的，同时将判定存在假数据注入攻击的新息向量对应的量测标记为被攻击的量测，之后进入第五步；(2)若没有新息向量超过检测门限，则不存在假数据注入攻击，之后进入第六步；第五步：假数据的更新，在判断出所有被攻击的量测后，用量测预测值代替更新被攻击的量测，之后进入第六步；第六步：状态估计，在没有假数据注入攻击或所有被攻击量测都被代替更新以后，采用控制中心已有的估计器得到系统各个节点电压和幅值，完成状态估计。