[发明专利]数据注入攻击下网络化多区域电力系统的自适应状态估计方法

摘要

本发明公开了一种数据注入攻击下多区域网络化电力系统的自适应状态估计方法。首先在同时考虑系统状态和攻击信号的情况下对每个区域给出一个新的量测方程，把状态估计转化成带有约束的优化求解问题；然后构造一些虚拟节点连接边界系统，实现相邻区域间的通信约束，并利用变分不等式原理给出了带有约束信息的拉格朗日函数；最后提出了变惩罚参数的状态估计方法，实现数据注入攻击下的状态估计，其中该惩罚参数可以根据估计误差和边界误差进行自适应地要调整其大小，进而提高了估计的精度和速度。本发明是应用于数据注入攻击下大规模多区域电力系统状态估计，能够很好地保证准确性和速度性，以满足未来智能电网的发展需求。

主权项

1.一种数据注入攻击下网络化多区域电力系统的自适应状态估计方法，利用系统的量测数据进行状态估计，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1：将大标度的网络化电力系统划分成多个控制区，每一个控制区就是一条或若干条母线和与其连接的发电机，即一个子系统；设给定的电力系统被划分为p个子系统，其中p为正整数；步骤2：读取不同区域的量测数据，系统的量测量包括电压幅值和相角量测、母线的有功与无功注入功率量测量、支路有功无功潮流量测量，量测方程如下：Pik＝Vi2(gik+gsik)‑ViVk(gikcos(θi‑θk)+biksin(θi‑θk))Qik＝‑Vi2(bik+bsik)‑ViVk(giksin(θi‑θm)‑bikcos(θi‑θk))θi＝arctan(fi/ei)其中，i是属于子系统Sa的一条接线；Vi、Pik、Qik、Pi、Qi分别是接线l和m处电压幅值、有功和无功潮流、有功和无功注入潮流的量测值；Vi、Vk分别是接线l和m的电压幅值；θi、θk分别是接线l和m的相角值；gi+jbik是支路i‑k串联导纳值；gsik+jbsik是支路i‑k并联导纳值；gi+jbi是连接到线i的并联导纳值；a(i)为连接到i上并且属于区域Sa的所有线的集合；b(i)为连接到i上并且属于区域Sa的所有线的集合(i≠k)；ei表示支路i的有功分量；fi表示支路i的无功分量；步骤3：假设各个子系统的量测与状态量成线性关系，并给出FDI攻击下量测方程，其同时包含攻击信息和状态信息：式中：zi为子系统i的量测量，Hi为子系统i的雅可比矩阵，I为单位阵，xi为子系统i的状态变量，ai为子系统i的FDI攻击信号；步骤4：给出状态估计的目标函数与边界通信约束条件：式中：xs[t]、xt[s]分别为子系统s、t的边界状态变量，Ns为与子系统s相邻的子系统集合；步骤5：为了更好地进行多区域的状态估计，实现不同区域之间的通信，通过构建虚拟节点的形式来表示相邻区域间的通信约束：式中：y_b表示虚拟节点的状态，集合包含所有的桥节点，A表示所有节点组成的集合，集合N_b表示与桥节点b相连的邻居节点；步骤6：利用变分不等式原理，把上述状态估计问题转化成求解变分不等式问题，找出满足不等式条件的最优解，首先给出拉格朗日函数，其中λi,b为调节参数，βi,b为变惩罚参数；基于拉格朗日函数F(r_i,y_b,λ_i,b)，给出需要求解的变分不等式，下面三个式子分别求解出最优解r_i^k+1，其中k为迭代次数，分别表示F(r_i,y_b,λ_i,b)函数对和的导函数，调节参数γ∈(0,2)；步骤7：在每一次迭代之前均需要判断当前的状态估计误差精度是否达到系统的要求，若达到则停止迭代，若没达到则需要根据当前的估计误差与边界误差的关系进行动态地调整函数F(r_i,y_b,λ_i,b)的变惩罚参数其调整规则为：其中表示系统状态和攻击信号在第k步的迭代误差，μ∈(0,1)，λ_i,b∈N_b，非负序列满足且根据以上式子迭代求解最优值，直到误差精度满足系统对估计值的要求。