一種電力系統隱形攻擊的檢測方法、裝置及設備制造方法及圖紙

本說明書涉及電力安全防護技術領域，尤其涉及一種電力系統隱形攻擊的檢測方法、裝置及設備。包括，根據電力系統正常運行時對物理負載電力需求的動態響應特點對所有電力系統傳感器狀態測量值進行聚類，得到簇邊界，并通過電力系統傳感器獲取新的狀態測量值，按簇邊界條件將新獲取的狀態測量值歸入對應的簇中，依次對所有簇的進行隱形攻擊檢測，判斷電力系統是否遭受外部的隱形攻擊。通過本說明書實施例，解決了現有技術中無法有效區分電力系統正常負載擾動和外部攻擊的問題，同時提高了電力系統隱形攻擊的動態檢測效率，有效避免外部攻擊者惡意攻擊電力系統。擊者惡意攻擊電力系統。擊者惡意攻擊電力系統。

【技術實現步驟摘要】
一種電力系統隱形攻擊的檢測方法、裝置及設備


[0001]本說明書涉及電力安全防護
，尤其涉及一種電力系統隱形攻擊的檢測方法、裝置及設備。

技術介紹

[0002]隨著電力系統的建設和電力信息化的不斷深入發展，電力系統遭受外部攻擊的可能性也越來越大。電力系統主要由發電機、物理負載、電能傳導線、傳感器、控制系統和執行系統等組成。其中，電力系統所布置的大量傳感器將檢測到的電壓、電流、頻率等參數傳遞給電力系統的控制器模塊，由控制器模塊完成電力供應策略調整，并將相關結果傳遞給電力系統的執行模塊，完成電力系統的電力供應的動態調整。
[0003]攻擊者可以通過不正確的行為檢測并修改傳感器的測量值或者惡意注入錯誤的信息導致控制器模塊做出錯誤的判斷，從而危害電力系統的正常運行。在電力系統實際的運行過程中，物理負載對電力的需求處于動態的變化過程中，這種正常需求帶來的擾動同樣影響電力系統控制器模塊的判斷和決策。所以，如何正確地區分正常擾動和外部隱形攻擊，并在電力系統遭受隱形攻擊時發出正確的預警信號，對于電力系統的安全運行至關重要。
[0004]目前已有關于電力系統攻擊檢測的相關技術，例如，中國專利技術專利申請專利號CN202211710347.6名稱為“基于層次聚類的電力物聯網多類虛假數據注入攻擊檢測方法及系統”中將聚類分析中的層次聚類引入到電力物聯網的攻擊檢測之中，并以安全節點的估計值與聚類后得到的估計值進行比較后得到的平均絕對誤差為評價聚類的優劣；中國專利技術專利申請專利號CN201910389561.8名稱為“一種智能電網虛假數據注入攻擊檢測方法”中采用變分模態分解提取虛假數據注入攻擊行為特征，并使用在線序列極限學習機作為攻擊的檢測工具，各個節點的檢測相互獨立。上述方法對電力系統進行攻擊檢測時，均沒有考慮如何正確區分電力系統正常物理擾動和外部攻擊的問題，這可能會導致電力系統產生錯誤的報警，同時上述方法也沒有考慮電力系統運行過程中的動態變化特性，攻擊檢測效率低。
[0005]現在亟需一種電力系統隱形攻擊的檢測方法，從而解決現有技術中無法有效區分電力系統正常負載擾動和外部攻擊的問題。

技術實現思路

[0006]為解決現有技術中存在的問題，本說明書實施例提供了一種電力系統隱形攻擊的檢測方法、裝置及設備，根據電力系統正常運行時對物理負載電力需求的動態響應特點對所有電力系統傳感器狀態測量值進行聚類，得到簇邊界，并通過電力系統傳感器獲取新的狀態測量值，按簇邊界條件將新獲取的狀態測量值歸入對應的簇中，依次對所有簇的進行隱形攻擊檢測，判斷電力系統是否遭受外部的隱形攻擊。
[0007]為了解決上述技術問題中的任意一種，本說明書的具體技術方案如下：本說明書實施例提供了一種電力系統隱形攻擊的檢測方法，包括：
構建目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程；通過所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程構建初始化矩陣判別式，所述初始化矩陣判別式用于對所述目標電力系統的狀態參數集進行動態聚類，所述狀態參數為所述目標電力系統中控制模塊的輸入；根據所述初始化矩陣判別式對在目標時段所述目標電力系統的第一狀態參數集進行動態聚類，得到所述目標電力系統在所述目標時段的隱性攻擊檢測的簇邊界；獲取所述時段內所述目標電力系統的第二狀態參數集，并根據所述簇邊界確定所述第二狀態參數集中每個所述第二狀態參數對應的目標簇；構建所述目標電力系統隱形攻擊的檢測公式，利用所述隱形攻擊檢測公式對所述目標簇進行隱形攻擊檢測，確定所述目標電力系統是否存在隱形攻擊。
[0008]進一步地，所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程為：；其中，表示t時段在外部隱形攻擊下的所述目標電力系統的狀態測量值的一階導數，G表示描述所述目標電力系統運動方程的第一電力系統矩陣，A
’
=A+BKC，A
’
表示描述所述目標電力系統運動方程的第二電力系統矩陣，B
’
表示參數，B
’
=BK，A、B和K表示常數矩陣，C表示傳感器的測量矩陣，y(t)=Cx(t)，所述測量矩陣表示在t時段所述傳感器對所述目標電力系統的狀態進行測量得到的狀態測量值x(t)與所述目標電力系統的狀態參數y(t)之間的關系，y
a
(t)表示外部隱形攻擊的輸入值，d(t)表示t時段所述目標電力系統的正常負載擾動。
[0009]進一步地，通過所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程構建初始化矩陣判別式進一步包括：對所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程進行拉氏變換，得到所述目標電力系統輸入輸出的傳遞函數g(s) =C(sI
n
?
A
’
)G；其中，g(s)表示所述傳感器所測量的狀態測量值的拉氏變換，s表示復變數，I
n
表示n
×
n的單位矩陣；構建所述初始化矩陣判別式，其中，表示第|I
i
|個狀態參數與前面|I
i
|
?
1個狀態參數中的任意一個狀態參數j相似程度的閾值，表示第|I
i
|個狀態測量值的比例常系數的倒數，p
j
表示第j個狀態參數的比例常系數的倒數，其中j∈｛1,2,3... |I
i
|
?
1｝，β
j
表示判別矩陣β的第j行，表示判別矩陣β的第|I
i
|行，|| ||表示矩陣范數，所述判別矩陣β中的每一行對應當前簇中已經存在的一個狀態參數向量的特征向量，，|| ||
L1
表示L1范數，，| |表示絕對值，M
L
表示下三角矩陣，，，M
Σ
表示格拉姆矩陣。
[0010]進一步地，根據所述初始化矩陣判別式對在目標時段的所述目標電力系統的第一狀態參數集進行動態聚類進一步包括：初始化預定數量個未聚類的簇；將所述第一狀態參數集中的任意一個未聚類的第一狀態參數作為聚類目標狀態
參數，將聚類目標狀態參數劃分到任意一個未聚類的簇內；從所述第一狀態參數集中的未聚類的一個或多個第一狀態參數中選擇與所述聚類目標參數之間符合所述初始化矩陣判別式要求的第一狀態參數，并劃分到所述聚類目標狀態參數對應的簇中，直至所述第一狀態集中未聚類的一個或多個第一狀態參數中不存在與所述類目標參數之間符合所述初始化矩陣判別式要求的第一狀態參數，重復執行將所述第一狀態參數集中的任意一個未聚類的第一狀態參數作為聚類目標狀態參數的步驟，直至所述第一狀態參數集中不存在未聚類的第一狀態參數。
[0011]進一步地，確定所述簇邊界的步驟包括：確定所述第一狀態參數對應的傳感器與所述第一狀態參數所在的簇之間的對應關系；將所述對應關系作為所述簇邊界。
[0012]進一步地，根據所述簇邊界確定所述第二狀態參數集中每個所述第二狀態參數對應的目標簇進一步包括：確定所述第二狀態參數對應的傳感器，作為聚類目標傳感器；根據所述對應關系確定所述聚類目標傳感器本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1. 一種電力系統隱形攻擊的檢測方法，其特征在于， 包括：構建目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程；通過所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程構建初始化矩陣判別式，所述初始化矩陣判別式用于對所述目標電力系統的狀態參數集進行動態聚類，所述狀態參數為所述目標電力系統中控制模塊的輸入；根據所述初始化矩陣判別式對在目標時段所述目標電力系統的第一狀態參數集進行動態聚類，得到所述目標電力系統在所述目標時段的隱性攻擊檢測的簇邊界；獲取所述時段內所述目標電力系統的第二狀態參數集，并根據所述簇邊界確定所述第二狀態參數集中每個所述第二狀態參數對應的目標簇；構建所述目標電力系統隱形攻擊的檢測公式，利用所述隱形攻擊檢測公式對所述目標簇進行隱形攻擊檢測，確定所述目標電力系統是否存在隱形攻擊。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程為：；其中，表示t時段在外部隱形攻擊下的所述目標電力系統的狀態測量值的一階導數，G表示描述所述目標電力系統運動方程的第一電力系統矩陣，A
’
=A+BKC，A
’
表示描述所述目標電力系統運動方程的第二電力系統矩陣，B
’
表示參數，B
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=BK，A、B和K表示常數矩陣，C表示傳感器的測量矩陣， y(t)=Cx(t)，所述測量矩陣表示在t時段所述傳感器對所述目標電力系統的狀態進行測量得到的狀態測量值x(t)與所述目標電力系統的狀態參數y(t)之間的關系，y
a
(t)表示外部隱形攻擊的輸入值，d(t)表示t時段所述目標電力系統的正常負載擾動。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，通過所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程構建初始化矩陣判別式進一步包括：對所述目標電力系統在外部隱形攻擊下的物理系統方程進行拉氏變換，得到所述目標電力系統輸入輸出的傳遞函數g(s) = C(sI
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)G；其中，g(s)表示所述傳感器所測量的狀態測量值的拉氏變換，s表示復變數，I
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n的單位矩陣；構建所述初始化矩陣判別式，其中，表示第|I
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|個狀態參數與前面|I
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1個狀態參數中的任意一個狀態參數j相似程度的閾值，表示第|I
i
|個狀態測量值的比例常系數的倒數，p
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表示第j個狀態參數的比例常系數的倒數，其中j∈｛1,2,3... |I
i
|
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1｝，β
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表示判別矩陣β的第j行，表示判別矩陣β的第|I
i
|行，|| ||表示矩陣范數，所述判別矩陣β中的每一行對應當前簇中已經存在的一個狀態參數向量的特征向量，，|| ||
L1
表示L1范數，，| |表示絕對值，M
L
表示下三角矩陣，，，M
Σ
表示格拉姆矩陣。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述初始化矩陣判別式對在目標時段的所述目標電力系統的第一狀態參數集進行動態聚類進一步包括：初始化預定數量個未聚類的簇；
將所述第一狀態參數集中的任意一個未聚類的第一狀態參數作為聚類目標狀態參數，將所述聚類目標狀態參數劃分到任意一個未聚類的簇內；從所述第一狀態參數集中的未聚類的一個或多個第一狀態參數中選擇與所述聚類目標參數之間符合所述初始化矩陣判別式要求的第一狀態參數，并劃分到所述聚類目標狀態參數對應的簇中，直至所述第一狀態集中未聚類的一個或多個第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：那瓊瀾，蘇丹，張實君，來驥，楊藝西，李信，任建偉，馬躍，邢寧哲，婁競，楊峰，李平舟，龐思睿，曾婧，
申請(專利權)人：國網冀北電力有限公司信息通信分公司國家電網有限公司，
類型：發明
國別省市：