一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法技术

技术编号:19702375 阅读:24 留言:0更新日期:2018-12-08 14:11
本发明专利技术涉及一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,包括以下步骤:步骤S1.可信第三方TPP为控制中心CC和局域网LAN网关生成两对密钥;步骤S2.区域内的用户向局域网LAN网关发送用户用电信息,局域网LAN网关验证信息并接收;步骤S3.局域网LAN网关分析用户的用电量,检测是否存在盗电行为,同时检测该用户是否受到攻击,电量是否遭到修改;步骤S4.局域网LAN网关将该区域的总用电量聚合成Y发送控制中心CC,作为电力公司电量调度的标准。与现有技术相比,本发明专利技术具有更适用于实际应用,信息安全性更高,成本更低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法
本专利技术涉及一种电网检测方法,尤其是涉及一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法。
技术介绍
先进的计量基础设施(AMI)是智能电网的重要组成部分。通过智能电表,电力公司能够获得用户的历史用电量或进行实时的电压,电流,有功功率,无功功率,用电量等多种测量。操作中心可以以分布式方式实现,跨越不同的地理区域。它负责动态调整电量以满足需求,并实时检测和响应电力系统的薄弱环节或故障。智能电网将用户详细的实时用电信息通过智能电表公开给电力公司,从而改变电力价格甚至通过预设的负荷控制开关调整客户用电量以实现需求高峰扁平化。用户可以通过智能电网服务访问自己的实时信息。为了降低自己的电费和享受不间断的活动,用户更愿意使用节能家电,同时更愿意将高能耗家电的使用时间从高峰用电转换到非高峰用电。但是,在智能电网尤其微网中,智能电表更易受到攻击。为了获得更多经济利益,盗电行为不断发生。同时,盗电行为对于整个电力系统来说都是一个严重的问题,它将会对电力公司和合法用户造成巨大损失,同时对于电网的正常运行进行干扰甚至使得设备出现故障或损坏。前者因为修改用电量使得电力公司少收电费,合法用户承担自己没有消费的用电量;后者因为修改用电量使得电网设备如变电站不能按照正常的用电需求进行供电而过载或欠载运行。对于智能电网的盗电问题,很多研究在进行。大多数学者使用支持向量机(SVM)基于分类的盗电检测技术,来对测试数据库正常和攻击的样本进行分类以检测盗电。但是,基于SVM的盗电检测技术通常需要从智能电表所收集的大量历史用电量数据作为训练数据来获取特性。值得注意的是,一般的盗电检测技术要求系统操作员知道用户详细的用电信息。但是,用户信息包含众多隐私,如果暴露将是一个严重的问题。智能电表中信息将会暴露用户的习惯和行为。某一活动如看电视可检测到功率消耗的签名。在经济利益或政治利益的驱使下,挖掘行为数据的技术将迅速发展,以符合那些利用这些信息的人的愿望。比如:如果用户的日耗电量非常低,长期缺乏大功率电器的使用,意味着该用户不在家。这样的隐私敏感信息必须受到保护,免受未经授权的访问。虽然许多学者研究了智能电网的隐私问题,但盗电检测这一问题却没有涉及。当然也有一部分学者综合考虑了上述问题。Salinas使用状态估计的方法,基于两个松散耦合卡尔曼滤波器进行盗电检测并实现隐私保护。卡尔曼滤波器以最小化均方估计误差的方式递归地估计过程的状态。电网接收来自电表的残差矢量进行隐私保护并进行盗电检测。随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高,用电量迅猛增加。而电参数的准确、快速测量及信息传递对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有十分重要的意义。这样电力公司通过接收的用电量信息进行分析,合理配电,有效调度。因此电网需要知道用户的用电量,这样Salinas的方案中只发送残差给控制中心是不符合实际电网操作需求的。综上所述,一种综合考虑电网中盗电问题与用户隐私问题的检测方法急需实现。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,包括以下步骤:步骤S1.可信第三方TPP为控制中心CC和局域网LAN网关生成两对密钥;步骤S2.区域内的用户向局域网LAN网关发送用户用电信息,局域网LAN网关验证信息并接收;步骤S3.局域网LAN网关分析用户的用电量,检测是否存在盗电行为,同时检测该用户是否受到攻击,电量是否遭到修改;步骤S4.局域网LAN网关将该区域的总用电量聚合成Y发送控制中心CC,作为电力公司电量调度的标准。优选地,所述的步骤S1包括:步骤S11:生成局域网LAN网关和计算控制中心CC的加密密钥;步骤S12:生成用户和局域网LAN网关的签名密钥。优选地,所述的步骤S11具体为:(1)计算控制中心CC的私钥为fcc且计算公式为式中p,q为大素数,且q远大于p,采样值由离散高斯分布提供,是Rq的可逆元素,σ∈R;R为环Z[X]/(xn-1)的多项式;Rq为Z[X]/(q,xn-1)的多项式,Rq=R/qR指定环;(2)计算控制中心CC的公钥为hcc且计算公式为式中从选取样本值gcc,则因此密钥对(hcc,fcc)分别是计算控制中心CC的公钥和私钥;(3)计算局域网LAN网关的私钥flan且计算公式为式中(4)计算局域网LAN网关的公钥为hlan且式中从选取样本值glan,则因此密钥对(hlan,flan)分别是局域网LAN网关的公钥和私钥。优选地,所述的步骤S12具体为:给定条件:可信第三方TPP选择有可逆模q的两个多项式f和g,g满足d+1的系数等于1,d系数等于-1,其余的等于0;可信第三方TTP计算公钥h=f-1*g(modq),可信第三方TTP计算小的多项式(F,G),满足f*G-g*F=q;用户的签名密钥fus,gus,Fu,Gu计算公式为:fus=f*ru,gus=g*ru,Fu=f*ru-1和Gu=g*ru-1,式中任意多项式ru∈Rq,因此用户的签名密钥是Sku=(fus,gus,Fu,Gu);局域网LAN网关的签名密钥计算公式为,flans=f*rlan,glans=g*rlan,Flan=f*rlan-1和Glan=g*rlan-1,式中任意多项式rlan∈Rq,因此局域网LAN网关的签名密钥是Sklan=(flans,glans,Flan,Glan)。优选地,所述的步骤S2具体为:用户ui定期地将通过局域网LAN网关的公钥加密的用电量信息y发送给局域网LAN网关,ui哈希y创建(y1,y2)(modq),连列以下三个参数计算公式:Gu*y1+Fu*y2=Au1+q*Bu1;-gus*y1+fus*y2=au1+q*bu1;得出结果是然后计算式中Ts1是时间戳,k1是任意数,接着再设置两个任意数使用局域网LAN网关加密密钥公钥hlan与计算公式md=hlans1+pe1+m1∈Rq得出md,最终用户ui发送用电信息md给局域网LAN网关,信息到达之后,局域网LAN网关使用私钥解密信息md,通过三步计算公式认证用户ui的签名接着局域网LAN网关hash信息y创建一任意向量(y1,y2)(modq),通过计算公式认证如果等式满足,则初步认证是有效的,接着,局域网LAN网关进一步检查时间戳Ts1和暂时量k1的有效性,如果是有效的则最终接受信息,其中Au1,au1是-q/2至q/2之间的系数,Bu1,bu1是-q/2至q/2之间的系数。优选地,所述的步骤S3包括:步骤S31:局域网LAN网关接收用电量信息y;步骤S32:应用递归滤波获得时间k(k>0)的状态估计;步骤S33:局域网LAN网关通过偏差估计检测用户数据是否异常,当数据的偏差比设定的参数大时则被认为是异常的。优选地,所述的步骤S32具体为:在时间更新部分,局域网LAN网关预测时间k的状态,即其中是时刻k-1的状态估计,设置为y的期望值,即E(y),其视为历史平均值,一个新的状态被定义来检测用电量偏差,zk=[yk;bk],其中yk表示用户在时刻k的电量,bk=常数,表示k本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1.可信第三方TPP为控制中心CC和局域网LAN网关生成两对密钥;步骤S2.区域内的用户向局域网LAN网关发送用户用电信息,局域网LAN网关验证信息并接收;步骤S3.局域网LAN网关分析用户的用电量,检测是否存在盗电行为,同时检测该用户是否受到攻击,电量是否遭到修改;步骤S4.局域网LAN网关将该区域的总用电量聚合成Y发送控制中心CC,作为电力公司电量调度的标准。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1.可信第三方TPP为控制中心CC和局域网LAN网关生成两对密钥;步骤S2.区域内的用户向局域网LAN网关发送用户用电信息,局域网LAN网关验证信息并接收;步骤S3.局域网LAN网关分析用户的用电量,检测是否存在盗电行为,同时检测该用户是否受到攻击,电量是否遭到修改;步骤S4.局域网LAN网关将该区域的总用电量聚合成Y发送控制中心CC,作为电力公司电量调度的标准。2.根据权利要求1所述的一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,所述的步骤S1包括:步骤S11:生成局域网LAN网关和计算控制中心CC的加密密钥;步骤S12:生成用户和局域网LAN网关的签名密钥。3.根据权利要求2所述的一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,所述的步骤S11具体为:(1)计算控制中心CC的私钥为fcc且计算公式为式中p,q为大素数,且q远大于p;(2)计算控制中心CC的公钥为hcc且计算公式为式中从选取样本值gcc,则因此密钥对(hcc,fcc)分别是计算控制中心CC的公钥和私钥;(3)计算局域网LAN网关的私钥flan且计算公式为式中(4)计算局域网LAN网关的公钥为hlan且式中从选取样本值glan,则因此密钥对(hlan,flan)分别是局域网LAN网关的公钥和私钥。4.根据权利要求2所述的一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,所述的步骤S12具体为:给定条件:可信第三方TPP选择有可逆模q的两个多项式f和g,g满足d+1的系数等于1,d系数等于-1,其余的等于0;可信第三方TTP计算公钥h=f-1*g(modq),可信第三方TTP计算小的多项式(F,G),满足f*G-g*F=q;用户的签名密钥计算公式为:fus=f*ru,gus=g*ru,Fu=f*ru-1和Gu=g*ru-1,式中任意多项式ru∈Rq,因此用户的签名密钥是Sku=(fus,gus,Fu,Gu);局域网LAN网关的签名密钥计算公式为,flans=f*rlan,glans=g*rlan,Flan=f*rlan-1和Glan=g*rlan-1,式中任意多项式rlan∈Rq,因此局域网LAN网关的签名密钥是Sklan=(flans,glans,Flan,Glan)。5.根据权利要求1所述的一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,所述的步骤S2具体为:用户ui定期地将通过局域网LAN网关的公钥加密的用电量信息y发送给局域网LAN网关,ui哈希y创建(y1,y2)(modq),连列以下三个参数计算公式:Gu*y1+Fu*y2Gu*y1+Fu*y2=Au1+q*Bu1;-gus*y1+fus*y2=au1+q*bu1;得出结果是然后计算式中Ts1是时间戳,k1是任意数,接着再设置两个任意数s1,使用局域网LAN网关加密密钥公钥hlan与计算公式md=hlans1+pe1+m1∈Rq得出md,最终用户ui发送用电信息md给局域网LAN网关,信息到达之后,局域网LAN网关使用私钥解密信息md,通过三步计算公式认证用户ui的签名接着局域网LAN网关hash信息y创建一任意向量(y1,y2)(modq),通过计算公式认证如果等式满足,则初步认证是有效的,接着,局域网LAN网关进一步检查时间戳Ts1和暂时量k1的有效性,如果是有效的则最终接受信息。6.根据权利要求1所述的一种基于状态估计且具备隐私保护的电网盗电检测方法,其特征在于,所述的步骤S3包括:步骤S31:局域网LA...

【专利技术属性】
技术研发人员:温蜜姚冬缓李晋国张思佳朱丹王涛
申请(专利权)人:上海电力学院
类型:发明
国别省市:上海,31

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