一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，所述方法包括：根据所述正常工况下历史实际量测量的变化确定历史概率分布；根据所述FDIA工况下被攻击量测量的变化确定FDIA概率分布；根据所述历史概率分布和所述FDIA概率分布的距离确定第一直方图；根据所述第一直方图确定检测阈值；根据采样的量测量的变化确定检测概率分布；根据所述历史概率分布和所述检测概率分布的距离确定第二直方图；根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击。本发明专利技术公开的方法以实现两个不同的量测量分布的支撑集没有重叠或者重叠非常少时对电力系统虚假数据注入攻击检测，进而提高了检测的准确性。

A detection method of false data injection attack in power system based on ground moving distance

【技术实现步骤摘要】
一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法
本专利技术涉及电力系统运行安全维护
，特别是涉及一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法。
技术介绍
状态估计是电网能量管理系统(energymanage-mentsystem，EMS)的一个重要功能，对电网的可靠运行至关重要。为了进行状态估计，电力系统控制中心通过远程终端单元(RTUs)采集测量数据，测量数据一般包括：输电线路上的有功功率和无功功率、母线上的节点电压幅值和相角，并通过直流状态估计或交流状态估计转换成系统状态量：母线电压幅值和相角。近年来，虚假数据注入攻击(falsedatainjectionattack，FDIA)被认为是状态估计面临的最具挑战性的威胁之一。攻击者通过对以数据采集与监控(supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA)系统和广域量测系统(wideareameasurementsystem，WAMS)为代表的信息系统进行虚假数据注入攻击，成功的FDIA可以躲过传统的基于残差的不良数据检测机制，使得估计结果严重偏离电网的实际运行情况，进而导致物理电网运行失效甚至瘫痪。已有许多研究提出直流状态估计中的FDIA检测方法，然而，传统的直流FDIA检测方法无法有效地检测出交流FDIA。因此，有学者提出一种基于正常工况下电力系统状态概率分布Kullback-Leibler距离(Kullback-Leiblerdistance，KLD)的交流状态估计FDIA检测机制，还有学者提出一种基于延森-香农距离(Jensen-Shannondistance，JSD)的电力系统恶意数据检测方法。但是，当两个不同的量测量分布的支撑集没有重叠或者重叠非常少时，JSD在此情况下是常量，KLD可能无意义。因此，如何有效检测FDIA成为电力系统亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，以提高检测的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，所述方法包括：确定正常工况下历史实际量测量；获取虚假数据注入攻击FDIA工况下被攻击量测量；根据所述正常工况下历史实际量测量的变化确定历史概率分布；根据所述FDIA工况下被攻击量测量的变化确定FDIA概率分布；根据所述历史概率分布和所述FDIA概率分布的距离确定第一直方图；根据所述第一直方图确定检测阈值；根据采样的量测量的变化确定检测概率分布；根据所述历史概率分布和所述检测概率分布的距离确定第二直方图；根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击。可选的，所述确定正常工况下历史实际量测量，具体包括：依据SCADA系统建立电力系统的交流状态估计数学模型；所述SCADA系统为数据采集与监控系统；根据所述交流状态估计数学模型确定所述电力系统中的历史量测量真实值；依据所述电力系统中的历史量测量真实值叠加随机噪声，确定所述电力系统在正常工况下的历史实际量测量。可选的，所述根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击，具体包括：判断所述第二直方图内的各推土机距离EMD值是否均小于或等于检测阈值；如果所述第二直方图内的某个推土机距离EMD值大于检测阈值，则所述电力系统受到虚假数据注入攻击；如果所述第二直方图内的各推土机距离EMD值均小于或等于检测阈值，则所述电力系统没有受到虚假数据注入攻击。可选的，所述依据SCADA系统建立电力系统的交流状态估计数学模型，具体公式为：z＝h(x)+e；其中，zT＝[z1,z2,…zm]表示量测量，所述量测量包括节点电压幅值、支路功率、节点注入功率；xT＝[x1,x2,...,xn]表示状态量，为节点的电压幅值和相角；eT＝[e1,e2,...,em]表示量测误差，且满足h()为量测量z与系统状态量x之间的非线性函数。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，所述方法包括：根据所述正常工况下历史实际量测量的变化确定历史概率分布；根据所述FDIA工况下被攻击量测量的变化确定FDIA概率分布；根据所述历史概率分布和所述FDIA概率分布的距离确定第一直方图；根据所述第一直方图确定检测阈值；根据采样的量测量的变化确定检测概率分布；根据所述历史概率分布和所述检测概率分布的距离确定第二直方图；根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击。本专利技术公开的方法即使两个不同的量测量分布的支撑集没有重叠或者重叠非常少时对电力系统虚假数据注入攻击检测，进而提高了检测的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法流程图；图2为本专利技术实施例一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法具体流程图；图3为本专利技术实施例标准IEEE-14节点系统图；图4为本专利技术实施例EMD最大流量最小成本算法调用图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，以提高检测的准确性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提出的基于Earth-Mover距离的虚假数据检测方法，通过相邻采样时刻量测量变化的概率分布来判断当前时刻系统是否遭受虚假数据注入攻击。当电力系统遭受FDIA时，该时刻的量测量概率分布将偏离正常工况下的量测量概率分布，进而导致EMD值偏离正常值。推土机距离(Earth-Mover'sDistance，简称EMD)又称瓦瑟斯坦距离(WassersteinDistance)，最早是由Rubner等人引入并用来测量颜色和纹理的差异。作为在测度空间中两个概率分布间的距离函数，适合判断两个直方图(如概率分布)之间的相似性，最优传输理论的推土机距离是从一个概率空间到另一个概率空间的最优传输方案，如图4所示。它比欧几里得距离等传统相似性度量方法更加鲁棒。所述EM距离模型为：其中，Π(P1,P2)表示P1和P2分布组合起来的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定正常工况下历史实际量测量；/n获取虚假数据注入攻击FDIA工况下被攻击量测量；/n根据所述正常工况下历史实际量测量的变化确定历史概率分布；/n根据所述FDIA工况下被攻击量测量的变化确定FDIA概率分布；/n根据所述历史概率分布和所述FDIA概率分布的距离确定第一直方图；/n根据所述第一直方图确定检测阈值；/n根据采样的量测量的变化确定检测概率分布；/n根据所述历史概率分布和所述检测概率分布的距离确定第二直方图；/n根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，其特征在于，所述方法包括：
确定正常工况下历史实际量测量；
获取虚假数据注入攻击FDIA工况下被攻击量测量；
根据所述正常工况下历史实际量测量的变化确定历史概率分布；
根据所述FDIA工况下被攻击量测量的变化确定FDIA概率分布；
根据所述历史概率分布和所述FDIA概率分布的距离确定第一直方图；
根据所述第一直方图确定检测阈值；
根据采样的量测量的变化确定检测概率分布；
根据所述历史概率分布和所述检测概率分布的距离确定第二直方图；
根据所述检测阈值和所述第二直方图确定所述电力系统是否受到虚假数据注入攻击。


2.根据权利要求1所述的基于移地距离的电力系统虚假数据注入攻击检测方法，其特征在于，所述确定正常工况下历史实际量测量，具体包括：
依据SCADA系统建立电力系统的交流状态估计数学模型；所述SCADA系统为数据采集与监控系统；
根据所述交流状态估计数学模型确定所述电力系统中的历史量测量真实值；
依据所述电力系统中的历史量测量真实值叠加随机噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲正伟，郭心悦，王云静，郭垲，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13