一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法技术方案

本发明专利技术是一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法,其特点是，针对不能通过比较残差信号和阈值实现攻击检测的特殊攻击，本发明专利技术设计了鲁棒微分器，提出了一种新颖的电力信息物理系统的攻击信号重构方法，不仅能够准确的获得电力信息物理系统攻击的重构信号，而且超过一定阈值的攻击信号也能被检测出来，根据攻击检测逻辑对重构的攻击信号进行攻击判断；本发明专利技术还将此方法推广到电力信息物理系统受到传感器攻击的情况，实现对电力信息物理系统受到传感器攻击的检测与重构；本发明专利技术以含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到攻击为例进行攻击检测与重构。具有鲁棒性好、抗干扰性优良、适用性强、准确性高、响应速度快等优点。

An attack detection and reconstruction method for power information physical system

【技术实现步骤摘要】
一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法
本专利技术涉及电力信息物理系统信息安全领域，是一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法。
技术介绍
随着电力信息物理系统电力网与信息网的深度融合，恶意攻击电力终端设备的技术手段也在不断增加，及时检测出电力信息物理系统的攻击对于系统的安全运行与避免经济损失具有重要意义。已有的攻击检测方法是基于有限长度序列的，例如:中国专利申请号201910389561.8，其鲁棒性和抗扰动的性能不佳，难以满足实际生产需求，实用性不强，可实施性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种具有良好的鲁棒性和抗干扰性，适用性强，准确性高，响应速度快的对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法。实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法，其特征在于，它包括的内容有：1)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的数学模型：y(t)＝Cx(t)+Duu(t)(1)其中x(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号的微分，Bηηx(t)是电力信息物理系统的状态攻击信号，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；2)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的数学模型：r>y′(t)＝Cx′(t)+Duu(t)+Dηηs(t)(2)其中x′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，Dηηs(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；3)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的鲁棒观测器的数学模型：其中是受到状态攻击时的鲁棒观测器的状态信号，是受到状态攻击时的鲁棒观测器的输出信号，vx(t)是鲁棒观测器中状态攻击的重构信号，是受到状态攻击时的鲁棒观测器状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，Bη是电力信息物理系统的状态攻击信号的选择矩阵，L是受到状态攻击时的鲁棒观测器的增益矩阵，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；4)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的数学模型时，根据电力信息物理系统的攻击检测方案：①对电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号y′(t)引入一个低通滤波器：其中是低通滤波器的输出信号，x′f(t)是低通滤波器输出信号的积分，积分常数为0，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，As，Bs是设计的赫维茨矩阵，有：式中Dηηs(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号；定义：v(t)＝[x′(t)T,x′f(t)T]T,y″(t)＝x′f(t)，含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的数学模型被描述为：y″(t)＝C′v(t)(6)其中v(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，D′ηηs(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号，A′、B′u、C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；②建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的鲁棒观测器的数学模型：其中是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的状态信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的输出信号，vs(t)是鲁棒观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，D′η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，G是受到传感器攻击时的鲁棒观测器的增益矩阵，A′、B′u、C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；5)利用电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号y(t)与受到状态攻击时的鲁棒观测器的输出信号之间产生残差信号收敛到零进行状态攻击信号重构，利用引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号y″(t)与引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的输出信号之间产生残差信号收敛到零进行传感器攻击信号重构：①电力信息物理系统受到状态攻击时：Bηηx(t)-Bηvx(t)＝0(8)式中Bηηx(t)是电力信息物理系统的状态攻击信号，Bη是电力信息物理系统的状态攻击信号的选择矩阵，vx(t)是鲁棒观测器中状态攻击的重构信号；定义：可以通过以下方法实现重构vx(t)：vx(t)是鲁棒观测器中状态攻击的重构信号，Γ是重构状态攻击信号的自适应学习速率矩阵，其中F＝BηTPCT(CCT)-1，Bη是电力信息物理系统中状态攻击信号的选择矩阵，P是大于0且满足系统要求的矩阵，C是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数，是ey(t)信号的微分；②电力信息物理系统受到传感器攻击时：D′ηηs(t)-D′ηvs(t)＝0(10)式中D′ηηs(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号，D′η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，vs(t)是鲁棒观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号；定义：可以通过以下方法实现重构vs(t)：vs(t)是鲁棒观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号，Γ′是重构传感器攻击信号的自适应学习速率矩阵，其中D′η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，Q是大于0且满足系统要求的矩阵，C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数，是e′y(t)信号的微分；6)鲁棒微分器设计：①在重构电力信息物理系统受到状态攻击的信号时，直接区分电力信息物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法，其特征在于，它包括的内容有：/n1)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的数学模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种对电力信息物理系统进行攻击检测及重构的方法，其特征在于，它包括的内容有：
1)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的数学模型：



y(t)＝Cx(t)+Duu(t)(1)
其中x(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到状态攻击时的状态信号的微分，Bηηx(t)是电力信息物理系统的状态攻击信号，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；
2)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的数学模型：



y′(t)＝Cx′(t)+Duu(t)+Dηηs(t)(2)
其中x′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，Dηηs(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；
3)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到状态攻击时的鲁棒观测器的数学模型：






其中是受到状态攻击时的鲁棒观测器的状态信号，是受到状态攻击时的鲁棒观测器的输出信号，vx(t)是鲁棒观测器中状态攻击的重构信号，是受到状态攻击时的鲁棒观测器状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y(t)是电力信息物理系统受到状态攻击时的输出信号，Bη是电力信息物理系统的状态攻击信号的选择矩阵，L是受到状态攻击时的鲁棒观测器的增益矩阵，A、Bu、C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；
4)建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的数学模型时，根据电力信息物理系统的攻击检测方案：
①对电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号y′(t)引入一个低通滤波器：



其中是低通滤波器的输出信号，x′f(t)是低通滤波器输出信号的积分，积分常数为0，y′(t)是电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，As，Bs是设计的赫维茨矩阵，有：



式中Dηηs(t)是电力信息物理系统的传感器攻击信号，C、Du是电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号；
定义：v(t)＝[x′(t)T,x′f(t)T]T,y″(t)＝x′f(t)，含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的数学模型被描述为：



y″(t)＝C′v(t)(6)
其中v(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的状态信号的微分，D′ηηs(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号，A′、B′u、C′是引入低通滤波器后电力信息物理系统中具有适当维度的系统参数；
②建立含有三个电机，六条母线的电力信息物理系统引入低通滤波器后受到传感器攻击时的鲁棒观测器的数学模型：






其中是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的状态信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的输出信号，vs(t)是鲁棒观测器中引入低通滤波器后电力信息物理系统传感器攻击的重构信号，是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的鲁棒观测器的状态信号的微分，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，y″(t)是引入低通滤波器后电力信息物理系统受到传感器攻击时的输出信号，D′η是引入低通滤波器后电力信息物理系统的传感器攻击信号的选择矩阵，G是受到传感器攻击时的鲁棒观测器的增...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，靳长岭，潘坤鹏，孙超维，苏庆宇，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22