考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法技术方案

本发明专利技术公开考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，属于发电、变电或配电的技术领域。该方法，基于关联矩阵方法对电力信息物理系统进行建模；将已知网络攻击机理形成数学向量，基于电力信息物理系统关联模型分析攻击影响；在攻击对电力系统物理侧和信息侧的影响基础上，针对电力系统安全稳定控制业务，首先对现有的控制策略进行判断，如果可行，则执行；如果不可行，则首先根据攻击影响，对物理侧的负荷削减优化策略进行优化；在上层优化的基础上对策略传输路径进行优化，最终得到网络攻击场景的信息物理协同最优控制策略。本发明专利技术可形成网络攻击下的信息物理协同控制策略，实现更优的控制效果。

A two-level strategy optimization method of power system information physics considering the influence of network attack

【技术实现步骤摘要】
考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法
本专利技术涉及电力系统网络安全技术，尤其涉及考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，属于发电、变电或配电的

技术介绍
电力系统作为现代社会最重要的基础设施之一，已经与通信系统深度融合，成为典型的信息物理系统(CyberPhysicalSystem，CPS)。一方面，电网变得更加智能化；另一方面，它也带来了潜在的网络攻击风险。可以利用控制设备和通信链路中的漏洞破坏控制和测量信号来干扰控制指令进而实现电力系统的网络攻击。如果操作员不考虑攻击影响，仍然按照既定策略操作电力系统故障(例如传输线断线)可能导致电力系统的实际损失多于预计损失，甚至导致级联停电。电力信息物理系统的指令由业务中心决策，经由信息链路到达二次设备，最后执行。现有的物理侧策略以物理侧设备以及通信侧设备均正常工作为前提离线优化控制策略，；现有的通信拓扑优化方法多为离线优化方法，而在信息动态交互的过程中可能出现通信设备被攻击的情况，既定的通信路径不可用进而导致实际通信路径与理想通信路径出现偏差，影响物理侧控制指令的正确下达，延误二次设备的最佳动作时机，扩大事故，增大电力系统的损失，因此既定的策略在攻击影响下可能无法实现预想的控制效果。因此，根据攻击的影响在线判断策略的可行性并自适应进行信息物理协同的策略调整将有助于电网安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，实现了物理信息双层策略的在线优化，解决了现有物理侧控制策略在攻击影响下无法实现预想的控制效果的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，包括：根据电力信息物理系统的信息侧异常检测结果和物理侧状态采集结果，得到电力信息物理系统在网络攻击下的实时状态；针对预设的具体业务指令，以一个判断函数判断攻击下的电力信息物理系统状态能否正常执行指令；如果判断结论为可正常执行，则仍然正常执行；如果判断结论为不可正常执行，则调用本专利技术提出的信息物理策略协同优化方法，首先优化物理侧策略得到上层物理侧的优化策略，然后再进行下层信息侧的路径优化。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：本申请提出了一种考虑网络攻击因素的物理信息双层优化方法，实时采集的系统在网络攻击下的状态既体现了网络攻击对设备的影响又体现了系统实时感知网络攻击可能同时发生的故障，根据系统受攻击后的实时状态判断策略涉及物理元件的可用性、策略涉及物理元件和通信网络的连通性、策略涉及通信链路的连通性、策略涉及通信链路延时的可靠性进而判断系统能否正常执行控制指令，在不能正常执行时先进行上层物理侧优化在进行下层信息侧优化，实现了物理信息双层策略的在线优化，充分利用既有的物理侧理想控制策略，针对网络攻击引起的设备不可用、通信链路动态变化优化自适应调整通信侧路径，实现了信息物理的协同优化，克服了现有线下优化方案不能适应通信拓扑动态变化需求的缺陷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是用于说明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术公开的双层策略优化方法的流程图。图2(a)和图2(b)为IEEE14节点的网络图和通信拓扑图。图3为不同策略控制效果的对比图。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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获取的所有其它实施例都落入本专利技术的保护范围。本专利技术公开的考虑网络攻击影响的电力系统信息物理策略协同优化方法，如图1所示，包括如下的步骤：步骤S101：根据电力信息物理系统的信息侧异常检测结果和物理侧状态采集结果，得到电力信息物理系统在网络攻击下的实时状态。信息侧异常检测包括但不限于：延时检测、流量检测、路由检测。物理侧状态采集包括但不限于：线路连通情况、保护装置开断情况、二次设备功能是否正常。步骤S102：针对预设的具体业务指令，以一个判断函数判断攻击下的电力信息物理系统状态能否正常执行指令。例如，常规电力系统安全稳定控制业务的切负荷指令操作流程如下：主站获取系统状态->匹配策略表得到操作指令->通讯网络->二次设备执行->物理实体，但是当前的电力系统在制定策略时并没有考虑网络攻击的可能，即假设通讯节点功能正常、通讯链路延时正常、二次设备功能正常制定了物理侧控制策略。但实际上，如果电力信息物理系统被攻击，上述指令下发过程存在某些环节被攻击的可能，指令无法正常执行。随后由于系统状态没有按照预想情况恢复，启用后备紧急策略，导致故障损失进一步扩大。因此针对上述情况，构造一个可拓展的判断函数J((P-I)’)来判断攻击影响下预设指令能否正常执行。具体地，判断函数可写为：其中，(P-I)’代表被攻击后的电力信息物理系统状态；函数r通过查询业务涉及的信息路径以及通信元件是否正常相连来判断原业务指令能否正常下达；函数T通过比较攻击后的通信延时参数总和与业务阈值要求来判断原业务指令延时是否满足预设要求；函数F通过判断信息处理、指令处理元件是否能正常工作来判断原业务指令能否执行。步骤S103：如果步骤S102的判断结论为可正常执行，则仍然正常执行既定的物理侧控制策略；如果判断结论为不可正常执行，则调用本专利技术提出的信息物理策略协同优化方法，首先优化物理侧策略得到上层物理侧优化控制策略。以电力系统安全稳定控制中在紧急状况下切除部分负荷业务为例，首先优化物理侧的最优负荷削减方案。考虑受攻击影响无法接收指令的设备节点；受攻击影响无法响应指令的控制设备；自然故障下已经脱离网络无法调用的控制设备；受攻击处于不可观区域的控制设备；受攻击影响无法正常使用的发电机。基于上述约束得到攻击影响下新的可切负荷节点集合N’，可控发电机负荷B’。优化目标为电网拓扑改变且受到网络攻击时损失的负荷最少。minf＝∑t∈TLt，式中：f代表系统负荷减载量之和；T代表系统节点集合；t代表节点序号；Lt代表节点t的负荷减载值。采用直流潮流模型，线路功率受到两端节点相角约束，因此线路潮流应满足下式约束：式中：W代表系统线路集合；l代表线路序号；Fl代表线路l上的潮流；Zl代表线路l的状态；xl代表线路l的阻抗，Ht代表节点关联矩阵，δt代表节点相角矩阵。系统中流入各个节点的功率和节点的负荷应满足基本的平衡约束：∑m∈MBmGm-∑l∈WHtFl＝Qt-Ltt∈T，式中：M代表系统发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，其特征在于，/n根据电力信息物理系统的信息侧异常检测结果和采集的物理侧状态信息确定电力信息物理系统在网络攻击下的实时状态；/n至少满足电力信息物理系统在网络攻击后仍能正常下达具体业务指令、通信延时参数总和满足业务阈值要求、信息处理单元及指令处理单元正常工作这三个约束时判断系统能够正常执行具体业务指令，按照既定的物理侧控制策略执行具体业务指令；/n在电力信息物理系统不能正常执行具体业务指令时，首先优化物理侧的控制策略得到上层物理侧优化控制策略，再进行下层信息侧的路径优化。/n

【技术特征摘要】
1.考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，其特征在于，
根据电力信息物理系统的信息侧异常检测结果和采集的物理侧状态信息确定电力信息物理系统在网络攻击下的实时状态；
至少满足电力信息物理系统在网络攻击后仍能正常下达具体业务指令、通信延时参数总和满足业务阈值要求、信息处理单元及指令处理单元正常工作这三个约束时判断系统能够正常执行具体业务指令，按照既定的物理侧控制策略执行具体业务指令；
在电力信息物理系统不能正常执行具体业务指令时，首先优化物理侧的控制策略得到上层物理侧优化控制策略，再进行下层信息侧的路径优化。


2.根据权利要求1所述考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，其特征在于，所述信息侧异常检测包括但不限于延时检测、流量检测、路由检测。


3.根据权利要求1所述考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策略优化方法，其特征在于，所述物理侧状态信息包括但不限于线路连通情况、保护装置开断情况、二次设备功能是否正常。


4.根据权利要求1所述考虑网络攻击影响的电力系统信息物理双层策...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，蔡星浦，汤奕，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32