一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应对信息‑物理协同攻击的发输电系统规划方法，包括：建立基于发输电系统规划人员角度的上层模型；建立基于发输电系统攻击者角度的中层模型；建立基于发输电系统运行人员角度的下层模型；对上层模型、中层模型及下层模型进行求解，确定规划系统中候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路，得到规划系统建设方案。本发明专利技术基于鲁棒优化提出了防御协同攻击的三层优化模型，考虑到了防御策略应使得攻击导致的系统削负荷最小和避免线路真实潮流过载。采用本发明专利技术公开的方法能有效防御物理攻击，并且，通过发输电系统扩展规划，能够有效缓解虚假数据所导致的线路潮流过载问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法
本专利技术属于发输电系统防御性规划
，具体涉及一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法。
技术介绍
随着计算机、通讯技术等在电力系统中的大规模部署和应用，新一代电力系统正朝着成熟的信息物理融合系统迈进。在运行过程中，电力系统越来越容易遭受人为的信息或物理攻击。因此，针对人为恶意攻击制定有效的防御措施以应对攻击，已成为现代电力系统亟待解决的重要问题之一。尽管线路加固、结构变换、测量信息保护等传统防御策略，能有效应对攻击，但却很难应对负荷持续增长、可再生能源波动等情形。合理进行发输电系统扩展防御性规划已成为解决上述问题的重要手段。随着新一代电力系统逐渐发展成为信息-物理系统，物理设备和网络信息系统之间的耦合关系越来越紧密，信息-物理协同攻击将更为普遍，且通常协同攻击相对于单独的信息或物理攻击而言危害更大。因此，基于发输电系统扩展规划对信息-物理协同攻击方式进行有效的防御意义重大。
技术实现思路
本专利技术实际解决的问题为：基于发输电系统扩展规划对信息-物理协同攻击方式进行有效的防御。本专利技术采用了如下的技术方案：一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法，包括：S1、获取规划系统信息，规划系统由原有系统和候选系统组成，原有系统包括原有发电机组和候选输电机组，候选系统包括候选发电机组和候选输电线路；S2、建立基于发输电系统规划人员角度的上层模型，上层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路；S3、建立基于发输电系统攻击者角度的中层模型，中层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最大，中层模型的决策变量为规划系统中的发电机组是否为被攻击发电机组，输电线路是否为被攻击输电线路，以及LR攻击的负荷测量值的改变量；S4、建立基于发输电系统运行人员角度的下层模型，下层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为规划系统中各发电机组出力和各负荷点的负荷削减量；S5、通过列约束生成方法对上层模型、中层模型及下层模型进行求解，确定规划系统中候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路，得到规划系统建设方案。优选地，上层模型的目标函数为：式中，Sd表示规划系统遭受攻击后节点d的负荷削减量，ΩD表示规划系统中的节点的集合；上层模型的约束条件包括：投资费用约束：式中，xL-l和xG-g分别表示候选输电线路l的修建判断值和候选发电机组g的修建判断值，xL-l和/或xG-g取值为1表示将候选输电线路l和/或候选发电机组g作为待修建输电线路和/或待修建发电机组，xL-l和/或xG-g取值为0表示不将候选输电线路l和/或候选发电机组g作为待修建输电线路和/或待修建发电机组；CL-l和CG-g分别表示候选输电线路l的投资成本和候选发电机组g的投资成本；Ctotal表示投资上限；Ω'L和Ω'G分别表示候选输电线路集合和候选发电机组集合；上层节点功率平衡约束：式中，ΩL和ΩG分别表示原有输电线路集合和原有发电机组集合；ΩB和ΩD分别表示原有系统节点集合和原有系统负荷点集合；ΩGb表示连接在节点b的原有发电机组和候选发电机组的集合；Pg表示发电机组g的出力；K(b,d)表示节点-负荷关联矩阵的第b行第d列的元素；，Ld表示负荷节点d的原始负荷，Fl表示线路有功潮流，S(l)表示线路l的起始节点编号，E(l)表示线路l的终止节点编号，l表示线路的角标；上层原有输电线路潮流约束：Fl＝Bl(θS(l)-θE(l))vL-ll∈ΩL式中，Bl表示线路l的电纳，θS(l)表示线路l起始节点的相角，θE(l)表示线路l终止节点的相角，vL-l表示已有输电线路l是否被选择为物理攻击对象的二进制变量，0表示被攻击，1表示不被攻击；上层候选输电线路潮流约束：Fl＝Bl(θS(l)-θE(l))xL-ll∈Ω'L式中，xL-l表示候选输电线路l建设与否的二进制变量；上层节点相角约束：θr＝0式中，表示节点b的最小允许相角，θb表示节点b的相角，表示节点b的最大允许相角，θr表示参考节点的相角；规划系统输电线路真实有功潮流约束：式中，表示线路l的最大允许有功潮流。优选地，中层模型的目标函数为：式中，Sd表示规划系统遭受攻击后节点d的负荷削减量，ΩD表示规划系统中的节点的集合，所述规划系统包括新增的部分和原有的部分；中层模型的约束条件包括：LR攻击约束:-τ·Ld≤ΔLd≤τ·Ldd∈ΩD式中，ΔLd表示示LR攻击后负荷节点d的负荷测量值篡改量，设负荷测量值增大为正，减小为负，τ表示负荷数据篡改量相对于原负荷值的比值上限；物理攻击约束：式中，rL-l表示攻击原有输电线路l消耗的物理攻击资源，vG-g表示原有机组g是否被选择为物理攻击对象的二进制变量，0表示被攻击，1表示不被攻击，rG-g表示攻击原有发电机组g消耗的物理攻击资源，Rmax表示物理攻击资源上限；协同攻击约束：-(NB-1)·vL-l≤fl≤(NB-1)·vL-ll∈ΩLNB表示系统节点数，fl表示第l条线路的虚拟SC潮流，A和(b,l)分别表示电力系统节点-线路关联矩阵和节点-线路关联矩阵的第b行第l列元素。优选地，下层模型的目标函数为：式中，Sd表示规划系统遭受攻击后节点d的负荷削减量，ΩD表示规划系统中的节点的集合；下层模型的约束条件包括：下层原有输电线路潮流约束：和分别表示系统遭受LR攻击后，运行人员基于所测量的虚假负荷数据进行分析后所确定的线路有功潮流、线路l起始节点相角和线路l终止节点相角；下层候选输电线路潮流约束：下层节点功率平衡约束：下层节点相角约束：式中，和分别表示系统遭受LR攻击后，运行人员基于所测量的虚假负荷数据进行分析后所确定的节点相角、参考节点相角；规划系统输电线路虚假潮流约束：式中，表示线路l的最大允许有功潮流；原有系统发电机组出力约束：表示发电机组的最大容量；候选机组出力约束：规划系统削负荷量约束：0≤Sd≤Ld+ΔLdd∈ΩD。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术基于鲁棒优化提出了防御协同攻击的三层优化模型，分别从规划人员、攻击人员和运行人员视角建立三层模型。考虑到了防御策略应使得攻击导致的系统削负荷最小和避免线路真实潮流过载。采用本专利技术公开的方法能有效防御物理攻击，并且，通过发输电系统扩展规划，能够有效缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法，其特征在于，包括：/nS1、获取规划系统信息，规划系统由原有系统和候选系统组成，原有系统包括原有发电机组和候选输电机组，候选系统包括候选发电机组和候选输电线路；/nS2、建立基于发输电系统规划人员角度的上层模型，上层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路；/nS3、建立基于发输电系统攻击者角度的中层模型，中层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最大，中层模型的决策变量为规划系统中的发电机组是否为被攻击发电机组，输电线路是否为被攻击输电线路，以及LR攻击的负荷测量值的改变量；/nS4、建立基于发输电系统运行人员角度的下层模型，下层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为规划系统中各发电机组出力和各负荷点的负荷削减量；/nS5、通过列约束生成方法对上层模型、中层模型及下层模型进行求解，确定规划系统中候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路，得到规划系统建设方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法，其特征在于，包括：
S1、获取规划系统信息，规划系统由原有系统和候选系统组成，原有系统包括原有发电机组和候选输电机组，候选系统包括候选发电机组和候选输电线路；
S2、建立基于发输电系统规划人员角度的上层模型，上层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路；
S3、建立基于发输电系统攻击者角度的中层模型，中层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最大，中层模型的决策变量为规划系统中的发电机组是否为被攻击发电机组，输电线路是否为被攻击输电线路，以及LR攻击的负荷测量值的改变量；
S4、建立基于发输电系统运行人员角度的下层模型，下层模型的目标为规划系统受攻击后的负荷削减量最小，上层模型的决策变量为规划系统中各发电机组出力和各负荷点的负荷削减量；
S5、通过列约束生成方法对上层模型、中层模型及下层模型进行求解，确定规划系统中候选发电机组是否为待修建发电机组，候选输电线路是否为待修建发电线路，得到规划系统建设方案。


2.如权利要求1所述的应对信息-物理协同攻击的发输电系统规划方法，其特征在于，上层模型的目标函数为：



式中，Sd表示规划系统遭受攻击后节点d的负荷削减量，ΩD表示规划系统中的节点的集合；
上层模型的约束条件包括：
投资费用约束：



式中，xL-l和xG-g分别表示候选输电线路l的修建判断值和候选发电机组g的修建判断值，xL-l和/或xG-g取值为1表示将候选输电线路l和/或候选发电机组g作为待修建输电线路和/或待修建发电机组，xL-l和/或xG-g取值为0表示不将候选输电线路l和/或候选发电机组g作为待修建输电线路和/或待修建发电机组；CL-l和CG-g分别表示候选输电线路l的投资成本和候选发电机组g的投资成本；Ctotal表示投资上限；Ω'L和Ω'G分别表示候选输电线路集合和候选发电机组集合；
上层节点功率平衡约束：



式中，ΩL和ΩG分别表示原有输电线路集合和原有发电机组集合；ΩB和ΩD分别表示原有系统节点集合和原有系统负荷点集合；表示连接在节点b的原有发电机组和候选发电机组的集合；Pg表示发电机组g的出力；K(b,d)表示节点-负荷关联矩阵的第b行第d列的元素；，Ld表示负荷节点d的原始负荷，Fl表示线路有功潮流，S(l)表示线路l的起始节点编号，E(l)表示线路l的终止节点编号，l表示线路的角标；
上层原有输电线路潮流约束：
Fl＝Bl(θS(l)-θE(l))vL-ll∈ΩL
式中，Bl表示线路l的电纳，θS(l)表示线路l起始节点的相角，θE(l)表示线路l终止节点的相角，vL-l表示已有输电线路l是否被选择为物理攻击对象的二进制变量，0表示被攻击，1表示不被攻击；
上层候选输电线路潮流约束：
Fl＝Bl(θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，伏坚，谢开贵，牛涛，李春燕，邵常政，孙悦，黄威，焦丹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50