【技术实现步骤摘要】
一种计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法
本专利技术属于电网故障诊断
，具体涉及一种计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法。
技术介绍
作为承担电力能源输送的唯一通道，电力系统的安全稳定运行对社会的和谐稳定发展至关重要，但是电网时常会发生故障。当电网发生故障时，如果不及时进行诊断，使其快速恢复正常供电，将产生极为严重的后果。正因如此，电网的故障诊断是保证电力系统安全稳定运行中极为重要的一环。近些年来，电网的故障诊断技术越来越受到国内外专家学者的重视，已开发出多种电网诊断方法，例如专家系统、Petri网、贝叶斯网络、神经网络、因果网络、粗糙集和脉冲神经P系统等等，每种诊断方法的优点不同，可以发挥其最大优势的适用场景也有区别。在网络信息飞速发展的时代，智能电网应运而生，丰富的网络互联特性使得其比传统电网更加智能化，但与此同时，也导致其极易遭受黑客恶意攻击。虚假数据注入攻击是网络攻击的一种重要形式，其能够利用系统漏洞向电网注入虚假数据，干扰系统正常安全运行，也可导致故障诊断系统出现错误决策。这类攻击行为隐蔽性强，破...
【技术保护点】
1.一种计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：采用结线分析法确定目标电网的停电区域，并将停电区域中的所有元件作为疑似故障元件；/nS2：采用改进凝聚型层次聚类方法修复疑似故障元件中被虚假数据注入攻击篡改的遥测量数据；/nS3：采用粗糙集约简算法剔除目标电网遥信量数据中的冗余数据，进行遥信量防护，得到关键遥信量；/nS4：根据修复后的遥测量数据和关键遥信量，提取遥测量故障特征和遥信量故障特征；/nS5：建立故障诊断模型，并利用遥测量故障特征和遥信量故障特征诊断疑似故障元件，确定故障类型，完成电网故障诊断。/n
【技术特征摘要】
1.一种计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用结线分析法确定目标电网的停电区域，并将停电区域中的所有元件作为疑似故障元件；
S2：采用改进凝聚型层次聚类方法修复疑似故障元件中被虚假数据注入攻击篡改的遥测量数据；
S3：采用粗糙集约简算法剔除目标电网遥信量数据中的冗余数据，进行遥信量防护，得到关键遥信量；
S4：根据修复后的遥测量数据和关键遥信量，提取遥测量故障特征和遥信量故障特征；
S5：建立故障诊断模型，并利用遥测量故障特征和遥信量故障特征诊断疑似故障元件，确定故障类型，完成电网故障诊断。
2.根据权利要求1所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
S11：当目标电网出现继电保护装置动作时，设置初始迭代次数i＝1，并将目标电网中的所有元件加入元件集合Ci；
S12：从元件集合Ci中任取一个元件加入元件子集合Gi，
S13：判断当前加入元件子集合Gi的元件是否存在与其相连的闭合断路器，若是则进入步骤S14，否则进入步骤S15；
S14：将与闭合断路器相连的所有元件加入元件子集合Gi，并返回步骤S13；
S15：将迭代次数i加1，并从元件集合Ci-1中移除元件子集合Gi-1中的所有元件，得到新的元件集合Ci；
S16：判断新的元件集合Ci是否空，若是则进入步骤S17，否则返回步骤S12；
S17：将元件子集合中的所有无源网络作为停电区域，并将停电区域中的所有元件作为疑似故障元件，其中，n0表示元件子集合总个数。
3.根据权利要求1所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：
S21：读取各个疑似故障元件故障发生前的3个周波至故障结束时的遥测量数据，并对各个疑似故障元件分别构建遥测量信息矩阵S；
S22：根据遥测量信息矩阵S，采用改进凝聚型层次聚类方法对遥测量数据进行两次聚类，并剔除遥测量数据中的冗余数据，辨别虚假数据，并进行修复，获得修复后的遥测量数据。
4.根据权利要求3所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S21中，每个疑似故障元件有p条无故障历史遥测量信息，q条故障历史遥测量信息，则遥测量信息矩阵S的表达式为：
其中，表示无虚假数据注入攻击且无故障情况下疑似故障元件的第n1条历史遥测量信息向量，表示无虚假数据注入攻击但有故障情况下疑似故障元件的第n1条故障历史遥测量信息向量，SR＝[s11,...,s1j,...,s1m]1×m表示实时故障遥测量信息向量，m表示故障历史遥测量信息的故障遥测数据采样点总数，sij表示第i条故障历史遥测量信息的第j个采样点的遥测量幅值；
所述步骤S22包括以下子步骤：
S221：设置目标聚类类别数目h0，将作为第一次聚类的输入矩阵，并设置h＝n2，其中，h0＝2,...,11，n2表示遥测量数据样本中数据总个数，h表示聚类类别数目；
S222：将遥测量数据样本中的每个样本对象单独形成类别；
S223：设定Si＝{si}，并计算遥测量数据样本中最小差异量dmin(Si,Sj)，将dmin(Si,Sj)最小的两个类别作为遥测量数据样本中差异最小的两个类别，遥测量数据样本中最小差异量dmin(Si,Sj)的计算公式为：
其中，Si和Sj分别表示两个实时故障遥测量信息向量集合，P表示实时故障遥测量信息向量集合Si中的元素，P'表示实时故障遥测量信息向量集合Sj中的元素，si表示实时故障遥测量信息向量；
S224：将遥测量数据样本中差异最小的两个类别合并形成新类别，并删除已被合并的类别；
S225：使聚类类别数目h减少1，并对聚类类别数目进行迭代，直至所有遥测量数据样本被合并为目标聚类类别数目h0；
S226：将N1st＝h0作为第一次聚类的聚类数目，进行第一次聚类，输出有效实时故障数据矩阵
S227：将N2nd＝N1st作为第二次聚类的聚类数目，将有效实时故障数据矩阵作为第二次聚类的输入矩阵，重复步骤S221-S225，并设定第二次的目标聚类数目N2nd＝2，判断遥测量数据是否遭受虚假数据注入攻击，若是则进行修复，否则结束步骤S2；
所述步骤S227中，判断遥测量数据是否遭受虚假数据注入攻击的方法为：若第二次聚类结果中实时故障数据与历史故障数据聚为一类，则该疑似故障元件未遭受虚假数据注入攻击，结束步骤S2；若第二次聚类结果中一类是被攻击的实时故障数据，另一类是未被攻击的历史故障数据，则该疑似故障元件遭受虚假数据注入攻击，并进行修复；
进行修复的方法为：确定虚假数据注入攻击对应的采样时间点，提取各个采样时间点对应分类结果的聚类中心，并以该聚类中心替换对应实时故障数据，完成修复。
5.根据权利要求1所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
S31：构建遥信量信息矩阵Y，遥信量信息矩阵Y包括目标电网的遥信量信息向量YC和目标电网的故障元件信息向量YD；
S32：采用粗糙集约简算法剔除目标电网的遥信量信息向量YC和目标电网的故障元件信息向量YD中的冗余数据，获得约简集合KRS，进行遥信量防护，并将约简集合KRS中的元素确定为关键遥信量。
6.根据权利要求5所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S31中，目标电网的遥信量信息向量YC和目标电网的故障元件信息向量YD的表达式分别为和其中，n3表示历史故障遥信量信息的个数，YkC＝[yk1,...,ykj,...ykm]1×m表示目标电网的第k条历史遥信量信息向量；ykj表示该条信息的第j个遥信量数据，若数据采集与监视控制系统收到遥信量，则ykj取1，否则取0；n4表示故障遥信量数据的总数；YkD＝[ak1,...,akj,...akn]1×d表示第k条历史遥信量信息发生时目标电网的故障元件信息向量；akj表示该条故障信息发生时元件j的故障情况，若元件j故障，则akj取1否则取0；
所述步骤S32包括以下子步骤：
S321：根据目标电网的故障元件信息向量YD计算信息熵H(YD)；
S322：根据目标电网的遥信量信息向量YC和目标电网的故障元件信息向量YD计算核属性coreYD(YC)；
S324：根据信息熵H(YD)和核属性coreYD(YC)计算矩阵YD|coreYD(YC)的信息熵H(YD|coreYD(YC))；
S325：判断矩阵YD|coreYD(YC)的信息熵H(YD|coreYD(YC))是否等于矩阵YD|YC的信息熵H(YD|YC)，若是则进入步骤S327，否则进入步骤S326；
S326：计算各个属性a的样本重要性SGf(a,coreYD(YC),YD)，并返回步骤S324，其中，a∈YC-coreYD(YC)；
S327：将核属性coreYD(YC)作为约简集合KRS，并将约简集合KRS中的元素确定为关键遥信量。
7.根据权利要求6所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4中，故障特征的提取方法为：采用小波包分解方法对修复后的遥测量数据进行分解，并将小波包分解值作为遥测量故障特征；将约简子集KRS中的元素作为遥信量故障特征。
8.根据权利要求1所述的计及虚假数据注入攻击的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51：根据遥测量故障特征和遥信量故障特征，建立基于区间数记忆脉冲神经膜系统的故障诊断模型∏，所述故障诊断模型∏包括遥测量故障诊断模型∏RM和遥信量故障诊断模型∏RS；
S52：采用区间数记忆脉冲神经膜系统矩阵推理算法，获取遥测量故障诊断模型∏RM输出神经元的最大脉冲值及其对应的标签值与遥信量故障诊断模型∏RS输出神经元的最大脉冲值及其对应的标签
S53：根据遥测量故障诊断模型∏RM输出神经元的最大脉冲值及其...
【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，张浩博，刘伟，应瑞轩，陈孝天，曹智博，王怡，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。