一种基于区块链的全域电力防护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链的全域电力防护方法，包括以下步骤：步骤S1、以区块链的模式将全域电力物理网络抽象为节点和边耦合形成的网络拓扑结构；步骤S2、确定所述全域电力物理网络中信息网络节点数，根据一一对应原则将所述核心节点进行分区，通过在通信端口增加设备冗余，构造信息端虚拟节点；步骤S3、在信息网络增设虚拟节点后，将全域电力物理网络的电力线路在电网N

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的全域电力防护方法


[0001]本专利技术涉及区块链电力防护
，具体涉及一种基于区块链的全域电力防护方法。

技术介绍

[0002]随着电力物理网络与电力信息网络的深入交互，电力信息物理系统CPPS已逐步形成，CPPS中大量监视和控制设备的使用及信息的实时传输，能更精确地对电网的运行状态进行监视与控制，但也带来了新的问题，单一网络遭受攻击可能在CPPS的交互影响下引发大规模连锁故障，导致大停电事故的发生。
[0003]随着信息通信技术的高速发展，电力系统智能化程度不断加深，电力物理网络与信息网络耦合更加密切，电力信息物理融合系统已然成为智能化的复杂网络，大监视和控制设备的使用及信息的实时传输，能更精确地对电网的运行状态进行监视和控制，同时为电能的高效使用与分配提供了便利，对CPPS进行研究首先需要建立一个适合的数学模型，在过去的电力系统中，将物理网络与信息网络割裂开来，未考虑两种网络之间的交互影响与深度耦合，由于单一网络故障而引发耦合网络的相继故障，使得人们意识到，CPPS应将孤立的单一网络耦合为相依网络，对其进行建模。
[0004]依据大规模连锁故障，提出来多种基于不同耦合方式的CPPS建模研究，目前对CPPS脆弱性研究主要分为以下两种：第一种主要从拓扑、复杂网络研究的基本测度方面分析CPPS的薄弱环节，提出了一种基于动态潮流模型来研究电力系统与调度数据网之间的相互依赖性，考虑了调度数据网的拓扑和局部传输特性，研究电网不同攻击情况下调度数据网的脆弱性，但脆弱性研究主要集中在复杂网络拓扑结构以攻击视角引发大停电的可能性出发，分析存在的安全风险，缺少对电力信息物理系统重要节点增设防护后不同攻击视角下的脆弱性分析；第二种是利用复杂网络理论建立CPPS模型，从攻击者角度建立了四种攻击模式，构建直流潮流模型，评价信息攻击对物理层的影响，但是缺少对重要信息节点的主动安全防护进行研究，无法预测不同资源背景下的攻防效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于区块链的全域电力防护方法，以解决现有技术中对脆弱性研究缺少对电力信息物理系统重要节点增设防护后不同攻击视角下的脆弱性分析，以及缺少对重要信息节点的主动安全防护进行研究，无法预测不同资源背景下的攻防效果的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
[0007]一种基于区块链的全域电力防护方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、以区块链的模式将全域电力物理网络抽象为节点和边耦合形成的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构中将全域电力物理网络中发电站抽象为物理节点、变电站抽象为传输节点、汇聚母线抽象为负荷节点、调度中心抽象为核心节点、输电线路抽象为电力物
理网的边；
[0009]步骤S2、确定所述全域电力物理网络中信息网络节点数，根据一一对应原则将所述核心节点进行分区，通过在通信端口增加设备冗余，构造信息端虚拟节点，所述虚拟节点分区中不参与电力物理网络的优化调度，只防护对应信息节点的攻击；
[0010]步骤S3、在信息网络增设虚拟节点后，将全域电力物理网络的电力线路在电网N
‑
1状态下耦合成网络连锁故障，构建所述网络连锁故障仿真模型，实时监测全域电力物理网络耦合的脆弱性。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案所述网络拓扑结构中节点和边的耦合关系采取一对一耦合的形式，其拓扑结构用矩阵Z表示为：
[0012][0013]其中p、a、b、c分别表示电力物理节点、传输节点、负荷节点以及核心节点，矩阵Z中的各个子矩阵Z
pp
、Z
pa
、Z
pb
、Z
bc
为对应节点间的邻接矩阵。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案在所述网络拓扑结构的信息节点中插入高比例的虚拟节点，将矩阵Z中各个子矩阵对应节点间的邻接矩阵顺序打乱，增加真假信息节点的数量比以测算攻击概率，具体为：
[0015]首先，在所述网络拓扑结构的信息节点中插入虚拟节点，设信息节点真假比例为1：N，则一次攻击被虚拟节点捕获的概率p0为：
[0016][0017]其次，再测试成功攻击一次后再次攻击被虚拟节点捕获的概率p1为：
[0018][0019]当全域电力按照N
‑
1准则的运行方式，即任意一个原件故障不会导致系统故障时，测试攻击成功不超过一次的概率p
N
‑1为：
[0020]p
N
‑1＝p0+p1[0021]根据所述攻击成功不超过一次的概率p
N
‑1设定所述虚拟节点的插入比例。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案基于所述虚拟节点的插入比例判断网络拓扑结构的信息节点以不同概率相耦合时，所述物理节点失效对全域电力物理网络的状态感知和优化调度的影响，以全域电力物理网络的直流最优潮流进行调度优化，具体为：
[0023]获取全域电力物理网络系统的各支路潮流向量F，将全域电力物理网络系统的节点数设为M，根据信息节点的注入功率向量P，调整支路直流最优潮流，具体为：
[0024][0025]F＝B
F
‑
P
P
[0026]其中，P
gi
表示为节点i的发电机有功功率，B
F
‑
P
表示系统支路节点的关联导纳矩阵。
[0027]作为本专利技术的一种优选方案依据所述各支路潮流向量F，在网络拓扑结构中增设虚拟节点后，构建在电网N
‑
1状态下网络连锁故障模型，具体为：
[0028]首先，获取全域电力物理网络的系统结构和参数，根据信息节点的CPPS排序以星型网络拓扑结构构建电力信息物理耦合网络；
[0029]其次，初始化电力信息物理耦合网络状态，设置虚拟节点数目和位置、电网N
‑
1状态下电力线路的N
‑
1故障，选择攻击方式对信息节点发起攻击，依据耦合网络交互影响模型，以不同概率修改与被攻击的信息节点相耦合的电力物理节点的状态，判定电力物理节点状态是否修改，更新电力物理网络拓扑；
[0030]再者，计算电力物理网络潮流，根据潮流结果获取实际电网状态，调度中心根据感知到的可观支路潮流情况，决定是否启动优化调整，如启用再计算直流最优潮流，进行最优化调度调整；
[0031]最后，根据电力物理网络实际状态确定是否有线路越限情况发生，若存在线路越限，则断开相应线路，若不存在线路越限情况，则退出电力物理网连锁故障模型，统计负荷损失。
[0032]作为本专利技术的一种优选方案所述网络连锁故障模型主要以概率的形式规定攻防双方在每一个状态下选择的动作，将攻击者和防御者定义为动作空间A和D上的概率分布，针对电网N
‑
1状态下构建攻防策略集合。
[0033]作为本专利技术的一种优选方案所述防策略集合主要根据全域电力物理网络上潜在的威胁定义本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的全域电力防护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、以区块链的模式将全域电力物理网络抽象为节点和边耦合形成的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构中将全域电力物理网络中发电站抽象为物理节点、变电站抽象为传输节点、汇聚母线抽象为负荷节点、调度中心抽象为核心节点、输电线路抽象为电力物理网的边；步骤S2、确定所述全域电力物理网络中信息网络节点数，根据一一对应原则将所述核心节点进行分区，通过在通信端口增加设备冗余，构造信息端虚拟节点，所述虚拟节点分区中不参与电力物理网络的优化调度，只防护对应信息节点的攻击；步骤S3、在信息网络增设虚拟节点后，将全域电力物理网络的电力线路在电网N
‑
1状态下耦合成网络连锁故障，构建所述网络连锁故障仿真模型，实时监测全域电力物理网络耦合的脆弱性。2.根据权利要求1所述的基于区块链的全域电力防护方法，其特征在于：所述网络拓扑结构中节点和边的耦合关系采取一对一耦合的形式，其拓扑结构用矩阵Z表示为：其中p、a、b、c分别表示电力物理节点、传输节点、负荷节点以及核心节点，矩阵Z中的各个子矩阵Z
pp
、Z
pa
、Z
pb
、Z
bc
为对应节点间的邻接矩阵。3.根据权利要求2所述的基于区块链的全域电力防护方法，其特征在于：在所述网络拓扑结构的信息节点中插入高比例的虚拟节点，将矩阵Z中各个子矩阵对应节点间的邻接矩阵顺序打乱，增加真假信息节点的数量比以测算攻击概率，具体为：首先，在所述网络拓扑结构的信息节点中插入虚拟节点，设信息节点真假比例为1：N，则一次攻击被虚拟节点捕获的概率p0为：其次，再测试成功攻击一次后再次攻击被虚拟节点捕获的概率p1为：当全域电力按照N
‑
1准则的运行方式，即任意一个原件故障不会导致系统故障时，测试攻击成功不超过一次的概率p
N
‑1为：p
N
‑1＝p0+p1根据所述攻击成功不超过一次的概率p
N
‑1设定所述虚拟节点的插入比例。4.根据权利要求3所述的基于区块链的全域电力防护方法，其特征在于：基于所述虚拟节点的插入比例判断网络拓扑结构的信息节点以不同概率相耦合时，所述物理节点失效对全域电力物理网络的状态感知和优化调度的影响，以全域电力物理网络的直流最优潮流进行调度优化，具体为：获取全域电力物理网络系统的各支路潮流向量F，将全域电力物理网络系统的节点数设为M，根据信息节点的注入功率向量P，调整支路直流最优潮流，具体为：
F＝B
F
‑
P
P其中，P
gi
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：简晓雯，刘明伟，任昊文，康旖，敖知琪，周旺，朱婧，王金贺，刘竹青，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：