基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法，构建了微电网发电机组间密文交互的保密交互协议和隐私保护一致性算法，属于微电网经济调度领域。本发明专利技术微电网中的每个发电机组通过保密交互协议获取自身信息和通信网络中与其相邻的其它发电机组信息之间的信息加权差，从而更新隐私保护一致性算法，在满足电力系统功率平衡的前提下实现总发电成本最优化。并且本发明专利技术在保证经济调度任务有效完成的基础上，实现各发电机组间信息的密文传输，避免了隐私泄露，保障电力系统的安全与稳定运行。力系统的安全与稳定运行。力系统的安全与稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法


[0001]本专利技术属于微电网经济调度领域，具体来说，尤其涉及一种基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法。

技术介绍

[0002]微电网被认为是一种集成多种分布式能源的有效解决方案，可提高传统电力系统的弹性、可拓展性和效率。对于电力系统来说，微电网是一个具有多个负载和多个电源的单一可控实体，运行在并网模式或隔离模式。隔离微电网通常用于在电力匮乏的偏远地区供电，这就要求系统在存在各种运行不确定性的情况下仍能稳定运行。经济调度问题是能源管理的基本问题之一，它的目标是在满足系统和分布式发电机的约束条件下，以最小的运行成本满足电力需求。过去许多集中式方法实施成本高，需要一个控制中心来收集所有发电机的状态和参数并处理大量数据，容易发生单点故障。此外对于未来可变通信网络的电网，集中式方法的有效性可能被削弱。分布式方法具有鲁棒性、灵活性和可拓展性等优点，更适合于解决经济调度的问题。
[0003]现有基于一致性的分布式经济调度算法的实现要求相邻单元之间通过通信网络以明文形式交换信息。这种定向传输不可避免地会导致隐私泄露，进而增加微电网的安全风险。恶意的攻击者和窃听者可以通过窃听敏感信息来推断生成成本函数中的变量，一旦这些变量被披露，恶意对手就可以设计攻击来增加微电网的发电成本，甚至破坏电网系统；攻击者还可以通过消费者的用电量信息和对电价的敏感性，推断出消费者的行为和习惯，预测其未来的活动。此外，能源消耗数据的泄露也可能增加恶意对手窃取能源的风险。
[0004]如前所述，在未来电力系统环境下，许多内部与外部的恶意对手试图揭露隐私并实施攻击，这给电网系统带来了严峻的挑战，明文信息的传输会导致隐私泄露以及增加安全风险，并有可能导致整个经济调度的失败，严重影响电力系统的稳定与安全，目前尚缺乏对此类问题的有效解决方案。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术提供了一种基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法，在满足微电网功率供需平衡的前提下使得总发电成本达到最优，并在保证经济调度任务有效完成的基础上，实现各发电机组间的密文传输，避免隐私泄露，保障电力系统的安全与稳定运行。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0007]一种基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法，用于发电机组之间具有无向连通通信网络拓扑的孤岛微电网，该方法包括如下步骤：
[0008]步骤1：设置参数与初始化，包括微电网中总线数N，每条总线负载P
Di
、发电机发电成本系数α
i
、β
i
、γ
i
，发电机的输出功率上下界P
imin
和P
imax
，以及收敛参数λ
stop
、P
Mstop
、ΔP
stop
，初始化k＝0时刻的各发电机组增量成本λ
i
(0)，其中k为迭代次数，i表示第i条总线，i
＝1，2，
…
，N；
[0009]步骤2：各发电机组按照保密交互协议与相邻发电机组进行交互获取关于增量成本的加权差并根据隐私保护一致性算法来更新增量成本λ
i
(k+1)，然后更新k＝k+1；
[0010]步骤3：判断增量成本的收敛条件，当满足时转到步骤4，当不满足时转到所述步骤2；
[0011]步骤4：各发电机组设置平均功率不匹配的初值；
[0012]步骤5：各发电机组按照保密交互协议与邻居发电机组进行交互获取关于平均功率不匹配信息的加权差并根据隐私保护一致性算法来更新平均功率不匹配P
Mi
(k+1)，然后更新k＝k+1；
[0013]步骤6：判断平均功率不匹配的收敛条件，当满足时转到步骤7，当不满足时转到所述步骤5；
[0014]步骤7：各发电机组计算总功率不匹配；
[0015]步骤8：判断总功率不匹配的收敛条件，当满足时结束程序，当不满足时更新增量成本λ
i
(k+1)并更新k＝k+1，然后转到所述步骤4。
[0016]所述保密交互协议基于paillier密码系统，所述paillier密码系统的基本功能和特性为：
[0017]1)生成密钥：选择两个相同位长的大素数p和q，然后计算n＝pq和u＝(p
‑
1)(q
‑
1)，v＝u
‑1modn；其中n为公钥，(u，v)为私钥；
[0018]2)加密：在中随机选择一个数r，数值m加密为密文c的操作为c＝E(m)＝(n+1)
m
r
n
modn2，其中m∈Z
n
，Z
n
＝{z|z∈Z，0≤z＜n}，gcd表示最大公约数；
[0019]3)解密：密文c解密为明文m的操作为m＝D(c)＝L(c
u
modn2)vmodn，其中
[0020]加法同态性质：对于密文E(m1)、E(m2)、E(m)以及明文a，满足E(m1+m2)＝E(m1)
·
E(m2)和E(am)＝E(m)
d
[0021]当两个发电机组之间存在通信链路可以进行信息交互，那么就称这两组发电机互为对方的邻居，假设发电机组i的状态为x
i
，其相邻发电机组j的状态为x
j
；
[0022]进一步的，步骤2和步骤5中所述保密交互协议具体为：对于相邻的发电机组i和j，k时刻具体的交互步骤如下：
[0023]步骤a：发电机组i和j分别生成密钥对(k
pi
(k)，k
si
(k))和(k
pj
(k)，k
sj
(k))；
[0024]步骤b：发电机组i用公钥k
pi
(k)加密负状态值，即E
i
(
‑
x
i
(k))，发电机组j用公钥k
pj
(k)加密负状态值，即E
j
(
‑
x
j
(k))；
[0025]步骤c：发电机组i发送其公钥k
pi
(k)和密文E
i
(
‑
x
i
(k))到发电机组j，并接收发电机组j的公钥k
pj
(k)和密文E
j
(
‑
x
j
(k))；
[0026]步骤d：发电机组i用发电机组j的公钥k
pj
(k)加密状态值，即E
j
(x
i
(k))，发电机组j
用发电机组i的公钥k
pi
(k)加密状态值，即E
i
(x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设置参数与初始化，包括微电网中总线数N，每条总线负载P
Di
、发电机发电成本系数α
i
、β
i
、γ
i
，发电机的输出功率上下界P
imin
和P
imax
，以及收敛参数λ
stop
、P
Mstop
、ΔP
stop
，初始化k＝0时刻的各发电机组增量成本λ
i
(0)，其中k为迭代次数，i表示第i条总线，i＝1，2，
…
，N；步骤2：各发电机组按照保密交互协议与相邻发电机组进行交互获取关于增量成本的加权差并根据隐私保护一致性算法来更新增量成本λ
i
(k+1)，然后更新k＝k+1；步骤3：判断增量成本的收敛条件，当满足时转到步骤4，当不满足时转到所述步骤2；步骤4：各发电机组设置平均功率不匹配的初值；步骤5：各发电机组按照保密交互协议与邻居发电机组进行交互获取关于平均功率不匹配信息的加权差并根据隐私保护一致性算法来更新平均功率不匹配P
Mi
(k+1)，然后更新k＝k+1：步骤6：判断平均功率不匹配的收敛条件，当满足时转到步骤7，当不满足时转到所述步骤5；步骤7：各发电机组计算总功率不匹配；步骤8：判断总功率不匹配的收敛条件，当满足时结束程序，当不满足时更新增量成本λ
i
(k+1)并更新k＝k+1，然后转到所述步骤4。2.根据权利要求1所述的基于加密策略的孤岛微电网隐私保护分布式经济调度方法，其特征在于，所述保密交互协议具体为：当两个发电机组之间存在通信链路可以进行信息交互，那么就称这两组发电机互为对方的邻居，假设发电机组i的状态为x
i
，其相邻发电机组j的状态为x
j
，对于相邻的发电机组i和j，k时刻具体的交互步骤如下：步骤a：发电机组i和j分别生成密钥对(k
pi
(k)，k
si
(k))和(k
pj
(k)，k
sj
(k))；步骤b：发电机组i用公钥k
pi
(k)加密负状态值，即E
i
(
‑
x
i
(k))，发电机组j用公钥k
pj
(k)加密负状态值，即E
j
(
‑
x
j
(k))；步骤c：发电机组i发送其公钥k
pi
(k)和密文E
i
(
‑
x
i
(k))到发电机组j，并接收发电机组j的公钥k
pj
(k)和密文E
j
(
‑
x
j
(k))；步骤d：发电机组i用发电机组j的公钥k
pj
(k)加密状态值，即E
j
(x
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁盛煊，柏鸿飞，岳东，严凤丹，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：