一种应对信息物理攻击的电网加固方法技术

本发明专利技术提供了一种应对信息物理攻击的电网加固方法，属于电力能源协调控制技术领域，通过对信息物理攻击下的电网加固问题进行研究，综合考虑加固措施，自动化装置的快速响应与电网人员恢复手段对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，建立了电力系统多阶段故障响应模型。此外，为了描述电网加固者，协同攻击者，电网故障响应之间博弈的相互作用关系，建立了defend

【技术实现步骤摘要】
一种应对信息物理攻击的电网加固方法


[0001]本专利技术实施例涉及电力系统安全
，尤其涉及一种应对信息物理攻击的电网加固方法。

技术介绍

[0002]近年来，通信、设备自动化能力在电网的运行中发挥越来越重要的作用，在更加智能化的同时，电网也遭受日益增长的信息物理协同攻击威胁；相比传统恶意攻击，此类攻击种类多样，危害更加严重，容易引发大规模的停电事故，为了抵御信息物理协同攻击，需要有选择的对电网进行加固，如何解析化建模预先加固措施对故障传播和系统负荷损失的积极作用，准确刻画攻击发生后电网自动化装置快速响应与运行调度人员的紧急应对措施对电网运行状态的影响是亟需解决的技术问题。
[0003]在研究应对协同攻击的加固问题时，现有技术存在一定缺陷。首先，在针对继电保护的网络攻击与物理攻击的协同作用建模中，现有技术未考虑加固措施对故障传播的影响；其次，实际场景中电网的自动化装置与运行人员会采取紧急响应措施以应对协同攻击，而现有技术对以上因素对故障后果的重要影响考虑不足，这使得所得加固方案准确性欠缺。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对以上问题，提供一种应对信息物理攻击的电网加固方法。该方法能够综合考虑事前加固、自动化装置动作和发电调度等多种因素对电力系统的影响，能够更准确的评估协同攻击的攻击效果并给出最优加固方案，有效降低协同攻击下电力系统的负荷损失。
[0005]本专利技术实施例提供一种应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述方法包括，S1、根据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况；S2、在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型；S3、考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集及电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固DAD规划模型；S4、采用列与约束生成算法求解电网加固DAD规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的最优攻击方案，电力系统故障情况与负荷损失。
[0006]在一种可能的实现方式中，所述信息物理协同攻击包括三种攻击形式：以输电线路为目标的物理攻击将导致线路发生短路故障；以继电保护装置为目标的拒动网络攻击通过修改继电器设置来阻止断路器跳闸，从而扩大故障影响；以继电保护装置为目标的误动网络攻击控制继电器向相应的断路器发送跳闸信号，切断关键的潮流传输路径。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述相应加固措施是对遭受攻击的线路或者继电保护装置进行加固以应对攻击，包括加强巡逻和采用动态密码；加固后的元件可以完全抵御恶意攻击。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述电力系统受影响情况的变量包括：s
ij
表征断路器ij通断情况，断路器闭合表示为1，否则为0；c
i
表征节点i受故障影响情况，节点受故障影响表示为1，否则为0；
[0009]所述加固方案变量包括：χ
ij
表征输电线路ij是否被加固，被加固表示为1，否则为0；γ
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否被加固，被加固表示为1，否则为0；
[0010]所述协同攻击方案变量包括：f
ij
表征输电线路ij是否遭受物理攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；α
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受拒动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；β
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受误动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；
[0011]协同攻击生效变量包括：表征节点i相连的输电线路中是否存在任意线路遭受有效物理攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效拒动网络攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效误动网络攻击，是为1，否为0；
[0012]一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：
[0013][0014][0015][0016][0017]式中，Ω
N
为节点集合，为与节点i相连的输电线路集合，Ω
S
为断路器集合。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述步骤S2中，在退化阶段，继电保护装置在检测到短路故障后会控制断路器跳闸迅速隔离故障；随后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040]其中，Ω
T
为输电线路集合，为表示退化阶段节点i故障情况的0
‑
1变量，为表示退化阶段节点j故障情况的0
‑
1变量，为表示退化阶段断路器ij通断情况的0
‑
1变量，M为一任意大正数，为表示退化阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示退化阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0
‑
1变量，1表示动作，0反之，为表示事故前断路器ij投运情况的0
‑
1变量，1为投入运行，0为未投入运行，ζ
i
为辅助0
‑
1变量，为表示节点i的发电削减因子的连续变量，为表示节点i的负荷削减因子的连续变量，为表示退化阶段输电线路ij潮流的连续变量，为节点i上的发电机集合，为节点i上的负荷集合，为表示发电机事故前出力的常量，P
lL
为表示事故前负荷量l的常量。
[0041]在一种可能的实现方式中，在恢复阶段，电网运行人员运将主动响应信息物理协同攻击，消除网络攻击的影响，控制离故障最近的断路器跳闸，闭合受故障影响的变电站内的其他断路器，恢复系统拓扑的联通性，并通过调度发电恢复负荷；
[0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061]其中，为表示恢复阶段节点i故障情况的0
‑
1变量，为表示恢复阶段节点j故障情况的0
‑
1变量，为表示恢复阶段断路器ij通断情况的0
‑
1变量，M为一任意大正数，为表示恢复阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示恢复阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0
‑
1变量，为表示恢复阶段节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述方法包括，S1、根据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况；S2、在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型；S3、考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集及电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固DAD规划模型；S4、采用列与约束生成算法求解电网加固DAD规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的最优攻击方案，电力系统故障情况与负荷损失。2.根据权利要求1所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述信息物理协同攻击包括三种攻击形式：以输电线路为目标的物理攻击将导致线路发生短路故障；以继电保护装置为目标的拒动网络攻击通过修改继电器设置来阻止断路器跳闸，从而扩大故障影响；以继电保护装置为目标的误动网络攻击控制继电器向相应的断路器发送跳闸信号，切断关键的潮流传输路径。3.根据权利要求1或2所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述相应加固措施是对遭受攻击的线路或者继电保护装置进行加固以应对攻击，包括加强巡逻和采用动态密码；加固后的元件可以完全抵御恶意攻击。4.根据权利要求1或2所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述电力系统受影响情况的变量包括：s
ij
表征断路器ij通断情况，断路器闭合表示为1，否则为0；c
i
表征节点i受故障影响情况，节点受故障影响表示为1，否则为0；所述加固方案变量包括：χ
ij
表征输电线路ij是否被加固，被加固表示为1，否则为0；γ
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否被加固，被加固表示为1，否则为0；所述协同攻击方案变量包括：f
ij
表征输电线路ij是否遭受物理攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；α
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受拒动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；β
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受误动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；协同攻击生效变量包括：表征节点i相连的输电线路中是否存在任意线路遭受有效物理攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效拒动网络攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效误动网络攻击，是为1，否为0；一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：
式中，Ω
N
为节点集合，为与节点i相连的输电线路集合，Ω
S
为断路器集合。5.根据权利要求4所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述步骤S2中，在退化阶段，继电保护装置在检测到短路故障后会控制断路器跳闸迅速隔离故障；随后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦超，仲重宇，曾沅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：