IEC61850智能变电站工况安全学习系统技术方案

本发明专利技术涉及智能电网安全技术领域，公开了一种IEC61850智能变电站安全学习系统，包括报文采集模块、报文对象测量值数字映射模块、实时入侵检测模块和实时异常源主动定位模块；根据用户需求选取报文，将二进制流的报文还原成可被解析的帧结构的报文；针对非数字类型报文对象进行数字化处理；通过比较每个未知报文和其邻域报文数据的密度来判断该报文是否为异常报文并确定异常得分；统一异常得分的范围，将异常得分缩放在0和1之间的范围内，最终根据异常得分确定报文是否异常；实时定位智能变电站异常入侵源。与现有技术相比，本发明专利技术结合人工智能技术全方位对变电站运行实行智能检测。工智能技术全方位对变电站运行实行智能检测。工智能技术全方位对变电站运行实行智能检测。

【技术实现步骤摘要】
IEC61850智能变电站工况安全学习系统


[0001]本专利技术属于智能电网安全
，尤其涉及一种IEC61850智能变电站工况安全学习系统。

技术介绍

[0002]随着时代的快速发展及能源需求的不断增加，对于能源供应的需求量日益增加，同时，伴随着物联网技术的诞生，使物联网与电力网相融合，形成了电力物联网，其利用物联网技术、通信技术和人工智能技术对智能变电站进行升级改造，使之与根据IEC61850标准主要采用的“三层两网”架构体系契合。
[0003]随着智能电网成为电力系统未来发展的主要趋势，标准IEC61850变电站作为电力系统智能电网的重要组成部分，承载着变压、配电、输配电的控制和管理等重要任务，智能变电站的功能模块一旦发生细枝末节的差错，都会造成不可估量的损失，因此，智能变电站安全可靠的运行是整个智能电网安全稳定运行的重要保证，而如何利用先进的智能技术提高IEC61850智能变电站异常入侵的检测的智能化水平，成为保障智能电网安全的一项关键课题。
[0004]威胁到智能变电站的安全的因素是多方面的，除了外部恶意攻击以外，由于变电站设备高度的集成化和一体化，内部人员的一些不当操作以及站内设备的突发意外故障，也会给智能变电站的安全带来严峻的挑战。
[0005]为了应对以上挑战，科研人员已将传统人工智能技术应用于IEC61850智能变电站的异常入侵的检测，其中包括专家系统、解析优化模型等。此类传统人工智能技术存在知识库建立和维护难，推理速度慢，建立目标函数的难度大等不足，影响检测的时效性与可靠性，相比利用传统的人工智能技术检测IEC61850智能变电站的异常入侵，需要重新寻找一套针对IEC61850智能变电站的安全学习系统，满足用户在各类IEC61850智能变电站下，针对性选取所需报文，更加专业化保护智能变电站的安全运行。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对
技术介绍
中指出的问题，本专利技术提供了一种IEC61850智能变电站工况安全学习系统，满足用户在各类IEC61850智能变电站工况下，针对性选取所需报文，更加专业化保护智能变电站的安全运行。
[0007]技术方案：本专利技术提供了一种IEC61850智能变电站工况安全学习系统，包括报文采集模块、报文对象测量值数字映射模块、实时入侵检测模块和实时异常源主动定位模块；
[0008]所述报文采集模块，用于根据用户需求选取报文，将二进制流的报文还原成可被解析的帧结构的报文；
[0009]报文对象测量值数字映射模块，用于针对非数字类型报文对象进行数字化处理；
[0010]实时入侵检测模块，包括实时局部异常报文因子检测模块和异常得分数据映射模块，所述实时局部异常报文因子检测模块用于通过比较每个未知报文，和其邻域报文数据
的密度来判断该报文是否为异常报文并确定异常得分；所述异常得分数据映射模块用于统一异常得分的范围，将异常得分缩放在0和1之间的范围内，最终根据异常得分确定报文是否异常；
[0011]所述实时异常源主动定位模块，用于在控制回路中实时定位IEC61850智能变电站异常入侵源，明晰异常报文事件。
[0012]进一步地，所述报文采集模块具体包括如下步骤：
[0013]1)监听智能变电站核心交换机的镜像端口，获取进出智能变电站的各类通讯报文，提取出目标报文的二进制数据流；
[0014]2)目标报文的二进制数据流进入一个报文数据队列，根据目标报文结构逐字节还原成ASCII码，实现二进制数据流到报文的帧还原，完成二进制数据流转换成一帧帧可解析的报文。
[0015]进一步地，所述报文对象测量值数字映射模块的具体操作包括：
[0016]将测量值数据记录集中的非数字化记录的数字化转换，转变为可被机器学习的数字记录集；Data1、Data2
…
为字符型，通过数字映射将Data1数字化，Data1数字化为1，Data2数字化为2，数据对象名称转换成为的数字值需确保唯一性。
[0017]进一步地，所述实时入侵检测模块的密度及异常得分具体确定如下：
[0018]根据报文之间的距离为基础来计算密度，距离为曼哈顿距离，其公式如下：
[0019][0020]其中，x和y为报文实例，i表示为第i个报文实例，w为报文总数量；假设x
i
的k距离邻域中有N个样本点，用x
N
表示，为示x
N
中的第t个样本点，那么x
i
的密度的公式如下：
[0021][0022]密度和异常得分的公式如下：
[0023][0024]进一步地，所述实时入侵检测模块中将异常得分缩放在0和1之间的范围内具体公式如下：
[0025][0026]进一步地，据异常得分确定报文是否异常的方法为：当具体报文实例x
i
的异常得分Score∈[0.5,0.9)时，x
i
为可疑报文；
[0027]当具体报文实例x
i
的异常得分Score∈[0,0.5)时，x
i
为正常报文；
[0028]当具体报文实例x
i
的异常得分Score∈(0.9,1]时，x
i
为影响智能判断准确性的噪音，对该x
i
进行排除。
[0029]进一步地，所述实时异常源主动定位模块的具体操作为：
[0030]首先通过对一个时间段已人工标注好的变电站的报文中测量值数据集合，利用K
邻近算法思想自动学习，即在变电站的报文中测量值数据集合的特征空间中的K个最相邻的报文测量值样本中的大多数属于某一个类别，则被检测的报文样本也属于该类别，并具有该类别上报文样本的特性。
[0031]进一步地，所述一个时间段为1个月或3个月。
[0032]有益效果：
[0033]1、本专利技术针对目前电力物联网背景下的IEC61850智能变电站现状，利用IEC61850智能变电站各类报文中各时段发生的各类事件，结合人工智能技术全方位对变电站运行实行智能检测，综合多种机器学习技术，学习通过合规运行模式下的智能变电站的状况，深入解析IEC61850智能变电站各类报文中各时段发生的各类事件间的内在关联关系，及时发现异常的安全，实现直观、快速的捕获智能变电站异常信息，为保障智能变电站安全提供安全学习系统
[0034]2、本专利技术首先通过采集某时间段的相关智能变电站系统运行过程中报文事件行为特征属性项的数据及其对应标签。其次利用特定的机器学习技术，建立起智能变电站的正常运行状态下事件行为特征属性项的合规运行模型，实现对IEC61850智能变电站系统中的报文中的入侵行为的实时检测。最后，利用特定的IEC61850智能变电站报文安全决策，结合人工智能技术，实现对IEC61850智能变电站报文数据时空结构分布充分挖掘，对上述检测出的入侵行为进行异常源主动定位，为IEC61850智能变电站多的健康监控系统提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IEC61850智能变电站安全学习系统，其特征在于，包括报文采集模块、报文对象测量值数字映射模块、实时入侵检测模块和实时异常源主动定位模块；所述报文采集模块，用于根据用户需求选取报文，将二进制流的报文还原成可被解析的帧结构的报文；报文对象测量值数字映射模块，用于针对非数字类型报文对象进行数字化处理；实时入侵检测模块，包括实时局部异常报文因子检测模块和异常得分数据映射模块，所述实时局部异常报文因子检测模块用于通过比较每个未知报文，和其邻域报文数据的密度来判断该报文是否为异常报文并确定异常得分；所述异常得分数据映射模块用于统一异常得分的范围，将异常得分缩放在0和1之间的范围内，最终根据异常得分确定报文是否异常；所述实时异常源主动定位模块，用于在控制回路中实时定位IEC61850智能变电站异常入侵源，明晰异常报文事件。2.根据权利要求1所述的IEC61850智能变电站安全学习系统，其特征在于，所述报文采集模块具体包括如下步骤：1)监听智能变电站核心交换机的镜像端口，获取进出智能变电站的各类通讯报文，提取出目标报文的二进制数据流；2)目标报文的二进制数据流进入一个报文数据队列，根据目标报文结构逐字节还原成ASCII码，实现二进制数据流到报文的帧还原，完成二进制数据流转换成一帧帧可解析的报文。3.根据权利要求1所述的IEC61850智能变电站安全学习系统，其特征在于，所述报文对象测量值数字映射模块的具体操作包括：将测量值数据记录集中的非数字化记录的数字化转换，转变为可被机器学习的数字记录集；Data1、Data2
…
为字符型，通过数字映射将Data1数字化，Data1数字化为1，Data2数字化为2，数据对象名称转换成为的数字值需确保唯一性。4.根据权利要求1所述的IEC61850智能变电站安全学习系统，其特征在于，所述实时入侵检测模块的密度及异常得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建戈，戴欣，刘鑫，李茂，王伟业，张鹏宇，吕少岚，杨帆，
申请(专利权)人：江苏海云智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：