[发明专利]基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法

权利要求书

1.一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：获取电网数据，所述电网数据包括电网拓扑结构、线路参数和历史状态估计数据，其中电网拓扑结构包括线路之间的连接状态,开关开断情况；线路参数包括线路电导和对地电纳，之后进入第二步；

第二步：进行电网系统状态相关性分析和电网系统量测相关性分析；所述电网系统状态相关性分析包括含n节点系统的时间相关性建模和含n节点系统的状态预测；所述电网系统量测相关性分析包括当前时刻的量测值与量测预测值之间的时间相关性，具体如下：

(一)进行电网系统状态相关性分析，具体如下：

(1)建立线性化的准稳态模型，如下式所示：

x_k+1＝F_kx_k+G_k+w_k (1)

其中，x_k+1和x_k均表示状态预测值，其中k和k+1分别表示时刻；F_k和G_k表示n维非零对角动态模型参数矩阵；F_k表示状态转移矩阵；G_k表示控制向量；w_k表示服从正态分布的随机白噪声，即w_k～N(0,Q_k)，Q_k表示模型误差协方差矩阵；

(2)计算参数F_k和G_k，通过Holt’s两参数线性指数平滑法及历史状态预测值计算参数F_k和G_k，公式如下所示：

F_k(i)＝α(1+β) (2)

G_k(i)＝(1+β)(1-α)x_k|k-1(i)-βa_k-1(i)+(1-β)b_k-1(i) (3)

其中，F_k(i)和G_k(i)分别表示F_k和G_k的第i个对角元素；x_k|k-1(i)表示k-1时刻的状态预测值；α和β表示两个恒定参数；a_k(i)和b_k(i)表示两参数平滑中间变量，a_k(i)＝αx_k(i)+(1-α)x_k|k-1(i)，b_k(i)＝β[a_k(i)-a_k-1(i)]+(1-β)b_k-1(i)；a_k-1(i)和b_k-1(i)也表示两参数平滑中间变量，其中k和k-1分别表示时刻；

(3)结合F_k和G_k通过传统的期望理论，得出一个含n节点系统的状态预测值x_k+1|k和其协方差矩阵M_k+1，如下式所示：

其中，表示上一时刻的状态估计值；P_k表示上一时刻的协方差矩阵；F_k表示状态转移矩阵；Q_k表示模型误差协方差矩阵；表示F_k的转置；

(二)进行电网系统量测相关性分析，得出预测的量测结果，预测的量测即量测预测值如下式所示：

z_k+1|k＝h(x_k+1|k) (6)

其中，h(·)表示非线性量测方程；z_k+1|k表示量测预测值；之后进入第三步；

第三步：计算新息向量，所述新息向量为当前时刻的量测值与量测预测值的差值，计算公式如下式所示：

ζ_k+1＝z_k+1-z_k+1|k (7)

其中，ζ_k+1表示新息向量；z_k+1表示当前时刻的量测值；z_k+1|k表示当前时刻的量测预测值；

其对应的协方差矩阵Σ_k+1如下式所示：

其中，表示量测雅克比矩阵；表示H_k+1的转置；R_k+1表示量测误差协方差矩阵；之后进入第四步；

第四步：假数据检测与定位，具体如下：

(一)建立用于检测量测时间相关性的检测器D₁，检测器D₁如下式所示：

其中，λ₁为检测门限，λ₁＝3；||·||_∞为无穷范数算子；z_k+1(i)和z_k+1|k(i)分别为z_k+1和z_k+1|k的第i个元素，z_k+1表示当前时刻的量测值；z_k+1|k表示当前时刻的量测预测值；

(二)假数据的检测定位，具体如下：

(1)若第i个新息向量对应的量测值超过了检测门限，则判定存在假数据注入攻击并且此新息向量对应的量测是被攻击的，同时将判定存在假数据注入攻击的新息向量对应的量测标记为被攻击的量测，之后进入第五步；

(2)若没有新息向量超过检测门限，则不存在假数据注入攻击，之后进入第六步；

第五步：假数据的更新，在判断出所有被攻击的量测后，用量测预测值代替更新被攻击的量测，之后进入第六步；

第六步：状态估计，在没有假数据注入攻击或所有被攻击量测都被代替更新以后，采用控制中心已有的估计器得到系统各个节点电压和幅值，完成状态估计。