[发明专利]智能电网线路状态错误数据注入攻击的检测器与检测方法

权利要求书

1.一种智能电网线路状态错误数据注入攻击检测器，其特征在于：所述检测器由检测器数据收集器、线路标识器、数据聚合器和分类器四部分构成；

检测器数据收集器负责与相连的上下级子控制器的检测器数据收集器和底层数据收集器进行数据传输；底层数据收集器直接接收测量系统状态的传感器数据；当下级检测器的检测器数据收集器或者底层数据收集器要通过该检测器数据收集器传输数据到上级检测器数据收集器时，该检测器数据收集器将负责对数据进行拷贝，并将数据传输给数据聚合器；除此以外，检测器数据收集器负责将其所在检测器的异常检测结果传输给上级子控制器的检测器数据收集器，最后再传输给中央控制器；

线路标识器负责标记当前子控制器能够控制的线路状态是连接或断开；每一个线路标识器是由一个0和1构成的数据向量，一个子控制器能够管理的线路数量是这个向量的维度；当向量的第i个维度数据为1，则表示第i条线路当前处于连接状态；当第i个维度的数据为0，则表示当前线路是断连的，i＝1,2，…，Q，Q为总的维度数；由于子控制器能够自动感知线路状态，所以该状态由子控制器自动设置；同时，线路标识器为数据聚合器提供查询接口；

数据聚合器负责将每个检测器数据收集器传输的数据依据线路标识器的标识处理为样本，所述样本为一个被分类器分析的高维度数据向量，并将数据传递给分类器；一个六维数组x描述了一条线路在单位时间的状态，该六维数组包括线路两端的电压角，线路两端点的负载量，线路的电流量和线路当前连接状态，记为：

x＝{θ₁,θ₂,l₁,l₂,f,1/0}^T

其中θ₁表示线路一端的电压角，θ₂表示线路另一端的电压角，l₁表示线路一端的负载量，l₂表示线路另一端的负载量，f表示线路的电流量；1/0用来表示线路当前的连接状态，如果子控制器感知当前线路状态为连接，则该维度数据为1，如果当前线路被断连，则该维度数据选取为0；

分类器负责对样本进行二分类：异常或者正确；当样本被分为异常类，警告将被产生，子控制器将根据警告定位异常线路，并通过检测器数据收集器传输给上级相连的检测器数据收集器。

2.根据权利要求1所述智能电网线路状态错误数据注入攻击检测器，其特征在于：所述检测器可以安装在智能电网的每个子控制器上。

3.一种基于权利要求1或2所述检测器的智能电网线路状态错误数据注入攻击的检测方法，其特征在于：该方法主要利用了基于支持向量机二分类方法实现，实施步骤如下：

S1为子控制器训练超平面

每个子控制器的超平面训练均由中央控制器完成，其具体过程如下：

S1.1获取线路状态信息

基于当前子控制器的线路标识器的向量，从历史电网数据中，收集和当前子控制器线路标识器的向量相同情况下的线路状态信息；

S1.2生成训练正样本集合

正样本是指正常的线路状态信息样本；每一子控制器都控制着一部分线路，该子控制器也仅仅处理这些线路的样本；中央控制器将属于同一个子控制器控制的线路的样本合并，为第j个子控制器生成样本集合C^j，j＝1,2，…，N，其中N为子控制器个数；

S1.3为正样本增加标签

对于任意样本x∈C^j，增加标签y＝1；

S1.4生成错误样本

一个错误样本是指一个正常样本的部分或全部数据项被修改；对于任意样本x∈C^j，随机修改数据项，修改后的样本集构成集合M^j；同时，为每一个样本增加标签y＝-1；

S1.5为子控制器的分类器生成超平面

中央控制器以每个样本集合C^j、M^j和两个集合对应的标签作为输入，为第j个子控制器计算支持向量机超平面：

A_jx+b_j＝0

超平面参数A_j和b_j通过公式(1)计算：

受限于：

y(A_jx+b_j)≥1

S1.6设置子控制器分类器的超平面参数

将超平面参数A_j和b_j发送给第j个子控制器的分类器；

上述过程描述了中央控制器为每个子控制器的检测器训练生成分类器超平面的过程；当一个子控制器的线路标识器向量发生变化，其将向中央控制器提出重新生成超平面的请求，中央控制器将重新执行上述六步为对应子控制器设置新的超平面参数；

S2分类器对输入样本进行分类

在单位时间内，每个子控制器的聚合器将该子控制器管理的线路信息合并为有效样本输入到对应子控制器的分类器，分类器将按照如下过程将数据标记为异常或者正常：

S2.1构造样本集合

分类器在每个单位时间对聚合器输入的多个样本构造一个样本集合，确保有且只有一个样本描述该子控制器控制的一条线路的状态；

S2.2分类样本集合的样本

当输入的样本x满足

A_jx+b_j≥0，

则样本x为正常类样本；否则，样本x将被标记为异常类样本；

S2.3当样本集合中存在一个异常样本，将发送警告信息给子控制器，告知异常样本对应的线路名称；

S2.4依据警告内对应的线路名称，将对应线路标记为被攻击的线路，并将该线路被攻击情况发送给与该子控制器相连的上级子控制器；

在执行完以上四步后，每个子控制器能够判断出是否当前控制的线路状态信息被修改，实现判断是否有错误数据注入的检测目的。