[发明专利]智能电网中基于PMU部署的错误数据注入攻击防御方法

说明书

本发明涉及智能电网安全技术，具体地说是智能电网中基于PMU部署的错误数据注入攻击防御方法。该方法包括新的低开销混合攻击机制、脆弱节点的PMU预部署以及全网基于PMU的贪心策略部署三个阶段。在新的低开销混合攻击机制阶段，攻击者可以用较低的开销攻击智能电网连接度较小的母线来引起错误状态估计结果。在脆弱节点的PMU预部署阶段，首先将最易受攻击的母线通过PMU的部署保护起来。在全网基于PMU贪心策略部署阶段，根据当前的攻击向量，部署的每轮在能保护最大数量测量值的母线部署一个PMU设备，直到整个电网完全可观。本发明提出的防御方法使得攻击者增加攻击开销，同时减小了部署迭代过程，在部署完成后，实现了对错误数据注入攻击的有效防御。

技术领域

本发明涉及智能电网安全技术，具体地说是一种智能电网中基于PMU部署的错误数据注入攻击防御方法。

背景技术

智能电网是现代化的电力网络系统，智能电网通过融合信息技术和通信技术使得电能的供需平衡更加可靠、经济、并具有可持续性。相比于传统的电力网络，智能电网一个明显的特征就是由于电网和用户双向的信息交互产生了大量的数据。消费者、控制中心以及控制设备之间的双向信息交互使得能量的供给和需求变得更加有效。在电能供应端，电力系统中的设备可以被更智能的管理，并且电力供应的灵活性也得到了极大地提高。在用户侧，用户体验和收费系统也可以得到进一步地增强。尽管智能电网的发展带来了很多优良的特性，但是网络系统和物理系统的强耦合也使智能电网更容易遭受各种各样的网络攻击。一般而言，电力系统属于国家的关键基础设施，电力系统的毁坏或停电将会给国家的经济、安全甚至生命健康带来威胁。

为了保证智能电网的正常运行，电力网络需要被SCADA(数据采集与监视控制系统)系统和EMS(能源管理系统)持续不断的监视和控制。但是通常用传感器直接测量电力系统所有的状态变量是不可能的，尤其是对于各个母线的相位角。因此，由状态估计器获得准确的状态估计对于后续的控制和分析是至关重要的。影响状态估计准确性的一个重要因素是不良数据的引入。不良数据通常是由非恶意的故障或者恶意的网络攻击造成的。针对不良数据的检测技术通常是基于：错误的测量值将会产生较大的归一化残差。但是2009年提出的错误数据注入攻击却可以规避掉常规的基于归一化测量值残差的检测，引发错误的状态估计，这为电网后续的控制和决策带来极大的威胁。

为了防御智能电网中出现的错误数据注入攻击，一种有效的方式便是通过增加额外的安全机制。由于PMU是先进的测量单元，可以提供准确实时的通过相位信息，并且由于其可以与GPS实现同步，对于攻击者而言一般很难篡改被PMU保护的测量值。而已有的基于PMU部署的防御算法通常是依靠贪心的策略来部署PMU的，在部署PMU的过程中，依据贪心策略只在能保护最大数量测量值的母线部署一个PMU设备，但是当错误数据注入攻击在PMU部署的过程中有策略地攻击电网中连接度较小的母线时，这类基于贪心策略的算法往往并不充分，不能有效防御此类攻击。所以需要重新设计一种新的PMU部署方法来防御错误数据注入攻击的发生。

发明内容

针对现有的智能电网中基于贪心策略PMU部署的错误数据注入攻击防御方法在面对新的混合错误数据注入攻击时失效的问题，本发明提出了一种智能电网中基于PMU部署的错误数据注入攻击防御方法。该方法包括新的低开销混合攻击机制、脆弱节点的PMU预部署以及全网基于PMU的贪心策略部署三个步骤。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能电网中基于PMU部署的错误数据注入攻击防御方法，包括以下步骤：

根据电网测量值雅克比矩阵查找脆弱节点；

对脆弱节点进行PMU预部署；

对其它节点进行贪心策略部署，实现对错误数据注入攻击的防御。

所述根据电网测量值雅克比矩阵得到脆弱节点，包括以下步骤：