[发明专利]一种非侵入式的基于功耗分析的PST异常监测方法

说明书

本发明公开了一种非侵入式的基于功耗分析的PST异常监测方法。该方法将电阻串入PST装置的供电模块与CPU模块之间，通过数据采集卡采集其电压降，并传入上位机进行功耗信息的处理，上位机根据采集到的功耗信息生成特征值样本进行RNN网络的训练，并根据训练好的RNN模型对实时样本进行监测。本发明无需修改PST的软硬件配置，相对电力系统是非侵入式的，且能够对PST进行实时的监控，在不需要获取PST遭到攻击时的异常样本情况下就能实现对攻击的监测。

技术领域

本发明涉及电力系统的安全领域，尤其涉及针对电力系统中PST的攻击的监测与防御方法，具体公开了一种非侵入式的基于功耗分析的PST异常监测方法。

背景技术

近几十年来，我国的电力工业技术取得了较大发展，形成全国联网的局面，促使我国电力系统向着大机组、大容量、高电压方向发展，对保障电力系统的安全稳定运行提出了更高的要求。变压器、发电机、母线等电力系统中重要的原件的工作正常与否都将直接影响到电力系统的安全稳定运行，尤其是现在的变压器普遍容量大、电压等级高、造价昂贵，一旦因故障错误工作，将引起整个电力系统网络的失衡，在经济上遭受很大的损失。PST作为变压器差动保护装置，原本目的就是提供变压器的安全可靠的保护方案，然而，不安全的PST装置反过来会对变压器正常功能造成灾难性的损害，因此，应该高度重视针对PST装置的安全性问题。

目前对PST装置的安全性问题研究较少，研究通常集中在软件层面对其算法逻辑的一种保护优化，而忽视了在硬件设备层面的异常监测方法。由于硬件结构以及软件系统的限制，电力系统中很多专有设备无法应用传统的安全防护手段，由于资源的限制也无法经受频繁的漏洞扫描；另一方面，侵入式的安全防护方法如安装第三方软件，很可能会给电力系统带来新的潜在风险，而且电力系统运行过程中无法容忍哪怕短暂的停机或中断。因此，传统的安全防护方法无法很好地应用于实际中，一种非侵入式的安全防护方法则显得尤为必要。

非侵入式的安全防护方法，是指通过获取被分析设备运行过程中产生的温度、执行时间、声音、电磁辐射以及能量消耗等物理泄露量，分析设备的内部运行状态。此类分析方法无需改变设备的软硬件结构，不会影响设备的正常运行。在众多的非侵入式安全分析手段中应用最广泛的为功耗分析、电磁辐射分析和时间分析，其中功耗分析方法具有实现方式简单，分析手段丰富以及分析效果好等优点，是当今最有效的分析方法之一。

变压器差动保护装置(PST)作为电力系统中的关键设备，由于硬件结构以及软件系统的限制，无法移植传统信息领域的安全防护手段，目前尚无针对PST特性而设计的有效安防手段。众所周知，当且仅当PST在运行指定程序时，才认为处于安全状态。本发明旨在通过监测PST的当前工作状态，判断其是否处于指定工作状态，从而来实现安全监控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种非侵入式的基于功耗分析的PST异常监测方法，本发明通过对PST运行时产生的功耗旁路信息进行分析，在不改变原系统软硬件的基础上实现对PST内部运行状态的判断，进而实现针对PST的安全监控的目的。

该方法通过在PST的供电模块与CPU模块间串联一个电阻来获取功耗信息，通过网络将信息传入上位机进行数据的分析处理装置的工作状态，串联电阻并不改变PST装置原来的软硬件结构，因此这种监测方法是非侵入式的，不会影响原电力系统的正常工作。

该方法在进行异常监测的过程中，不需要采集PST工作异常时的功耗信息，只需要进行一段时间中正常样本的训练，就可以实现对异常样本的识别，因此该方法既可以对已知攻击进行监测，又可以对未知攻击进行监测。

一种非侵入式的基于功耗分析的PST异常监测方法，包括以下步骤：

1)在PST的CPU模块与供电模块之间串联一个电阻，用数据采集器采集电阻两端的电压降，采样率为γ；

2)在PST正常运行的一段时间T内，实时采集PST的功耗信息，并将功耗信息传到上位机用于训练RNN网络模型；