[发明专利]电网信息物理系统跨空间级联故障自适应预警方法及系统

说明书

本发明公开了一种电网信息物理系统(Grid Cyber‑Physical Systems，GCPS)跨空间级联故障自适应预警方法，是一种适用于协同网络攻击引发的电网信息物理系统跨空间级联故障(Cascading Failures Across Space，CFAS)的自适应预警方法，包括考虑CFAS阶段性故障危害影响的GCPS运行状态迁移模型、容忍阶段性故障危害的CFAS自适应预警流程这两个部分。本发明提出的CFAS自适应预警方法，可准确判别攻击者实施的CFAS类型及其演化过程，可辅助GCPS防御者在避免干扰性网络攻击迷惑条件下及时阻断CFAS继续演化。

技术领域

本发明属于电网信息物理系统(GridCyber-Physical Systems，GCPS)安全防护领域，涉及一种容忍阶段性故障危害的电网信息物理系统跨空间级联故障自适应预警方法及系统。

背景技术

攻击者可通过协同网络攻击在多个电网物理节点引发一系列时空协同的物理故障，形成大规模的跨空间级联故障(Cascading Failures Across Space，CFAS)，导致电网物理系统安全裕度降低，甚至大范围停电，严重影响GCPS稳定运行。在CFAS的演化过程中进行准确预警，可辅助GCPS防御者采取有效防护措施阻断或迟滞CFAS继续发展，提升GCPS抵御恶意攻击的能力。

目前针对CFAS预警方法的研究处于起步阶段，研究内容多为网络攻击引发小范围电网物理故障的形成机制与检测方法，难以准确判别攻击者实施的CFAS：其一，现有研究对象仅为网络攻击引发的小范围物理故障，未充分考虑CFAS中多个物理故障之间的时空协同关系，难以推断CFAS的类型及其演化趋势；其二，现有的故障检测方法以“危害零容忍”方式工作难以为阻断CFAS演化提供有效的决策支持，其在发现潜在故障之后立即告警，容易形成大量误报，甚至造成GCPS防御者被干扰性网络攻击误导而采取错误处置方式导致故障危害进一步扩大，引起电力系统三道防线与停电防御系统的频繁动作，消耗有限的防御资源并降低GCPS韧性。因此，迫切需要设计一种精准有效的CFAS预警方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的技术问题，针对协同网络攻击引发的CFAS，提供了一种容忍阶段性故障危害的电网信息物理系统CFAS自适应预警方法，可应用于对GCPS的CFAS预警。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种电网信息物理系统跨空间级联故障自适应预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建考虑跨空间级联故障阶段性故障危害影响的GCPS运行状态迁移模型，包括5个GCPS运行状态和11个状态迁移及迁移条件；

其中5个GCPS运行状态分别为正常状态Q₁，脆弱运行状态Q₂，存在网络攻击的运行状态Q₃，降级服务运行状态Q₄，和停运状态Q₅；

11个状态迁移及迁移条件包括Q₁→Q₁，表示GCPS继续正常运行；Q₁→Q₂，表示GCPS运行出现漏洞；Q₂→Q₁，表示漏洞被修复；Q₂→Q₃，表示GCPS被网络攻击；Q₃→Q₁，Q₄→Q₁，表示可立即预警CFAS并阻断其继续演化；Q₃→Q₄，表示容忍CFAS的阶段性故障危害并继续观测；Q₃→Q₅，表示GCPS失控；Q₄→Q₄，表示持续观测CFAS演化；Q₄→Q₅，表示故障危害扩大；Q₅→Q₁，表示故障恢复并更新CFAS知识库；

步骤2：建立离线CFAS知识库并定期更新；