[发明专利]一种针对负荷频率控制系统虚假数据攻击的估计方法

说明书

本发明涉及一种针对负荷频率控制系统虚假数据攻击的估计方法，首先根据电力系统的动态模型建立负荷频率控制系统的数学模型；然后，针对电网频率量测值和联络线功率量测值受到虚假数据注入攻击的情形，分析攻击信号对系统状态方程的影响，建立包含虚假数据注入攻击信号的负荷频率控制系统数学模型；接着，设计自适应观测器，对系统状态和攻击信号进行估计；最后，利用李亚普诺夫稳定性理论和鲁棒H_∞优化指标，基于线性矩阵不等式方法，求解出观测器增益，保证负荷频率控制系统攻击信号估计误差的收敛性和有界性。本发明提出的方法可对负荷频率系统的虚假数据注入攻击信号进行精确估计，同时能够对外部干扰进行抑制，具有设计简单、易工程实现的优点，有很强的实用价值。

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制领域，特别涉及一种针对负荷频率控制系统虚假数据攻击的估计方法。

背景技术

随着智能电网建设的不断推进，电力系统中大规模引入移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，将计算系统、通信网络和电力系统的物理环境融为一体，形成一个实时感知、动态控制与信息决策融合的复杂系统。智能电网广泛的网络连接以及缺乏有效安全防护的远程接入接口，导致电网极易受到网络攻击的威胁。近年来，网络安全问题已成为威胁电力系统安全运行的重要因素，攻击者通过网络空间攻击电网关键基础设施的趋势不断增加。

虚假数据注入攻击是一种典型的信息物理融合的网络攻击方式，此类攻击是目前发现的电力系统最有威胁的攻击方式之一。当攻击者入侵电力系统的通信网络，将虚假数据注入至电网负荷频率控制系统中，将影响电网的频率稳定，严重时会引发电网的连锁故障，造成电网大面积的停电事故。因此，亟需研究攻击信号的估计方法，以发现攻击者的攻击策略并帮助电网运行者做出决策。目前国内外学者对负荷频率控制系统网络攻击的检测研究做了很多工作，但对于攻击的估计方法仍缺乏足够的研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种针对负荷频率控制系统虚假数据攻击的估计方法。本发明在建立虚假数据注入攻击下负荷频率控制系统数学模型的基础上，提出了基于自适应估计器的设计方法，对系统状态和攻击信号进行同时估计，并实现了对外部干扰的抑制，具有很强的实际应用价值。

本发明的技术解决方案为：一种针对负荷频率控制系统虚假数据攻击的估计方法，其实现步骤如下：

步骤一、根据电力系统的动态模型，建立电力系统负荷频率控制系统的数学模型。

系统频率动态方程为：

其中，i是区域编号,△f_i是频率偏差，M_i是发电机惯量，△P_Gi是发电机输出功率偏差，D_i是等效阻尼系数，△P_di是负荷波动，△P_tie-i是联络线功率偏差。

涡轮动态方程为：

其中，△P_vi是涡轮调节阀位置偏差，T_tu,i是涡轮机时间常数。

调速器动态方程为：

其中，u_i是控制输入，T_g,i是调速器时间常数，R_i是转速下垂系数。

联络线潮流动态方程为：

其中，T_i,j是区域i与区域j之间联络线同步系数，n是区域总数。

区域控制误差信号可表示为：