一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，包括以下步骤：步骤S1：随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；步骤S2：根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；步骤S3：如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没有，则等待仿真进行到下一时刻；步骤S4：根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；步骤S5：统计电力空间的故障规模。本发明专利技术可以图形化的显示信息物理安全风险在电力空间和信息空间之间的传播，评估电力系统与信息系统广泛交互背景下的电力系统信息物理安全风险水平。

Method for evaluating information security risk in power system

The invention relates to a method for evaluating information of physical security risks of a power system, which comprises the following steps: step S1: random assume any information of the cell in the information space network attack due to the failure; step S2: according to the power cell and cell contact information, to determine whether a power cell failure; step S3: if there is a power flow calculation, to determine whether the next time a power cell limit; if not, then wait for the simulation to the next moment; step S4: according to the power cell and cell information state transition rules, update information of the cell and the power cells in the state in the next time, and on the basis of this update system step S5: fault trend; statistical power scale space. The invention can be displayed graphically in the dissemination of information security risk in power between the physical space and information space, power system information and physical security risk levels of a wide range of interactive background assessment of power system and information system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统信息安全领域，特别涉及一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法。
技术介绍
电力系统与信息系统间的融合越来越紧密，电力空间与信息空间之间的交互越来越广泛，如图1所示。高级信息技术的引入和广泛应用为实现智能电网的各项愿景提供了技术支持，但也对电力系统运行的可靠性和安全性带来了潜在的负面影响，信息系统中的安全风险可能影响电力系统的正常运行。到目前为止，国内外对电力系统信息安全的研究还比较初步，尚没有一个有效的评估电力系统中信息物理安全风险的方法。基于上述情况，本专利技术提出了一种基于细胞自动机的信息物理安全风险评估方法，其中考虑了风险在信息空间和电力空间的传播机制，同时计及了风险的跨空间传递，并对信息空间中的细胞(信息细胞)和物理空间中的细胞(电力细胞)的状态转换规则进行了建模，以模拟电力CPS中故障的演化过程。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，可以图形化的显示信息物理安全风险在电力空间和信息空间之间的传播，评估电力系统与信息系统广泛交互背景下的电力系统信息物理安全风险水平。本专利技术采用以下方案实现：一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，包括以下步骤：步骤S1：随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；步骤S2：根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；步骤S3：如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没有，则等待仿真进行到下一时刻；步骤S4：根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；步骤S5：统计电力空间的故障规模。进一步地，所述步骤S2中，采用信息安全风险的跨空间传递概率表示电力细胞与信息细胞的联系。进一步地，所述步骤S4中，电力细胞与信息细胞分别有正常状态与故障状态两个状态；所述信息细胞的状态转换规则为si(t+1)=si(t)‾,g>0si(t),g≤0]]>g=si(t)‾×(Pi(t+1)-r)+si(t)×(βi-r)]]>ωj(t+1)=1-Πi∈Nj(1-ai,j×si(t))]]>Pj(t+1)＝ωj(t+1)×λj式中:si(t)为节点i在t时刻的状态；g为状态转换判断函数；βi表示节点i的攻击难度；r为[0,1]之间的随机数；Pj(t+1)为节点j在t+1时刻被成功攻击的概率；ωj(t+1)为节点j在t+1时刻被攻击的概率；λj为节点j的攻击难度；当g>0时，节点i在t+1时刻的状态与t时刻相反，否则其保持原有状态；g的等式由2部分组成，等号右边第1项和第2项分别用于判断节点i是否会由正常状态转变为故障状态和由故障状态转变为正常状态；当r小于Pi(t+1)或βi时，表示相应的概率事件发生，此时节点i的状态将发生改变；所述电力细胞的状态转换规则为式中:si,j(t)为节点i和节点j在t时刻的状态；为电力设备的极限容量；di,j表示发电机或负载等节点上的功率。进一步地，所述步骤S5中，所述电力空间的故障规模为电力空间故障设备的比例I(t)=Nf(t)N0]]>式中:I(t)和Nf(t)分别表示t时刻电力空间故障设备的比例和故障设备的数量；N0表示电力空间中的设备总数。在本专利技术中，首先对电力系统中的信息物理安全接口进行了辨识；然后对电力系统的特点，将其设备分为电力细胞和信息细胞两类，并分别建立了两者的状态转换数学模型。最后分析了风险跨空间传递概率、故障细胞治愈概率等因素对风险传播的影响，也讨论了仿真时间间隔对仿真结果的影响。结果表明，随着风险跨空间传递概率的增大，信息空间的安全风险传播到电力空间并导致电力空间中所有设备故障所需的时间减少；随着信息细胞治愈率的增大，信息空间的安全威胁被控制住的几率增大，其安全风险传播到电力空间的可能性减小。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：可以图形化的显示信息物理安全风险在电力空间和信息空间之间的传播，评估电力系统与信息系统广泛交互背景下的电力系统信息物理安全风险水平。附图说明图1为现有技术中电力空间与信息空间的交互。图2为本专利技术的安全风险传播评估方法基本流程。图3为本专利技术中电力细胞和信息细胞的状态转换。图4为本专利技术中三机九节点系统结构。图5为本专利技术中电力系统信息物理安全风险的传递过程。图6为本专利技术中风险演化的时间特性。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例提供一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤S1：随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；步骤S2：根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；步骤S3：如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没有，则等待仿真进行到下一时刻；步骤S4：根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；步骤S5：统计电力空间的故障规模。在本实施例中，所述步骤S2中，采用信息安全风险的跨空间传递概率表示电力细胞与信息细胞的联系。信息空间对电力空间的影响包括直接作用类型和间接作用类型。前者指信息空间中的设备故障会直接导致相关电力一次设备故障，如智能终端控制器故障导致断路器误动从而切除负荷；后者则指信息空间中设备故障不会直接导致电力一次设备故障，如监测设备故障可能会使得电力系统运行人员不能及时辨识和预测电力系统潜在的运行风险，但并不会立即导致电力系统故障。在本实施例中，所述步骤S4中，电力细胞与信息细胞分别有正常状态与故障状态两个状态，其转换关系如图3所示；所述信息细胞的状态转换规则为si(t+1)=si(t)‾,g>0si(t),g≤0]]>g=si(t)‾×(Pi(t+1)-r)+si(t)×(βi-r)]]>ωj(t+1)=1-Πi∈Nj(1-ai,j×si(t))]]>Pj(t+1)＝ωj(t+1)×λj式中:si(t)为节点i在t时刻的状态；g为状态转换判断函数；βi表示节点i的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；步骤S2：根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；步骤S3：如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没有，则等待仿真进行到下一时刻；步骤S4：根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；步骤S5：统计电力空间的故障规模。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤S1：随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而
发生故障；
步骤S2：根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞
发生故障；
步骤S3：如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力
细胞越限；如没有，则等待仿真进行到下一时刻；
步骤S4：根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细
胞和电力细胞在下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；
步骤S5：统计电力空间的故障规模。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统中信息物理安全风险的
评估方法，其特征在于：所述步骤S2中，采用信息安全风险的跨空
间传递概率表示电力细胞与信息细胞的联系。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统中信息物理安全风险的
评估方法，其特征在于：所述步骤S4中，电力细胞与信息细胞分别
有正常状态与故障状态两个状态；所述信息细胞的状态转换规则为
si(t+1)=si(t)‾,g>0si(t),g≤0]]>g=si(t)‾×(Pi(t+1)-r)+si(t)×(βi-r)]]>ωj(t+1)=1-Πi&E...

【专利技术属性】
技术研发人员：范元亮，陈彬，吴文宣，郑佩祥，郑凌娟，张功林，黄建业，叶夏明，文福拴，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，浙江大学，
类型：发明
国别省市：福建;35