【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能电网信息安全领域，尤其涉及一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法及系统。
技术介绍
1、随着通信技术、人工智能技术和物联网技术的不断发展和广泛应用，越来越多的物联网电力关键信息终端被引入智能电网中，包括家用和工业的空调、家用热水器、电动汽车等负载，智能电表和逆变器等设备，这些终端均可以通过通信技术和物联网技术进行远程监测和控制。
2、虽然物联网带来了便利，但它也存在安全风险。一方面，物联网系统的脆弱性可能被恶意利用，形成大规模的僵尸网络，进而对电力关键信息终端进行恶意操控；另一方面，近年来出现了相当规模的负荷聚合商平台，这些平台也潜在被恶意入侵的风险。一旦大规模的电力关键信息终端被恶意操控，攻击者可以通过影响其功率向电网注入功率扰动，破坏原有的电网供需平衡，导致一系列的不稳定事件，甚至引发大规模断电，严重影响居民的正常生活和经济社会的稳定运行。以上攻击被称为功率振荡攻击，根据攻击信号的不同，功率振荡攻击分为静态攻击和动态攻击；其中，静态攻击是一次性的恶意篡改，动态攻击则根据电力系统的状态，持续多次地进行恶意篡改。
3、然而，针对功率振荡攻击的检测极为困难。首先，功率振荡攻击的攻击目标为电力关键信息终端，由于这些终端通常分散在各处且可能由用户控制，增加了功率振荡攻击检测的难度。其次，通常情况下静态攻击的攻击幅度相对较大，而动态攻击的攻击幅度是由小逐步增大的，这种动态、静态的攻击方式不能采用完全相同的方法，这同样也会增加功率振荡攻击的检测难度。
技术实现思
1、本专利技术实施例的目的在于，提供一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法及系统，能对电力关键信息终端处的功率振荡攻击进行有效地检测，进而提高电网的配电安全性和稳定性。
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，包括：
3、根据目标电力系统的拓扑结构，建立第一系统状态方程；
4、建立功率振荡攻击信号；其中，所述功率振荡攻击信号包括动态攻击信号和静态攻击信号；
5、将所述功率振荡攻击信号引入所述第一系统状态方程的输入变量中，得到第二系统状态方程；
6、建立所述目标电力系统的虚拟输出方程，并根据所述虚拟输出方程和所述第二系统状态方程，得到所述目标电力系统的系统响应方程和系统输出信号；
7、构建初始检测器的第一传递函数；
8、根据所述系统输出信号和所述第一传递函数，获得所述初始检测器生成的残差信号；其中，所述残差信号由动态攻击产生的第一子残差信号、静态攻击产生的第二子残差信号和未受到攻击的信号生成的第三子残差信号组成；
9、在所述第一子残差信号不为零、所述第二子残差信号不为零和所述第三子残差信号为零的条件下，以所述残差信号最大化为目标，优化所述第一传递函数，得到目标检测器的第二传递函数。
10、可选地，所述根据目标电力系统的拓扑结构，建立第一系统状态方程，包括：
11、根据发电节点的电压相角、发电节点的频率和负荷节点的电压相角，组合为所述目标电力系统的状态变量；
12、通过以下公式确定所述第一系统状态方程为：
13、,
14、，，，
15、其中，是所述第一系统状态方程的输入变量且为所述目标电力系统中所有负荷节点的电力需求组成的向量；、和均为系数矩阵；、和是分别为、和的时间导数；为单位矩阵；、、和均是阶数为发电节点数量的对角矩阵，和的对角元素分别为各发电节点处发电机的惯性参数和阻尼参数，和的对角元素分别为各发电机pi控制器的比例控制系数和积分控制系数；、、和均是所述目标电力系统的导纳矩阵中的子矩阵，。
16、可选地，所述建立功率振荡攻击信号，包括：
17、通过以下公式建立功率振荡攻击信号：
18、；
19、其中，是静态攻击信号，是阶跃信号，是动态攻击信号，是所述动态攻击信号的增益矩阵，为节点频率的比例项。
20、可选地，所述将所述功率振荡攻击信号引入所述第一系统状态方程的输入变量中，得到第二系统状态方程，包括：
21、根据以下公式将所述功率振荡攻击信号引入所述第一系统状态方程的输入变量中，得到更新后的输入变量：
22、；其中，为更新后的输入变量，为所述目标电力系统中所有安全负荷节点的电力需求组成的向量；
23、将更新后的输入变量代入所述第一系统状态方程中，并将所述状态变量中的每一个变量元素进行合并，得到所述第二系统状态方程。
24、可选地，所述第二系统状态方程具体为：
25、，
26、，，，，
27、；
28、其中，；是用于描述未收到攻击时所述目标电力系统状态变量自身演化的系数矩阵；是与动态攻击相关的矩阵，是所述动态攻击信号的增益矩阵；为加入了动态攻击影响的系数矩阵；为所述目标电力系统中所有安全负荷节点的电力需求组成的向量；为阶跃信号用于表示所述静态攻击信号；、和是分别为发电节点的电压相角、发电节点的频率和负荷节点的电压相角的时间导数；为单位矩阵；、、和均是阶数为发电节点数量的对角矩阵，和的对角元素分别为各发电节点处发电机的惯性参数和阻尼参数，和的对角元素分别为各发电机pi控制器的比例控制系数和积分控制系数；、、和均是所述目标电力系统的导纳矩阵中的子矩阵。
29、可选地，所述建立所述目标电力系统的虚拟输出方程，并根据所述虚拟输出方程和所述第二系统状态方程，得到所述目标电力系统的系统响应方程和系统输出信号，包括：
30、通过以下公式建立所述目标电力系统的虚拟输出方程：
31、；
32、其中，为虚拟输出，为元素全是1的行向量，且包含的元素个数为的行数；
33、通过以下公式将所述第二系统状态方程与所述虚拟输出方程结合，得到所述目标电力系统的系统响应方程：
34、，
35、，，，；
36、其中，，为拉普拉斯算子；
37、通过以下公式得到所述目标电力系统的系统输出信号：
38、；其中为系统输出信号。
39、可选地，所述构建初始检测器的第一传递函数，具体为：
40、根据以下公式得到初始检测器的第一传递函数：
41、；
42、其中，为第一传递函数；是关于的一个最高次数为且维数为维的多项式向量；是预设分母多项式；，。
43、可选地，所述根据所述系统输出信号和所述第一传递函数，获得所述初始检测器生成的残差信号，包括：
44、通过以下公式得到所述初始检测器生成的残差信号：
45、；
46、其中，为残差信号；是动态攻击产生的第一子残差信号；是静态攻击产生的第二子残差信号；是未受到攻击的信号生成的第三子残差信号。
47、可选地，所述在所述第一子残差信号不为零、所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述根据目标电力系统的拓扑结构，建立第一系统状态方程，包括：
3.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述建立功率振荡攻击信号，包括：
4.如权利要求2所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述将所述功率振荡攻击信号引入所述第一系统状态方程的输入变量中，得到第二系统状态方程，包括：
5.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述第二系统状态方程具体为：
6.如权利要求5所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述建立所述目标电力系统的虚拟输出方程，并根据所述虚拟输出方程和所述第二系统状态方程，得到所述目标电力系统的系统响应方程和系统输出信号，包括：
7.如权利要求6所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述构建初始检测器
8.如权利要求7所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述根据所述系统输出信号和所述第一传递函数，获得所述初始检测器生成的残差信号，包括：
9.如权利要求8所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述在所述第一子残差信号不为零、所述第二子残差信号不为零和所述第三子残差信号为零的条件下，以所述残差信号最大化为目标，优化所述第一传递函数，得到目标检测器的第二传递函数，包括：
10.如权利要求8所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述在所述第一子残差信号不为零、所述第二子残差信号不为零和所述第三子残差信号为零的条件下，以所述残差信号最大化为目标，优化所述第一传递函数，得到目标检测器的第二传递函数，包括：
11.一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述根据目标电力系统的拓扑结构，建立第一系统状态方程，包括：
3.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述建立功率振荡攻击信号，包括：
4.如权利要求2所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述将所述功率振荡攻击信号引入所述第一系统状态方程的输入变量中，得到第二系统状态方程，包括：
5.如权利要求1所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述第二系统状态方程具体为：
6.如权利要求5所述的电力终端协同的功率振荡攻击检测器的构建方法，其特征在于，所述建立所述目标电力系统的虚拟输出方程，并根据所述虚拟输出方程和所述第二系统状态方程，得到所述目标电力系统的系统响应方程和系统输出信号，包括：
7.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐文渊，叶吉超，章寒冰，潘锴锴，季奥颖，黄慧，徐永海，胡鑫威，孙歆，卢武，柳伟，程翔，郑华，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，
类型：发明
国别省市：
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