一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法与流程

本发明涉及电力系统安全评估的技术领域，特别是涉及一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法。

背景技术：

目前，电力系统的信息物理强耦合特性也越来越显著，电力系统也越来越依赖于信息系统，电力信息系统的脆弱性也日益受到重视。信息系统最初的设计目标是支撑电力系统的安全可靠运行，因此分析信息系统会对电力系统造成怎样的影响也是当下的关键问题。此外信息系统的信息安全问题也日益受到重视，分析信息系统受到攻击会电力系统造成怎样的影响。其中海量的信息包括量测、传感和控制，对其进行逐一分析再进行潮流计算难以实现。

技术实现要素：

本发明为克服上述所述的不足，提供一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法，包括以下具体步骤：

s1.建立信息流道路对节点信息的贡献模型，基于该信息流道路对节点信息的贡献模型可以计算信息流道路起点的信息对某一节点信息会有怎样的影响；

s2.基于步骤s1，将多条信息流道路对节点信息信息的贡献，也就是信息流网络映射表示为信息输入节点对输出节点的贡献；

s3.计算信息攻击后输入信息偏差量；

s4.计算信息攻击后输出信息偏差量；

s5.计算电力系统的控制变量改变量；

s6.基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响；

s7.基于补偿法求解信息攻击后的潮流。

在上述方案中，首先，建立信息流道路对节点信息的贡献模型，基于该信息流道路对节点信息的贡献模型可以计算信息流道路起点的信息对某一节点信息会有怎样的影响；然后，将多条信息流道路对节点信息信息的贡献，也就是信息流网络映射表示为信息输入节点对输出节点的贡献；其次，计算信息攻击后输入信息偏差量；再一次计算信息攻击后输出信息偏差量；进一步计算电力系统的控制变量改变量；然后，基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响；最后，基于补偿法求解信息攻击后的潮流，将信息攻击后的潮流改变量与基态潮流叠加，用于信息攻击对电力系统影响的快速评估；本技术方案综合考虑电力系统的信息-物理耦合特性，利用信息流网络来实现信息攻击的评估，本发明基于补偿法的理论，可以不重新求解潮流方程而实现信息攻击对电力系统影响的快速评估，适宜应用在大规模电力系统中各个节点信息注入攻击的安全评估中。

优选的，所述的步骤s2具体如下：所述的信息流网络映射包括支路信息流映射和有向道路的信息流映射；

所述的支路信息流映射的信息支路的输入输出关系通过下式表示：

其中，为信息支路的输入信息，为信息支路的输出信息，eb为信息支路的输入输出函数映射关系；

所述的多个有向道路的信息流映射组成有向辐射状的信息流网络映射；其中，将辐射状的信息流网络拆分成多个有向道路，分别计算各个有向道路的信息流映射，有向道路ρ对终点信息的贡献如下式所示：

其中，道路ρ＝{bρ,1,…,bρ,k}(k≥1)，对任意意1≤i≤k-1，满足支路bρ,i的输出节点为支路bρ,i+1的输入节点，定义支路bρ,1的信息注入为该信息即为道路ρ的输入信息，同时定义该条道路中支路,bρ,k的输出信息为该信息即为道路ρ的输出信息，eρ,1…eρ,k分别表示各支路的映射算子；

其中，对上述计算的信息流映射进行计算：

其中，eρ＝eρ,k·(...·(eρ,1·()))，

其中，对信息网络输出节点进行求解：

结合各个有向道路对输出节点的贡献，计算各个道路的贡献值，如下式所示：

其中yj表示信息网络输出节点j的值(在电力系统中为控制指令)，path.j表示信息网络输出节点j的道路集，ρ∈path.j表示信息网络输出节点j的道路集中的道路ρ；

计算根节点信息对信息网络输出节点的贡献，如下式所示：

优选的，所述的步骤s3具体如下：

计算信息攻击后输入信息偏差量，如式(6)所示

其中为道路ρ在信息攻击后输入信息偏差量，为信息攻击后道路ρ的输入信息。

优选的，所述的步骤s4具体如下：

计算信息攻击后输出信息偏差量，如式(7)所示：

其中δyj为信息攻击后信息网络输出节点的信息偏差量，为道路ρ在信息攻击后输入信息偏差量。

优选的，所述的步骤s5具体如下：

计算电力系统的控制变量改变量，当电力系统无控制故障时，控制变量与信息网络输出节点的信息偏差量相同，如下式所示：

δuj＝δyj(3)

其中δuj为控制节点j在信息攻击后的控制变量改变量。

优选的，所述的步骤s6具体如下：

基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响，如下式所示：

δf＝sj·δuj；

其中δf为信息攻击后的潮流改变量，sj为控制节点j对电力系统状态变量的灵敏度矩阵。

优选的，所述的步骤s7具体如下：

基于补偿法求解信息攻击后的潮流，将信息攻击后的潮流改变量与基态潮流叠加，如下式所示：

f'＝f+δf(4)

其中f'为信息攻击后的潮流，f为基态潮流；求解结果为信息攻击后的潮流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本技术方案综合考虑电力系统的信息-物理耦合特性，利用信息流网络来实现信息攻击的评估，本发明基于补偿法的理论，可以不重新求解潮流方程而实现信息攻击对电力系统影响的快速评估，适宜应用在大规模电力系统中各个节点信息注入攻击的安全评估中。

附图说明

图1为一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法的流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种基于补偿法的信息攻击对电力系统影响的评估方法，包括以下具体步骤：

s1.建立信息流道路对节点信息的贡献模型，基于该信息流道路对节点信息的贡献模型可以计算信息流道路起点的信息对某一节点信息会有怎样的影响；

s2.基于步骤s1，将多条信息流道路对节点信息信息的贡献，也就是信息流网络映射表示为信息输入节点对输出节点的贡献；

s3.计算信息攻击后输入信息偏差量；

s4.计算信息攻击后输出信息偏差量；

s5.计算电力系统的控制变量改变量；

s6.基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响；

s7.基于补偿法求解信息攻击后的潮流。

在本实施例中，步骤s2具体如下：所述的信息流网络映射包括支路信息流映射和有向道路的信息流映射；

所述的支路信息流映射的信息支路的输入输出关系通过下式表示：

其中，为信息支路的输入信息，为信息支路的输出信息，eb为信息支路的输入输出函数映射关系；

所述的多个有向道路的信息流映射组成有向辐射状的信息流网络映射；其中，将辐射状的信息流网络拆分成多个有向道路，分别计算各个有向道路的信息流映射，有向道路ρ对终点信息的贡献如下式所示：

其中，道路ρ＝{bρ,1,…,bρ,k}(k≥1)，对任意意1≤i≤k-1，满足支路bρ,i的输出节点为支路bρ,i+1的输入节点，定义支路bρ,1的信息注入为该信息即为道路ρ的输入信息，同时定义该条道路中支路,bρ,k的输出信息为该信息即为道路ρ的输出信息，eρ,1…eρ,k分别表示各支路的映射算子；

其中，对上述计算的信息流映射进行计算：

其中，eρ＝eρ,k·(...·(eρ,1·()))，

其中，对信息网络输出节点进行求解：

结合各个有向道路对输出节点的贡献，计算各个道路的贡献值，如下式所示：

其中yj表示信息网络输出节点j的值(在电力系统中为控制指令)，path.j表示信息网络输出节点j的道路集，ρ∈path.j表示信息网络输出节点j的道路集中的道路ρ；

计算根节点信息对信息网络输出节点的贡献，如下式所示：

在本实施例中，步骤s3具体如下：

计算信息攻击后输入信息偏差量，如式(6)所示

其中为道路ρ在信息攻击后输入信息偏差量，为信息攻击后道路ρ的输入信息。

在本实施例中，步骤s4具体如下：

计算信息攻击后输出信息偏差量，如式(7)所示：

其中δyj为信息攻击后信息网络输出节点的信息偏差量，为道路ρ在信息攻击后输入信息偏差量。

在本实施例中，步骤s5具体如下：

计算电力系统的控制变量改变量，当电力系统无控制故障时，控制变量与信息网络输出节点的信息偏差量相同，如下式所示：

δuj＝δyj(5)

其中δuj为控制节点j在信息攻击后的控制变量改变量。

在本实施例中，步骤s6具体如下：

基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响，如下式所示：

δf＝sj·δuj；

其中δf为信息攻击后的潮流改变量，sj为控制节点j对电力系统状态变量的灵敏度矩阵。

在本实施例中，步骤s7具体如下：

基于补偿法求解信息攻击后的潮流，将信息攻击后的潮流改变量与基态潮流叠加，如下式所示：

f'＝f+δf(6)

其中f'为信息攻击后的潮流，f为基态潮流；求解结果为信息攻击后的潮流。

在上述方案中，首先，建立信息流道路对节点信息的贡献模型，基于该信息流道路对节点信息的贡献模型可以计算信息流道路起点的信息对某一节点信息会有怎样的影响；然后，将多条信息流道路对节点信息信息的贡献，也就是信息流网络映射表示为信息输入节点对输出节点的贡献；其次，计算信息攻击后输入信息偏差量；再一次计算信息攻击后输出信息偏差量；进一步计算电力系统的控制变量改变量；然后，基于灵敏度计算该控制变量改变量对电力系统潮流的影响；最后，基于补偿法求解信息攻击后的潮流，将信息攻击后的潮流改变量与基态潮流叠加，用于信息攻击对电力系统影响的快速评估；本技术方案综合考虑电力系统的信息-物理耦合特性，利用信息流网络来实现信息攻击的评估，本发明基于补偿法的理论，可以不重新求解潮流方程而实现信息攻击对电力系统影响的快速评估，适宜应用在大规模电力系统中各个节点信息注入攻击的安全评估中。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。