申请/专利权人：中国人民解放军陆军工程大学;河海大学

申请日：2022-06-07

公开（公告）日：2023-06-20

公开（公告）号：CN115130691B

主分类号：G06Q10/20

分类号：G06Q10/20;G06Q50/06;G06F21/56;H02J3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.06.20#授权;2022.10.25#实质审查的生效;2022.09.30#公开

摘要：本发明公开了一种信息物理系统薄弱环节辨识与模拟致瘫方法及装置，本方法首先分析电网的薄弱节点，然后基于薄弱环节的评估指标，如基于潮流计算的状态类指标线路负载率、发电机出力比率等、考虑经济因素的经济类指标负荷损失率、机组调节经济成本等以及由此演变产生的综合类指标，针对电力信息物理系统构建了全网攻击模型以及局部攻击模型下的多重攻击策略，最终通过衡量经济成本损失和系统损坏程度评估攻击效果，所提方法能够为攻击效果最大化提供有效的理论支撑，具备一定的实际工程应用价值。

主权项：1.一种信息物理系统薄弱环节辨识与模拟致瘫方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建信息物理系统薄弱环节评估指标；步骤2：建立全网攻击与局部攻击模型，适应多种条件下的攻击环境，并结合内点法实现求解，量化评估攻击效果；步骤3：依据所建立的双层优化模型具体实施攻击，根据求解结果输出经济成本损失与系统损坏程度结果；所述步骤2的建立全网攻击与局部攻击模型的方法包括：1建立全网攻击模型在虚假数据注入攻击后，在保证无法检测出故障的前提下，切除负荷量最大，所述故障包括过电压，线路过载；在此原则下，构建双层优化模型：a.上层模型上层模型满足系统潮流平衡及残差约束、满足平衡节点相角平衡约束，并能够绕过状态估计坏数据检测；从攻击者角度考虑切除负荷量最大的目标函数如下：max∑ωiΔPd,i其中，ωi为第i个节点的切除负荷量的权重；ΔPd,i为第i个节点的切除负荷量大小；上层优化的残差约束条件与量测值攻击范围约束条件如下： 其中，表示电力系统状态估计加权残差和，是判断该量测系统是否存在不良数据的参考标准之一；修改的数据取值应该在一定范围内： 式中，zdum表示伪造的虚假量测值；其中zdum＝[VmiPiQiPijQij]dum；zmeas表示真实量测值；zesti表示在真实量测下的状态估计结果；z表示在虚假量测下的状态估计结果；Vi为电压状态变量；εmin和εmax表示最小阈值和最大阈值，按照状态估计目标函数值的一定比例获取；b.下层模型下层模型采用调度后使电力系统切负荷成本之和表示攻击对电力系统造成的经济损失，公式表示的是使电力系统切负荷成本之和最小化的负荷切除量；下层模型为考虑防御者的经济调度，即从防御者角度考虑经济损失最小； 式中，Pg,i为发电机出力；ΔPd,i为第i个节点的切除负荷量大小；a为经济成本系数；bi为权重系数；下层优化模型的约束条件如下： Pl＝Va,lxlVa,ref＝0Pg,i,min≤Pg,i≤Pg,i,maxPl,min≤Pl≤Pl,maxVa,l,min≤Va,l≤Va,l,max0＜ΔPd,i＜Pdi式中，Pl为直流潮流模型下的有功功率流；Va,ref为平衡节点相角平衡约束；Pg,i,min,Pg,i,max,Pl,min,Pl,max,Va,i,min,Va,i,max,Pdi分别表示机组出力上下限约束、线路传输容量上下限约束、节点相角上下限约束以及切除负荷上下限约束；2局部攻击模型局部攻击模型的电网攻击策略即通过构造线路过载的虚假量测，使线路断路器动作，从而使控制中心发出调整发电机出力和切负荷的动作，最终对电力网的运行造成大规模影响；a.指定线路过载指定一条或多条线路过载的局部攻击模型目标函数如下： 式中Vr,i为攻击前后各节点的电压差值，相关的约束条件如下：zm＝hmVi Pij＞Pij,up式中，Pij为虚假的支路有功功率量测量，Pij,up为正常状态估计的支路有功功率量测量；当攻击后线路有功功率越限时，视为电网线路过载，需要控制中心进行断开线路的操作；b.指定节点过电压指定一个或多个节点过电压的局部攻击模型目标函数如下： 式中Vr,i为攻击前后各节点的电压差值，相关的约束条件如下：zm＝hmVi Vi＞Vi,up其中，zdum表示伪造的虚假量测值；z表示在虚假量测下的状态估计结果；其中zdum＝[VmiPiQiPijQij]dum；εmin和εmax按照状态估计目标函数值的一定比例获取；Vi为指定节点电压状态量，Vi,up为电压越限值；在局部攻击模型下，基于约束条件，构建网络协同攻击下的电力系统局部攻击模型，从而保证对电力系统的攻击效果；所述约束条件包括节点负荷容量限制、网络信息流择优分配策略、潮流优化方程和系统安全运行；在局部攻击模型下，需综合考虑各子站的可侵入性和攻击成本，以保证在攻击成本最小的同时达到期望的攻击效果。

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