一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，包括：對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測；根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估；根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警；本發(fā)明提供的一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，能夠通過對ECPS中信息威脅、電力系統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障等三類安全威脅的實時檢測，統(tǒng)計得到任一時刻ECPS存在的各種安全威脅，并利用綜合評估方法給出ECPS在任一時刻的安全威脅態(tài)勢值，進(jìn)而給出不同危害程度的告警，最終采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。
【專利說明】
一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力信息物理系統(tǒng)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電力信息物理 系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著"互聯(lián)網(wǎng)+"、智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等概念的不斷涌現(xiàn)，極大的推動了 電力系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作，現(xiàn)代電力系統(tǒng)正在變得更加智能化、分布化、互動化。當(dāng)前大 量間歇性、分布式、可再生能源廣泛接入電力系統(tǒng)，同時信息通信系統(tǒng)及設(shè)備亦在電力系統(tǒng) 的量測感知與優(yōu)化調(diào)度控制等領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，一個跨越信息空間與傳統(tǒng)電力系 統(tǒng)的新型電力系統(tǒng)已初具規(guī)模，其具備了信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical Systems，CPS)的 主要特征，這個新型電力系統(tǒng)即為電力信息物理系統(tǒng)（Electric Cyber Physical Systems，ECPS)。在ECPS深刻變革人類日常生活的同時，其安全問題不容忽視，特別是近幾 年發(fā)生的"北美8.14大停電"、伊朗震網(wǎng)病毒事件、烏克蘭電網(wǎng)遭惡意攻擊停運等事故表明 各類安全威脅將極大的干擾ECPS的安全穩(wěn)定運行，急需一種針對ECPS安全威脅的全面評估 手段，以便工作人員明確當(dāng)前ECPS的安全狀態(tài)及安全隱患，并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。
[0003] ECPS中存在三類安全威脅，分別是信息威脅、電力系統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨 空間連鎖電力系統(tǒng)故障。其中信息威脅主要包括局限在信息空間的各種威脅，如各類網(wǎng)絡(luò) 攻擊、信息脆弱性、網(wǎng)絡(luò)漏洞等；電力系統(tǒng)故障主要包括局限在電力系統(tǒng)中的各類暫態(tài)穩(wěn)定 擾動、電力二次設(shè)備故障、級聯(lián)故障、繼法故障等；由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖電力系統(tǒng) 故障較為特殊，其故障源頭在信息空間，故障的最終影響點在電力系統(tǒng)，其產(chǎn)生和傳播過程 跨越了信息空間和電力系統(tǒng)，故其危害性要遠(yuǎn)高于其他兩類安全威脅。
[0004] 當(dāng)前ECPS的安全技術(shù)領(lǐng)域中僅有分別針對信息威脅的檢測方法和防護(hù)手段，以及 針對電力系統(tǒng)故障的檢測方法和防護(hù)手段，但兩者之間沒有任何聯(lián)系?，F(xiàn)有技術(shù)采取的方 式是分別在信息空間或電力系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行檢測、防護(hù)。信息威脅的檢測以入侵檢測技術(shù)為 主。入侵檢測是對入侵行為的檢測，入侵檢測系統(tǒng)通過收集網(wǎng)絡(luò)及計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)所有關(guān)鍵 節(jié)點的信息，檢查網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中是否存在違反安全策略行為及被攻擊跡象。入侵檢測的數(shù) 據(jù)來源是各種網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備(如防火墻、IDS、IPS等)的日志，這些設(shè)備會實時的記錄每個時 間監(jiān)測點目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的活動情況以便分析目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的運行情況。電力系統(tǒng)故障的檢測技術(shù)以 電力系統(tǒng)潮流仿真計算和電力二次設(shè)備監(jiān)控為主:一方面，通過電力二次設(shè)備實時測量電 力系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數(shù)，一旦發(fā)生異常，則保護(hù)裝置動作切除故障并報警;另一方面，依據(jù) 實時采集的電力系統(tǒng)運行參數(shù)，調(diào)度中心對電力系統(tǒng)未來時段的運行狀況進(jìn)行潮流仿真， 以發(fā)現(xiàn)安全隱患，并提前采取相應(yīng)的安全措施消除隱患。
[0005] 現(xiàn)有的ECPS安全分析技術(shù)缺少對于由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障的檢測方 法及防護(hù)手段，對于ECPS中各類安全威脅的檢測不完全，并且各種檢測手段之間缺少內(nèi)在 關(guān)聯(lián)、相互孤立，無法從宏觀層面展示ECPS的整體安全狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，其目的是通 過對ECPS中信息威脅、電力系統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障等三類安全威脅 的實時檢測，統(tǒng)計得到任一時刻ECPS存在的各種安全威脅，并利用綜合評估方法給出ECPS 在任一時刻的安全威脅態(tài)勢值，進(jìn)而給出不同危害程度的告警，最終采取相應(yīng)的安全防護(hù) 措施。
[0007] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，其改進(jìn)之處在于，包括：
[0009] 對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測；
[0010] 根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估；
[0011] 根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警。
[0012]優(yōu)選的，所述安全威脅包括:信息威脅故障、電力系統(tǒng)故障以及由信息威脅引發(fā)的 跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障。
[0013] 優(yōu)選的，所述對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測，包括：
[0014] 通過信息威脅檢測系統(tǒng)獲取信息威脅故障次數(shù)集合???,?丨,...,4丨，1為所述信 息威脅故障類別總數(shù)，t為時間標(biāo)識；
[0015]通過電力系統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)獲取電力系統(tǒng)故障次數(shù)集合為所 述電力系統(tǒng)故障類別總數(shù)；
[0016] 利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)集合Ζ = 4·..，^，獲取由信 息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合y = 1^，乂^，>^，11為所述信息元件和電 力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)類別總數(shù)，P為所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故 障類別總數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述信息元件包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息設(shè)備和信息系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)元 件包括：電力一次設(shè)備和電力二次設(shè)備，所述信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)包 括：網(wǎng)絡(luò)報文的類型、長度、源地址、目的地址、當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)流量、信息設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)、 電力二次設(shè)備的工作狀態(tài)及電力一次設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0018] 進(jìn)一步的，所述利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)集合 Z = 丨,…,Λ·:丨，獲取由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合
[0019] 根據(jù)所述信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和所述由信息威 脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，通過推理方法構(gòu)建所述信息元件和電 力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)與所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的映 射關(guān)系式y(tǒng)tifUt)，以所述映射關(guān)系式y(tǒng)tifUt)為判據(jù)判斷當(dāng)前時刻是否存在由信息威 脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障，并獲取當(dāng)前時刻由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連 鎖故障次數(shù)集合。
[0020] 進(jìn)一步的，所述推理方法包括:微分方程組、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和離散數(shù)學(xué)的狀態(tài)迀移 公式。
[0021] 優(yōu)選的，所述根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評 估，包括：
[0022] 按下式確定所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值ES
[0024] 式（1)中，1為信息威脅故障類別總數(shù)，m為電力系統(tǒng)故障類別總數(shù)，p為由信息威脅 引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障類別總數(shù)，1￡[1，1]，_]_6[1， 1!1]，1^6[1，1)]4為時間標(biāo)識， <為七時刻第i類信息威脅故障次數(shù)，g為t時刻第j類電力系統(tǒng)故障次數(shù)，義為t時刻第k類 由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)#為第i類信息威脅故障權(quán)重系數(shù)，qj為 第j類電力系統(tǒng)故障權(quán)重系數(shù)，qk為第k類由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障權(quán)重 系數(shù)。
[0025] 進(jìn)一步的，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法、層次分析法或灰色關(guān)聯(lián)聚類分析法對所述電 力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估。
[0026] 優(yōu)選的，所述根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告 警，包括：
[0027]獲取所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值Et并設(shè)置告警閾值Ealarm，若所述電 力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值滿足礦2 Ealarm，則對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行告警。 [0028]本發(fā)明的有益效果：
[0029] 本發(fā)明提供的一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，通過對 ECPS中信息威脅、電力系統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障等三類安全威脅的實 時檢測，統(tǒng)計得到任一時刻ECPS存在的各種安全威脅，并利用綜合評估方法給出ECPS在任 一時刻的安全威脅態(tài)勢值，進(jìn)而給出不同危害程度的告警，最終采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施， 填補(bǔ)了目前所缺少的針對由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障檢測方法的技術(shù)空白，并設(shè)計 了面向ECPS中各類安全威脅的實時聯(lián)合檢測體系，進(jìn)一步提出了基于智能化評估算法的威 脅態(tài)勢評估體系，有效提升了對ECPS中實時發(fā)生的各類高危安全威脅的辨識能力，加強(qiáng)了 針對各類高危安全威脅防護(hù)措施的目的性，有助于從整體層面改善ECPS的運行狀況，保障 其安全穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法的流程圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明實施例中對安全威脅實時檢測的應(yīng)用場景示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明實施例中采用層次分析法對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評 估體系的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細(xì)說明。
[0034]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]本發(fā)明提供的一種適用于電力信息物理系統(tǒng)（Electric Cyber Physical Systems，ECPS)的安全威脅態(tài)勢評估方法，ECPS安全威脅態(tài)勢評估是指通過對ECPS中信息 威脅、電力系統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障等三類安全威脅的實時檢測，其 中，信息威脅包含網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)脆弱性、網(wǎng)絡(luò)漏洞等局限于信息空間的各類影響ECPS安全 穩(wěn)定運行的安全威脅，電力系統(tǒng)故障包括級聯(lián)故障、繼發(fā)故障等局限于電力系統(tǒng)的各類影 響ECPS安全穩(wěn)定運行的安全威脅，由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障包括各類跨越信息空 間與電力系統(tǒng)的安全威脅，統(tǒng)計得到任一時刻ECPS存在的各種安全威脅，并利用綜合評判 方法給出ECPS在任一時刻的安全威脅態(tài)勢評估值，進(jìn)而給出不同危害程度的告警，最終采 取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。首先，建立ECPS安全威脅實時檢測體系，涵蓋信息威脅檢測、電力 系統(tǒng)故障檢測、由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障檢測等三種檢測手段，以其做為ECPS安 全威脅態(tài)勢評估的輸入量;其次，建立基于智能化評價方法的安全威脅評判體系，其中，智 能化評價方法可以采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)聚類分析等，并對ECPS中各類安 全威脅賦以不同的權(quán)重，權(quán)重值正比于安全威脅的危害程度，將某一時刻各類安全威脅的 檢測結(jié)果，檢測結(jié)果為發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計值，并與其對應(yīng)的權(quán)重相乘并最終求和，以得到某一 時刻ECPS的安全威脅態(tài)勢評估值;再次，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的告警級別和告警條件，結(jié)合某一時 刻ECPS的安全威脅態(tài)勢評估值，對該時刻ECPS的運行狀態(tài)給出評判，并對該時刻出現(xiàn)的若 干類高危安全威脅進(jìn)行告警，實現(xiàn)安全威脅態(tài)勢評估結(jié)果的輸出；最后，針對該時刻出現(xiàn)的 不同高危安全威脅采用對應(yīng)的防護(hù)措施，以消除其影響。本發(fā)明設(shè)計的ECPS安全威脅態(tài)勢 評估方法，可全面、實時、準(zhǔn)確的感知ECPS中存在的各類安全威脅，并精確評估ECPS在任一 時刻的安全威脅態(tài)勢，對出現(xiàn)的各類安全威脅給出及時告警，并快速采取有效應(yīng)對措施，保 障ECPS安全穩(wěn)定運行，如圖1所示，包括：
[0036]對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測；
[0037]根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估；
[0038]根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警。
[0039] 其中，所述安全威脅包括:信息威脅故障、電力系統(tǒng)故障以及由信息威脅引發(fā)的跨 空間電力系統(tǒng)連鎖故障。
[0040] 具體的，所述對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測，包括：
[0041 ]通過信息威脅檢測系統(tǒng)獲取信息威脅故障次數(shù)集合J = !〃^，...，《丨}，1為所述信 息威脅故障類別總數(shù)，t為時間標(biāo)識；
[0042] 其中，所述信息威脅檢測系統(tǒng)為入侵檢測系統(tǒng)（intrusion detection system， IDS)或入侵防御系統(tǒng)（Intrusion Prevention System，IPS);
[0043]通過電力系統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)獲取電力系統(tǒng)故障次數(shù)集合5 =訴,私...,<丨，:m為所 述電力系統(tǒng)故障類別總數(shù)；
[0044]其中，所述電力系統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析軟件或電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 軟件；
[0045]利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)集合Χ = ，獲取由信 息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合F = ?￥，^4}，η為所述信息元件和電 力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)類別總數(shù)，P為所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故 障類別總數(shù)。
[0046]其中，所述信息元件包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息設(shè)備和信息系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)元件包 括:電力一次設(shè)備和電力二次設(shè)備，所述信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)包括:網(wǎng) 絡(luò)報文的類型、長度、源地址、目的地址、當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)流量、信息設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)、電力 二次設(shè)備的工作狀態(tài)及電力一次設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0047]例如，在如圖2所示的應(yīng)用場景中，ECP S安全威脅檢測的對象為信息威脅、電力系 統(tǒng)故障、由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障等三類安全威脅，并且對這三類安全 威脅采用實時的并行檢測模式。即分別在信息空間、電力系統(tǒng)、信息空間與電力系統(tǒng)邊界等 位置部署針對各類安全威脅的實時檢測裝置，并行工作。
[0048] 進(jìn)一步的，所述利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)集合 X = 丨，獲取由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合 F = "?Λ，包括：
[0049] 根據(jù)所述信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和所述由信息威 脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，通過推理方法構(gòu)建所述信息元件和電 力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)與所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的映 射關(guān)系式y(tǒng)tifUt)，以所述映射關(guān)系式y(tǒng)tifUt)為判據(jù)判斷當(dāng)前時刻是否存在由信息威 脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障，并獲取當(dāng)前時刻由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連 鎖故障次數(shù)集合。
[0050] 需要說明的是并非所有的信息威脅均可以引發(fā)電力系統(tǒng)故障，同理并非所有的電 力系統(tǒng)故障均可由信息威脅引發(fā)；
[0051] 其中，所述推理方法包括：微分方程組、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和離散數(shù)學(xué)的狀態(tài)迀移公 式。
[0052] 例如，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)構(gòu)建所 述利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)與所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系 統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的映射關(guān)系式/ =以一），首先，設(shè)定支持向量機(jī)的各種訓(xùn)練參數(shù)，包括核函 數(shù)類型、核函數(shù)相關(guān)參數(shù)、懲罰因子等。其次，確定由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障檢測 方法的輸入量和輸出量，取部分信息兀件的工作狀態(tài)參數(shù)做為輸入量，如網(wǎng)絡(luò)報文類型XI、 網(wǎng)絡(luò)報文長度X2、網(wǎng)絡(luò)報文的連接時間X3、網(wǎng)絡(luò)報文的源地址X4和目的地址X5等，則輸入量 為{?,χ丨,?}，t為時間標(biāo)號，選擇由拒絕服務(wù)攻擊引發(fā)的電力一次設(shè)備拒動yl、由惡意 攻擊引發(fā)的電力一次設(shè)備拒動y2、由惡意攻擊引發(fā)的電力一次設(shè)備誤動y3做為輸出量，輸 出量為{>'i，) V h進(jìn)而，根據(jù)E C P S的工作狀況歷史統(tǒng)計構(gòu)建輸入量與輸出量之間的二兀組 做為支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練樣本集中以時間標(biāo)號t做為樣本的劃分依據(jù)，每條樣本 均記錄了在t時刻輸入量丨χ?, λΚ , .r丨,X丨丨和輸出量{_>，丨,丨的統(tǒng)計值，樣本的記錄格式為 ，乃，如某條樣本為{11則表明在第 11 時刻，ECPS 中沒有網(wǎng)絡(luò)報文也沒有由信息威脅引發(fā)的跨空間連鎖故障;再次，將訓(xùn)練樣本集輸入到支 持向量機(jī)中進(jìn)行訓(xùn)練，支持向量機(jī)通過對于每一個歷史輸入量與輸出量之間的二元組進(jìn)行 自動訓(xùn)練學(xué)習(xí)來發(fā)現(xiàn)輸入量與輸出量之間的內(nèi)在聯(lián)系，該訓(xùn)練過程無需人工干預(yù)，并得到 訓(xùn)練模型，該訓(xùn)練模型即為輸入量和輸出量之間的函數(shù)映射關(guān)系y^fUt)的一種隱含表達(dá) 式;最后，將當(dāng)前時刻的輸入量輸入到訓(xùn)練模型中，即可判別在當(dāng)前時刻是否存在由信息威 脅引發(fā)的跨空間連鎖故障，從而完成實時檢測。
[0053]所述根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估，包括： [0054]按下式確定所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值ES
[0056]式（1)中，1為信息威脅故障類別總數(shù)，m為電力系統(tǒng)故障類別總數(shù)，p為由信息威脅 引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障類別總數(shù)，1￡[1，1]，_]_6[1，1!1]，1^6[1， 1)]4為時間標(biāo)識， 4為t時刻第i類信息威脅故障次數(shù)，#為1時刻第j類電力系統(tǒng)故障次數(shù)，>《為1時刻第k類 由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)#為第i類信息威脅故障權(quán)重系數(shù)，qj為 第j類電力系統(tǒng)故障權(quán)重系數(shù)，qk為第k類由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障權(quán)重 系數(shù)。
[0057]其中，本發(fā)明能夠采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法、層次分析法或灰色關(guān)聯(lián)聚類分析法對 所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估。
[0058]例如，采用層次分析法對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估，如圖3所示， 首先，確定安全威脅評判體系的輸入量和輸出量，設(shè)定各類安全威脅的實時檢測結(jié)果 {乂'...，乂,丨做為輸入量，安全威脅評估值Ε*做為輸出量，設(shè)ECPS中共有s類安全威脅，t為 時間標(biāo)號;進(jìn)而，依據(jù)層次分析法將安全威脅評判體系自下而上劃分為"指標(biāo)層A"、"準(zhǔn)則層 B"和"目標(biāo)層C"，以各類安全威脅做為指標(biāo)層A，以各類安全威脅的特征構(gòu)造準(zhǔn)則層B，并在 準(zhǔn)則層B中依照各類安全威脅的危害性進(jìn)行歸類，分成"強(qiáng)"、"中"和"弱"三類，以安全威脅 評估值做為目標(biāo)層C，其中準(zhǔn)則層B可由多層構(gòu)成，準(zhǔn)則層B為各類安全威脅對應(yīng)的"強(qiáng)"、 "中"、"弱"等三類，設(shè)定"強(qiáng)"、"中"、"弱"三類中各有α、β、γ種安全威脅，且α+β+ γ = s; [0059]計算各類安全威脅的危害性權(quán)重，首先，對ECPS中各類安全威脅進(jìn)行危害性權(quán)重 初始賦值^，其中，^的5個子項分別表征了安全威脅i在技術(shù)先進(jìn)性、易實現(xiàn)程度、隱蔽性、 發(fā)生頻度、破壞強(qiáng)度等5個方面的因素，每個子項的取值采用1至5的自然數(shù)，1表示危害程度 最低，5表不危害程度最高，如公式(2):
[0061] 再按照"先局部，后整體"策略，確定安全威脅評判體系中每層所有的指標(biāo)之間的 兩兩判斷矩陣并求解判斷矩陣的特征向量，并以特征向量做為每層的各指標(biāo)相對上一層指 標(biāo)的影響系數(shù)。即先計算各類安全威脅分別屬于準(zhǔn)則層中"強(qiáng)"、"中"、"弱"三個類別中的哪 類，再計算"強(qiáng)"、"中"、"弱"對于安全威脅評估值的影響權(quán)重，最后用加權(quán)求和的方法逐層 確定各種安全威脅對ECPS安全威脅評判的最終危害性權(quán)重{qi，q2，…，q s}，各類安全威脅的 權(quán)重{qi，q2，···，qs}正比于其對ECPS的危害程度。
[0062] 所述根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警，包括： [0063]獲取所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值Et并設(shè)置告警閾值Ealarm，若所述電 力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值滿足礦2 Ealarm，則對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行告警。
[0064] 本發(fā)明提供的一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法針對ECPS 安全威脅態(tài)勢評估方法實現(xiàn)了對ECPS運行狀況的宏觀評判，填補(bǔ)了目前所缺少的針對由信 息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障檢測方法的技術(shù)空白，并設(shè)計了面向ECPS中各類安 全威脅的實時聯(lián)合檢測體系，進(jìn)一步提出了基于智能化評估算法的威脅態(tài)勢評估體系，有 效提升了對ECPS中實時發(fā)生的各類高危安全威脅的辨識能力，加強(qiáng)了針對各類高危安全威 脅防護(hù)措施的目的性，有助于從整體層面改善ECPS的運行狀況，保障其安全穩(wěn)定運行。
[0065] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然 可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種適用于電力信息物理系統(tǒng)的安全威脅態(tài)勢評估方法，其特征在于，所述方法包 括： 對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅檢測； 根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估； 根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述安全威脅包括:信息威脅故障、電力系統(tǒng) 故障以及由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅 檢測，包括： 通過信息威脅檢測系統(tǒng)獲取信息威脅故障次數(shù)集合3 = {??，α丨，...，α丨}，1為所述信息威 脅故障類別總數(shù)，t為時間標(biāo)識； 通過電力系統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)獲取電力系統(tǒng)故障次數(shù)集合S =輯，.:，m為所述電 力系統(tǒng)故障類別總數(shù)； 利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)集合X = 獲取由信息威 脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合F …，η為所述信息元件和電力 系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)類別總數(shù)，Ρ為所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障 類別總數(shù)。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述信息元件包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息設(shè)備和信 息系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)元件包括:電力一次設(shè)備和電力二次設(shè)備，所述信息元件和電力系統(tǒng) 元件的工作狀態(tài)參數(shù)包括：網(wǎng)絡(luò)報文的類型、長度、源地址、目的地址、當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)流量、信 息設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)、電力二次設(shè)備的工作狀態(tài)及電力一次設(shè)備的工作狀態(tài)。5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀 態(tài)參數(shù)集合I = {?·.·，幻，獲取由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)集合 F = {乃，h…，丨，包括： 根據(jù)所述信息元件和電力系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和所述由信息威脅引 發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，通過推理方法構(gòu)建所述信息元件和電力系 統(tǒng)元件的工作狀態(tài)參數(shù)與所述由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)的映射關(guān) 系式y(tǒng)tifUt)，以所述映射關(guān)系式y(tǒng)tifUt)為判據(jù)判斷當(dāng)前時刻是否存在由信息威脅引 發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障，并獲取當(dāng)前時刻由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故 障次數(shù)集合。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述推理方法包括:微分方程組、機(jī)器學(xué)習(xí)算 法和離散數(shù)學(xué)的狀態(tài)迀移公式。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)安全威脅檢測結(jié)果對所述電力信息 物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估，包括： 按下式確定所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值ES(1) 式（1)中，1為信息威脅故障類別總數(shù)，m為電力系統(tǒng)故障類別總數(shù)，p為由信息威脅引發(fā) 的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障類別總數(shù)，1￡[1，1]，_]_^[1，1!1]汰[[1， 1)]4為時間標(biāo)識，4為七 時刻第i類信息威脅故障次數(shù)，€為1時刻第j類電力系統(tǒng)故障次數(shù)，允為t時刻第k類由信息 威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障次數(shù)為第i類信息威脅故障權(quán)重系數(shù)，W為第j類電 力系統(tǒng)故障權(quán)重系數(shù)，qk為第k類由信息威脅引發(fā)的跨空間電力系統(tǒng)連鎖故障權(quán)重系數(shù)。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法、層次分析法或灰色 關(guān)聯(lián)聚類分析法對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行安全態(tài)勢評估。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)安全態(tài)勢評估結(jié)果對所述電力信息 物理系統(tǒng)進(jìn)行安全威脅告警，包括： 獲取所述電力信息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值Et并設(shè)置告警閾值Ealarm，若所述電力信 息物理系統(tǒng)的安全態(tài)勢評估值滿足礦2 Ealarm，則對所述電力信息物理系統(tǒng)進(jìn)行告警。
【文檔編號】G06F21/55GK105868629SQ201610188064
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】王宇飛, 高昆侖, 趙婷
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司