電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流 計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸電支路、供配電所和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費 系統(tǒng)。它的功能是將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能經(jīng)輸電、變電和配電等方式安全、高效地供應到各個 用戶。為實現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應的信息與控制系統(tǒng)，對 電能的生產(chǎn)過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、優(yōu)質(zhì)的電 能。
[0003] 最優(yōu)潮流（Optimal Power Flow，0PF)是電力系統(tǒng)中能源管理系統(tǒng)（Energy Management System, EMS)的核心模塊之一，指滿足各種安全性約束的條件下合理安排電力 系統(tǒng)運行方式，使總的發(fā)電費用最小或其它目標最優(yōu)。
[0004] 最優(yōu)潮流是建立在EMS接收來自SCADA系統(tǒng)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的各項參數(shù)的基礎(chǔ)上，根 據(jù)一定的計算方法，計算一個含多個等式和不等式約束條件的二次規(guī)劃問題，使得電力系 統(tǒng)中所有發(fā)電機發(fā)電運行費用最小的優(yōu)化環(huán)節(jié)。
[0005] 目前對于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域的研究大多集中在狀態(tài)估計領(lǐng)域，很少有人考慮 到這種數(shù)據(jù)完整性攻擊對于狀態(tài)估計之后最優(yōu)潮流環(huán)節(jié)的惡意影響，電力系統(tǒng)安全防護人 員如何能夠適應這種針對電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性攻擊、以及如何克服這 種電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性攻擊已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全的最大挑戰(zhàn)，因此 亟需研究電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法，使電力系統(tǒng)安全防護 人員盡快適應當前電力系統(tǒng)安全防護的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流 計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法，該方法能夠有效地完成電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的 數(shù)據(jù)完整性的攻防演練。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防 演練方法包括以下步驟：
[0008] 1)獲取電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行時電力系統(tǒng)中各支路的狀態(tài)參量，求解各支路的實際有 功功率與其最大傳輸功率的差值△ Pl，1 = 1，2，...，m，其中m為電力系統(tǒng)中支路的總數(shù)，1 表不支路號；
[0009] 2)選取各支路中實際有功功率與其最大傳輸功率的差值A(chǔ)P1最小的N條支路 (I ^ 3)；
[0010] 3)根據(jù)節(jié)點功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等式約束條件， 設(shè)節(jié)點e]為選取出來的N條支路中的某一條支路#的電流輸入節(jié)點，節(jié)點ei為選取出來的 支路I的電流輸出節(jié)點，且在所述節(jié)點$處存在負荷有功功率If，則對所述負荷有功功率 進行假數(shù)據(jù)注入攻擊，設(shè)假數(shù)據(jù)注入攻擊后節(jié)點e]處的負荷有功功率為Gv;同時對節(jié) 點 ei處的負荷有功功率進行假數(shù)據(jù)注入攻擊，且攻擊增量為-:，假數(shù)據(jù)注入攻擊后節(jié) 點h處的負荷有功功率為^，則有C -C為假數(shù)據(jù)注入攻擊之前節(jié)點&處 的負荷有功功率；當攻擊者分別以^Δ/?為攻擊增量對節(jié)點e,發(fā)動攻擊時，則各 支路上的實際傳輸?shù)挠泄β实扔谄涑湓S通過的最大有功功率值P/max:l
[0011] 4)根據(jù)步驟3)得到的直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等式約束條件分別計算 N條支路的攻擊增量Aif，選取出各條支路對應的攻擊增量zyf中最小的攻擊增量，然后 以所述最小的攻擊增量對該最小的攻擊增量對應的支路進行攻擊，完成對直流電力系統(tǒng)最 優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊；
[0012] 5)提升被攻擊支路上允許通過的最大有功功率，使提升后的該支路上允許通過的 最大有功功率大于其當前允許通過的最大有功功率，克服電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù) 據(jù)完整性的攻擊。
[0013] 步驟1)中獲取系統(tǒng)穩(wěn)定運行時電網(wǎng)中各支路的狀態(tài)參量，所述各支路的狀態(tài)參 量包括各支路的支路號1、首節(jié)點編號i、末節(jié)點編號j、電網(wǎng)中各節(jié)點的相角Θ、串聯(lián)電阻 r、各負荷節(jié)點的有功功率$、以及允許通過的最大有功功率值紀max，其中，節(jié)點i為支路 上電流的輸入節(jié)點，節(jié)點j為電流的流出節(jié)點。
[0014] 步驟1)中求解各支路的實際有功功率與其最大傳輸功率的差值A(chǔ)P1的具體操作 為：
[0015] 計算各支路對應的導納值，其中。V ；- '_山為支路1的導納值，Σ r ^為支路1 上首節(jié)點i與末節(jié)點j之間所有串聯(lián)電阻之和；
[0016] 則支路1上的實際有功功率為If =4(6 -咚)，其中，Θ i為支路1上電流流入節(jié)點 i處的相角，Θ i為支路1上電流流出節(jié)點j處的相角，獲取支路1的最大傳輸功率if _，得 支路1的實際有功功率if與其最大傳輸功率if_的差值A(chǔ)p1，其中，M = I乃HiI。
[0017] 步驟2)中根據(jù)節(jié)點功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等式約 束條件的具體操作為：
[0018] 當系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，則有：
[0019]
[0020] 其中，怒為節(jié)點i處負荷的有功功率，g為節(jié)點i處的發(fā)電有功功率，k為電力系 統(tǒng)中發(fā)電機的個數(shù)，P。為電力系統(tǒng)直流網(wǎng)絡(luò)的功率損耗；
[0021] 設(shè)P。= 0,則根據(jù)節(jié)點功率平衡原理建立的直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等 式約束條件為：
[0022]
[0023] 其中，儼為節(jié)點j處消耗的有功功率，Σ #為從節(jié)點j流出的所有支路1上的 J. l^j.OUt 實際有功功率流之和，1^為從節(jié)點j流入的所有支路1上實際有功功率流之和。
[0024] 由式⑴得
[0025] 1：Ι·>1· ./,OUI
[0026] 其中η為電網(wǎng)中節(jié)點的總個數(shù)。
[0027] 步驟4)中根據(jù)步驟3)得到的直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等式約束條件計 算各條支路的攻擊增量的具體操作為：
[0028] 將節(jié)點^注入攻擊后的負荷有功功率為和節(jié)點ej注入攻擊后的負荷有功功 率為代入式（2)中，建立修正等式約束方程，其中，修正等式約束方程為：
[0029]
[0030] 其中，^為節(jié)點j處的負荷有功功率的值，^為節(jié)點j處的出力有功功率的值， 求解式（3)，得各條支路的攻擊增量。
[0031] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0032] 本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法在具體 操作時，先選取各條支路中實際有功功率與其最大傳輸功率的差值最小的支路，再計算選 定線路的攻擊增量，通過該攻擊增量來對對應支路進行假數(shù)據(jù)注入攻擊，實現(xiàn)電力系統(tǒng)直 流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊，然后通過提升被攻擊支路上允許通過的最大有功功 率來克服電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮 流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練，操作簡單，實用性極強，同時通過攻防演練，為電力系統(tǒng) 安全防護人員有針對性地防御和檢測此類針對發(fā)電廠的數(shù)據(jù)完整性攻擊提供了便捷有效 地方法，減少安全防護資源的浪費。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明中電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性攻擊的流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明中步驟2)的流程圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明中步驟4)的流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0037] 參考圖1，本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方 法包括以下步驟：
[0038] 1)獲取電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行時電力系統(tǒng)中各支路的狀態(tài)參量，求解各支路的實際有 功功率與其最大傳輸功率的差值△ Pl，1 = 1，2，...，m，其中m為電力系統(tǒng)中支路的總數(shù)，1 表不支路號；
[0039] 2)選取各支路中實際有功功率與其最大傳輸功率的差值△ P1最小的N條支路；
[0040] 3)根據(jù)節(jié)點功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計算過程中應滿足的等式約束條件， 設(shè)節(jié)點^為選取出來的N支路的電流輸入節(jié)點，節(jié)點e i為選取出來的N條支路的電流輸 出節(jié)點，且在所述節(jié)點e]處存在負荷有功功率if，則對所述負荷有功功率/f進行假數(shù)據(jù) 注入攻擊，設(shè)假數(shù)據(jù)注入攻擊后