電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計(jì)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(jì)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(chǎng)、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(fèi) 系統(tǒng)。它的功能是將發(fā)電廠(chǎng)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(yīng)到各個(gè) 用戶(hù)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對(duì) 電能的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，以保證用戶(hù)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(mǎn)足各種安全性約束的條件下合理安排電力 系統(tǒng)運(yùn)行方式，使總的發(fā)電費(fèi)用最小或其它目標(biāo)最優(yōu)。
[0004] 最優(yōu)潮流是建立在EMS接收來(lái)自SCADA系統(tǒng)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，根 據(jù)一定的計(jì)算方法，計(jì)算一個(gè)含多個(gè)等式和不等式約束條件的二次規(guī)劃問(wèn)題，使得電力系 統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行費(fèi)用最小的優(yōu)化環(huán)節(jié)。
[0005] 目前對(duì)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(jì)領(lǐng)域，很少有人考慮 到這種數(shù)據(jù)完整性攻擊對(duì)于狀態(tài)估計(jì)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(hù)人 員如何能夠適應(yīng)這種針對(duì)電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計(jì)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(jì)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(jì)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(hù) 人員盡快適應(yīng)當(dāng)前電力系統(tǒng)安全防護(hù)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(diǎn)，提供了一種電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流 計(jì)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(jì)算的 數(shù)據(jù)完整性的攻防演練。
[0007] 為達(dá)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(jì)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(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)中各支路的狀態(tài)參量，求解各支路的實(shí)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(hào)；
[0009] 2)選取各支路中實(shí)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(diǎn)功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等式約束條件， 設(shè)節(jié)點(diǎn)e]為選取出來(lái)的N條支路中的某一條支路#的電流輸入節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)ei為選取出來(lái)的 支路I的電流輸出節(jié)點(diǎn)，且在所述節(jié)點(diǎn)$處存在負(fù)荷有功功率If，則對(duì)所述負(fù)荷有功功率 進(jìn)行假數(shù)據(jù)注入攻擊，設(shè)假數(shù)據(jù)注入攻擊后節(jié)點(diǎn)e]處的負(fù)荷有功功率為Gv;同時(shí)對(duì)節(jié) 點(diǎn) ei處的負(fù)荷有功功率進(jìn)行假數(shù)據(jù)注入攻擊，且攻擊增量為-:，假數(shù)據(jù)注入攻擊后節(jié) 點(diǎn)h處的負(fù)荷有功功率為^，則有C -C為假數(shù)據(jù)注入攻擊之前節(jié)點(diǎn)&處 的負(fù)荷有功功率；當(dāng)攻擊者分別以^Δ/?為攻擊增量對(duì)節(jié)點(diǎn)e,發(fā)動(dòng)攻擊時(shí)，則各 支路上的實(shí)際傳輸?shù)挠泄β实扔谄涑湓S通過(guò)的最大有功功率值P/max:l
[0011] 4)根據(jù)步驟3)得到的直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等式約束條件分別計(jì)算 N條支路的攻擊增量Aif，選取出各條支路對(duì)應(yīng)的攻擊增量zyf中最小的攻擊增量，然后 以所述最小的攻擊增量對(duì)該最小的攻擊增量對(duì)應(yīng)的支路進(jìn)行攻擊，完成對(duì)直流電力系統(tǒng)最 優(yōu)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊；
[0012] 5)提升被攻擊支路上允許通過(guò)的最大有功功率，使提升后的該支路上允許通過(guò)的 最大有功功率大于其當(dāng)前允許通過(guò)的最大有功功率，克服電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計(jì)算的數(shù) 據(jù)完整性的攻擊。
[0013] 步驟1)中獲取系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)中各支路的狀態(tài)參量，所述各支路的狀態(tài)參 量包括各支路的支路號(hào)1、首節(jié)點(diǎn)編號(hào)i、末節(jié)點(diǎn)編號(hào)j、電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的相角Θ、串聯(lián)電阻 r、各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率$、以及允許通過(guò)的最大有功功率值紀(jì)max，其中，節(jié)點(diǎn)i為支路 上電流的輸入節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)j為電流的流出節(jié)點(diǎn)。
[0014] 步驟1)中求解各支路的實(shí)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(jì)算各支路對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納值，其中。V ；- '_山為支路1的導(dǎo)納值，Σ r ^為支路1 上首節(jié)點(diǎn)i與末節(jié)點(diǎn)j之間所有串聯(lián)電阻之和；
[0016] 則支路1上的實(shí)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(diǎn) i處的相角，Θ i為支路1上電流流出節(jié)點(diǎn)j處的相角，獲取支路1的最大傳輸功率if _，得 支路1的實(shí)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(diǎn)功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等式約 束條件的具體操作為：
[0018] 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，則有：
[0019]
[0020] 其中，怒為節(jié)點(diǎn)i處負(fù)荷的有功功率，g為節(jié)點(diǎn)i處的發(fā)電有功功率，k為電力系 統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的個(gè)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(diǎn)功率平衡原理建立的直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等 式約束條件為：
[0022]
[0023] 其中，儼為節(jié)點(diǎn)j處消耗的有功功率，Σ #為從節(jié)點(diǎn)j流出的所有支路1上的 J. l^j.OUt 實(shí)際有功功率流之和，1^為從節(jié)點(diǎn)j流入的所有支路1上實(shí)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(diǎn)的總個(gè)數(shù)。
[0027] 步驟4)中根據(jù)步驟3)得到的直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等式約束條件計(jì) 算各條支路的攻擊增量的具體操作為：
[0028] 將節(jié)點(diǎn)^注入攻擊后的負(fù)荷有功功率為和節(jié)點(diǎn)ej注入攻擊后的負(fù)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(diǎn)j處的負(fù)荷有功功率的值，^為節(jié)點(diǎn)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(jì)算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練方法在具體 操作時(shí)，先選取各條支路中實(shí)際有功功率與其最大傳輸功率的差值最小的支路，再計(jì)算選 定線(xiàn)路的攻擊增量，通過(guò)該攻擊增量來(lái)對(duì)對(duì)應(yīng)支路進(jìn)行假數(shù)據(jù)注入攻擊，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)直 流最優(yōu)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊，然后通過(guò)提升被攻擊支路上允許通過(guò)的最大有功功 率來(lái)克服電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)完整性的攻擊，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮 流計(jì)算的數(shù)據(jù)完整性的攻防演練，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性極強(qiáng)，同時(shí)通過(guò)攻防演練，為電力系統(tǒng) 安全防護(hù)人員有針對(duì)性地防御和檢測(cè)此類(lèi)針對(duì)發(fā)電廠(chǎng)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(hù)資源的浪費(fèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為本發(fā)明中電力系統(tǒng)直流最優(yōu)潮流計(jì)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(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)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(jì)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(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)中各支路的狀態(tài)參量，求解各支路的實(shí)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(hào)；
[0039] 2)選取各支路中實(shí)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(diǎn)功率平衡原理建立直流最優(yōu)潮流計(jì)算過(guò)程中應(yīng)滿(mǎn)足的等式約束條件， 設(shè)節(jié)點(diǎn)^為選取出來(lái)的N支路的電流輸入節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)e i為選取出來(lái)的N條支路的電流輸 出節(jié)點(diǎn)，且在所述節(jié)點(diǎn)e]處存在負(fù)荷有功功率if，則對(duì)所述負(fù)荷有功功率/f進(jìn)行假數(shù)據(jù) 注入攻擊，設(shè)假數(shù)據(jù)注入攻擊后