智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃分的假數(shù)據(jù)注入攻擊危害衡量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，涉及一種智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃分的假數(shù)據(jù)注入攻擊 危害衡量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能電網(wǎng)采用了計(jì)算智能使得電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、耗電過程清潔、安全、 可靠、有彈性、有效以及可持續(xù)，是CPS的一個典型實(shí)例。為了提高智能電網(wǎng)的局部可靠性 和操作效率，Lasseter首次提出了微網(wǎng)，其包括全套的發(fā)電裝置、儲能設(shè)備、負(fù)載以及能源 管理系統(tǒng)。當(dāng)其處于連接態(tài)時，其整體可以被當(dāng)作一個供電節(jié)點(diǎn)或需電節(jié)點(diǎn)與外界進(jìn)行能 量交換；當(dāng)其處于隔離態(tài)時，微網(wǎng)自給自足，獨(dú)立運(yùn)行。為了保證微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時正常工作 的用戶數(shù)量最大，研究人員提出了根據(jù)電網(wǎng)中用戶的供應(yīng)量和需求量動態(tài)調(diào)整微網(wǎng)結(jié)構(gòu)的 動態(tài)微網(wǎng)劃分。針對動態(tài)微網(wǎng)劃分，過去已經(jīng)做出了一些有價值的研究，但是動態(tài)微網(wǎng)劃分 非常依賴于用戶端采集的電能消耗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由智能電網(wǎng)高級量測體系（AMI)中的智 能電表周期性量測，而智能電表存在很大的安全隱患，其脆弱性主要表現(xiàn)在攻擊者可以通 過量測組件與外界互聯(lián)的開放無線或有線網(wǎng)絡(luò)接口對其進(jìn)行捕獲并發(fā)起cyber攻擊。這些 攻擊可以造成電力中斷、電子設(shè)備故障、電力傳輸成本增加以及價格增加等危害。目前針對 SCADA的假數(shù)據(jù)注入危害已經(jīng)有了大量有價值的研究，然而目前針對智能電網(wǎng)AMI中智能 電表的假數(shù)據(jù)注入攻擊只是揭示了對用電公平、能量路由以及階梯電價造成的危害，而沒 有研究其對動態(tài)微網(wǎng)劃分的風(fēng)險(xiǎn)和影響。事實(shí)上，動態(tài)微網(wǎng)劃分在假數(shù)據(jù)注入攻擊面前也 有極大的脆弱性，因?yàn)槠鋭澗W(wǎng)依據(jù)就是智能電表報(bào)告的用戶需電量和供電量，所以一旦這 些量測值被攻擊者篡改，決策中心就會做出錯誤的劃網(wǎng)決策，使得微網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)供需失衡， 進(jìn)而造成缺電用戶數(shù)量和能量浪費(fèi)增多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃 分的假數(shù)據(jù)注入攻擊危害衡量方法，該方法能夠有效得到假數(shù)據(jù)注入攻擊對智能電網(wǎng)的危 害程度。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃分的假數(shù)據(jù)注入攻擊危害 衡量方法包括以下步驟：
[0005] 1)將智能電網(wǎng)中的各用戶劃分為供電用戶及需電用戶；
[0006] 2)建立電力系統(tǒng)圖的點(diǎn)加權(quán)無向連通圖，其中，點(diǎn)加權(quán)無向連通圖中的節(jié)點(diǎn)表示 智能電網(wǎng)中的母線或母線集合，節(jié)點(diǎn)的屬性由母線下所有供電用戶能夠提供的電量總和以 及所有需電用戶需要的電量總和決定，當(dāng)母線下所有供電用戶能夠提供的電量總和大于等 于該母線下所有需電用戶需要的電量總和時，則該節(jié)點(diǎn)為供電節(jié)點(diǎn)；母線下所有供電用戶 能夠提供的電量總和小于該母線下所有需電用戶需要的電量總和時，則該節(jié)點(diǎn)為需電節(jié) 點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的權(quán)值為該節(jié)點(diǎn)能夠提供的電量值或需要的電量值；
[0007] 3)按地理位置將所有供電節(jié)點(diǎn)劃分成若干供電節(jié)點(diǎn)組，其中，每一個供電節(jié)點(diǎn)組 對應(yīng)一個微網(wǎng)；
[0008] 4)計(jì)算各供電節(jié)點(diǎn)組能夠提供的電量之和，并以各供電節(jié)點(diǎn)組提供的電量之和為 背包容量利用CGKP算法劃分出各微網(wǎng)內(nèi)的需電節(jié)點(diǎn)；
[0009] 5)計(jì)算正常情況下智能電網(wǎng)的缺電用戶率及能量浪費(fèi)值；
[0010] 6)對智能電網(wǎng)進(jìn)行假數(shù)據(jù)注入攻擊，重復(fù)步驟1)、步驟2)、步驟3)及步驟4)，并 計(jì)算攻擊后智能電網(wǎng)的缺電用戶率及能量浪費(fèi)值；
[0011] 7)根據(jù)正常情況下智能電網(wǎng)的缺電用戶率及能量浪費(fèi)值與假數(shù)據(jù)注入攻擊后智 能電網(wǎng)的缺電用戶率及能量浪費(fèi)值之間的差值得本次假數(shù)據(jù)注入攻擊對智能電網(wǎng)的危害 程度。
[0012] 步驟1)的具體操作為：智能電表測量用戶能夠提供的儲電量SS1、發(fā)電量 8^以及 需求的電量Cldi,得用戶能夠提供的電量Sumi,其中，Sum i= ss i+ggi-ddi，當(dāng)sum# 0時，則 該用戶為供電用戶，當(dāng)sumi< 0時，則該用戶為需電用戶。
[0013] 正常情況下智能電網(wǎng)的缺電用戶率的計(jì)算方法與攻擊后智能電網(wǎng)的缺電用戶率 的計(jì)算方法均包括以下步驟：
[0014] 設(shè)微網(wǎng)中有Num1個需電節(jié)點(diǎn)，將微網(wǎng)中的Num i個需電節(jié)點(diǎn)按需要的電量值的大小 從小到大排序，得
[0016] 設(shè)缺電用戶數(shù)為叫，非缺電用戶數(shù)為Ii1，則微網(wǎng)只能為{l，2*"，nj個用戶供電，而 {叫+1，叫+2···，NumJ不能得至丨」足夠的能量供應(yīng)，其中，叫滿足：
[0018] 其中，Σ P1為微網(wǎng)內(nèi)供電節(jié)點(diǎn)組中所有供電節(jié)點(diǎn)可以提供的能量總和；
[0019] 則此時第i個電網(wǎng)中的缺電用戶數(shù)叫為
[0020] Iiii= Num ^ni (3)
[0021] 則智能電網(wǎng)的缺電用戶率Rate為：
[0023] 正常情況下智能電網(wǎng)的能量浪費(fèi)值的計(jì)算方法與攻擊后智能電網(wǎng)的能量浪費(fèi)值 的計(jì)算方法均包括以下步驟：
[0024] 第k個微網(wǎng)的能量浪費(fèi)值Ioss1S :
[0026] 其中，Σ P1為微網(wǎng)內(nèi)供電節(jié)點(diǎn)組中所有供電節(jié)點(diǎn)能夠提供的能量總和，Σ d ,為微 網(wǎng)內(nèi)所有需電節(jié)點(diǎn)需要的能量總和；
[0027] 則智能電網(wǎng)的能量浪費(fèi)值Loss為：
[0029] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0030] 本發(fā)明所述的智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃分的假數(shù)據(jù)注入攻擊危害衡量方法在具體 操作時，基于對智能電網(wǎng)的劃分，通過正常情況下及假數(shù)據(jù)注入攻擊后智能電網(wǎng)的缺電用 戶率及能量浪費(fèi)值之差得到本次假數(shù)據(jù)注入攻擊對智能電網(wǎng)的危害程度，操作簡單，實(shí)用 性極強(qiáng)。
【附圖說明】
[0031] 圖1為IEEE 30節(jié)點(diǎn)簡化圖；
[0032] 圖2為智能電網(wǎng)中的缺電用戶率與所有微網(wǎng)減小的能量供應(yīng)值之間的關(guān)系圖；
[0033] 圖3為智能電網(wǎng)中的能量浪費(fèi)與所有微網(wǎng)減小的能量供應(yīng)值之間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0035] 本發(fā)明所述的智能電網(wǎng)中動態(tài)微網(wǎng)劃分的假數(shù)據(jù)注入攻擊危害衡量方法包括以 下步驟：
[0036] 1)將智能電網(wǎng)中的各用戶劃分為供電用戶及需電用戶；
[0037] 2)建立電力系統(tǒng)圖的點(diǎn)加權(quán)無向連通圖，其中，點(diǎn)加權(quán)無向連通圖中的節(jié)點(diǎn)表示 智能電網(wǎng)中的母線或母線集合，節(jié)點(diǎn)的屬性由母線下所有供電用戶能夠提供的電量總和以 及所有需電用戶需要的電量總和決定，當(dāng)母線下所有供電用戶能夠提供的電量總和大于等 于該母線下所有需電用戶需要的電量總和時，則該節(jié)點(diǎn)為供電節(jié)點(diǎn)；母線下所有供電用戶 能夠提供的電量總和小于該母線下所有需電用戶需要的電量總和時，則該節(jié)點(diǎn)為需電節(jié) 點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的權(quán)值為該節(jié)點(diǎn)能夠提供的電量值或需要的電量值；
[0038] 3)按地理位置將所有供電節(jié)點(diǎn)劃分成若干供電節(jié)點(diǎn)組，其中，每一個供電節(jié)點(diǎn)組 對應(yīng)一個微網(wǎng)；
[0039] 4)計(jì)算各供電節(jié)點(diǎn)組能夠提供的電量之和，并以各供電節(jié)點(diǎn)組提供的電量之和為 背包容量利用CGKP算法劃分出各微網(wǎng)內(nèi)的需電節(jié)點(diǎn)；