一种应对信息物理攻击的电网加固方法

1.本发明实施例涉及电力系统安全技术领域，尤其涉及一种应对信息物理攻击的电网加固方法。


背景技术：

2.近年来，通信、设备自动化能力在电网的运行中发挥越来越重要的作用，在更加智能化的同时，电网也遭受日益增长的信息物理协同攻击威胁；相比传统恶意攻击，此类攻击种类多样，危害更加严重，容易引发大规模的停电事故，为了抵御信息物理协同攻击，需要有选择的对电网进行加固，如何解析化建模预先加固措施对故障传播和系统负荷损失的积极作用，准确刻画攻击发生后电网自动化装置快速响应与运行调度人员的紧急应对措施对电网运行状态的影响是亟需解决的技术问题。
3.在研究应对协同攻击的加固问题时，现有技术存在一定缺陷。首先，在针对继电保护的网络攻击与物理攻击的协同作用建模中，现有技术未考虑加固措施对故障传播的影响；其次，实际场景中电网的自动化装置与运行人员会采取紧急响应措施以应对协同攻击，而现有技术对以上因素对故障后果的重要影响考虑不足，这使得所得加固方案准确性欠缺。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对以上问题，提供一种应对信息物理攻击的电网加固方法。该方法能够综合考虑事前加固、自动化装置动作和发电调度等多种因素对电力系统的影响，能够更准确的评估协同攻击的攻击效果并给出最优加固方案，有效降低协同攻击下电力系统的负荷损失。
5.本发明实施例提供一种应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述方法包括，s1、根据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况；s2、在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型；s3、考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集及电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固dad规划模型；s4、采用列与约束生成算法求解电网加固dad规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的最优攻击方案，电力系统故障情况与负荷损失。
6.在一种可能的实现方式中，所述信息物理协同攻击包括三种攻击形式：以输电线路为目标的物理攻击将导致线路发生短路故障；以继电保护装置为目标的拒动网络攻击通过修改继电器设置来阻止断路器跳闸，从而扩大故障影响；以继电保护装置为目标的误动网络攻击控制继电器向相应的断路器发送跳闸信号，切断关键的潮流传输路径。
7.在一种可能的实现方式中，所述相应加固措施是对遭受攻击的线路或者继电保护装置进行加固以应对攻击，包括加强巡逻和采用动态密码；加固后的元件可以完全抵御恶意攻击。
8.在一种可能的实现方式中，所述电力系统受影响情况的变量包括：s
ij
表征断路器ij通断情况，断路器闭合表示为1，否则为0；ci表征节点i受故障影响情况，节点受故障影响表示为1，否则为0；
9.所述加固方案变量包括：χ
ij
表征输电线路ij是否被加固，被加固表示为1，否则为0；γ
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否被加固，被加固表示为1，否则为0；
10.所述协同攻击方案变量包括：f
ij
表征输电线路ij是否遭受物理攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；α
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受拒动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；β
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受误动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；
11.协同攻击生效变量包括：表征节点i相连的输电线路中是否存在任意线路遭受有效物理攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效拒动网络攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效误动网络攻击，是为1，否为0；
12.一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：
[0013][0014][0015][0016][0017]
式中，ωn为节点集合，为与节点i相连的输电线路集合，ωs为断路器集合。
[0018]
在一种可能的实现方式中，所述步骤s2中，在退化阶段，继电保护装置在检测到短路故障后会控制断路器跳闸迅速隔离故障；随后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040]
其中，ω
t
为输电线路集合，为表示退化阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示退化阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示退化阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示退化阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示退化阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0-1变量，1表示动作，0反之，为表示事故前断路器ij投运情况的0-1变量，1为投入运行，0为未投入运行，ζi为辅助0-1变量，为表示节点i的发电削减因子的连续变量，为表示节点i的负荷削减因子的连续变量，为表示退化阶段输电线路ij潮流的连续变量，为节点i上的发电机集合，为节点i上的负荷集合，为表示发电机事故前出力的常量，p
ll
为表示事故前负荷量l的常量。
[0041]
在一种可能的实现方式中，在恢复阶段，电网运行人员运将主动响应信息物理协同攻击，消除网络攻击的影响，控制离故障最近的断路器跳闸，闭合受故障影响的变电站内的其他断路器，恢复系统拓扑的联通性，并通过调度发电恢复负荷；
[0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049]
[0050][0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061]
其中，为表示恢复阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示恢复阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示恢复阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0-1变量，为表示恢复阶段节点i电压相角的连续变量，x
ij
为表示输电线路ij电抗的常量，为表示恢复阶段输电线路ij潮流的连续变量，为表示恢复阶段发电机出力的连续变量，p
ll,c,r
为表示恢复阶段负荷减载量的连续变量，ωo为电网中变电站集合，为变电站k内的节点集合，为断路器ij所在的变电站集合，为表示恢复阶段变电站k遭受故障影响情况的0-1变量，1为遭受影响，0反之，为表示输电线路ij最大有功输送容量的常量，为表示发电机g最大有功出力的常量。
[0062]
在一种可能的实现方式中，步骤s3中，以最小化系统的缺电量为目标建立目标函数的模型，表达式如下：
[0063][0064]
其中，td为退化阶段平均时长，tr为恢复阶段平均时长。
[0065]
在一种可能的实现方式中，采用dad三层模型描述电力系统防御人员、恶意攻击者与电网故障响应的相互作用；在上层问题中，防御者决定加固哪些组件以最小化平均缺电量；在中层问题中，在给定的防御策略下，攻击者确定协同攻击策略使平均缺电量最大化；底层问题代表了电力系统受到攻击后的响应过程，涉及到自动设备的动作和系统操作员的恢复措施以最小化平均缺电量。
[0066]
在一种可能的实现方式中，建立上层问题约束，相关表达式如下：
[0067]
[0068][0069]
其中，d
p
，dc分别为物理防御预算与网络防御预算，ω
t
为输电线路集合，ωs为断路器集合；
[0070]
建立中层问题约束，相关表达式如下：
[0071][0072][0073][0074]
其中，a
p
，a
cr
，a
cm
为物理攻击资源、拒动网络攻击资源与误动网络攻击资源；
[0075]
下层约束为所述步骤s2中的电力系统多阶段故障响应模型对应约束。
[0076]
本发明实施例提供的一种应对信息物理攻击的电网加固方法，构建了一种信息物理协同攻击场景下的电力系统多阶段故障响应模型，将电力系统的故障响应过程分为退化阶段与恢复阶段，综合考虑加固措施，自动化装置的快速响应与电网人员恢复手段对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，更准确的评估信息物理协同攻击的实际攻击效果；配合电力系统多阶段故障响应模型，基于dad三层模型刻画电网加固者，协同攻击者，电网故障响应之间的博弈，并通过列与约束生成方法求解，能够在有限防御资源下生成应对协同攻击的最优加固策略。
附图说明
[0077]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图；
[0078]
图1为本发明实施例提供的包含变电站拓扑的ieee rts 24节点系统接线图；
[0079]
图2为本发明实施例提供的退化阶段故障传播情况与电网运行状态；
[0080]
图3为本发明实施例提供的恢复阶段故障传播情况与电网运行状态；
[0081]
图4为本发明实施例提供的各阶段负荷损失统计图。
具体实施方式
[0082]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；
[0083]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；
[0084]
本发明提供一种应对信息物理攻击的电网加固方法，所述方法包括：
[0085]
s1、根据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况；
[0086]
s2、在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型；
[0087]
s3、考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集及电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固dad规划模型；
[0088]
s4、采用列与约束生成算法求解电网加固dad规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的最优攻击方案，电力系统故障情况与负荷损失。
[0089]
进一步的，所述信息物理协同攻击包括三种攻击形式：(1)以输电线路为目标的物理攻击将导致线路发生短路故障；(2)以继电保护装置为目标的拒动网络攻击通过修改继电器设置来阻止断路器跳闸，从而扩大故障影响；(3)以继电保护装置为目标的误动网络攻击控制继电器向相应的断路器发送跳闸信号，切断关键的潮流传输路径。
[0090]
所述相应加固措施是对遭受攻击的线路或者继电保护装置进行加固以应对攻击，包括加强巡逻和采用动态密码等；加固后的元件可以完全抵御恶意攻击。
[0091]
具体地，所述电力系统受影响情况的变量包括：s
ij
表征断路器ij通断情况，断路器闭合表示为1，否则为0；ci表征节点i受故障影响情况，节点受故障影响表示为1，否则为0。所述加固方案变量包括：χ
ij
表征输电线路ij是否被加固，被加固表示为1，否则为0；γ
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否被加固，被加固表示为1，否则为0。所述协同攻击方案变量包括：f
ij
表征输电线路ij是否遭受物理攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；α
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受拒动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；β
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受误动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0。协同攻击生效变量包括：表
[0092]
征节点i相连的输电线路中是否存在任意线路遭受有效物理攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效拒动网络攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效误动网络攻击，是为1，否为0。
[0093]
加固措施直接影响到协同攻击是否有效。本发明中一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：
[0094][0095][0096][0097][0098]
式中，ωn为节点集合，为与节点i相连的输电线路集合，ωs为断路器集合，公式(1)-(2)判断节点i是否受到有效物理攻击影响；公式(3)-(4)分别判断断路器是否受到有效拒动攻击与有效误动攻击影响。
[0099]
所述步骤s2中，在退化阶段，继电保护装置在检测到短路故障后会控制断路器跳
闸迅速隔离故障；随后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；
[0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106][0107][0108][0109][0110][0111][0112][0113][0114][0115][0116][0117][0118][0119][0120][0121]
其中，ω
t
为输电线路集合，为表示退化阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示退化阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示退化阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示退化阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示退化阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0-1变量，1表示动作，0反之，为表示事故前断路器ij投运情况的0-1变量，1为投入运行，0为未投入运行，ζi为辅助0-1变量，为表示节点i的发电削减因子的连续变量，为表示节点i的负荷削减因子的连续变量，为表示退化阶段输电线路ij潮流的连续变量，为节点i上的发电机集合，为节点i上的负荷集合，为表示发电机事故前出力的常量，p
ll
为表示事故前负荷量l的常量。
[0122]
公式(5)-(14)确定继电保护装置控制下协同攻击故障的隔离情况；公式(5)-(6)表示相连元件的故障情况一致；公式(7)-(8)采用网络流理论将故障传播过程表述为一个多商品流模型；公式(9)-(14)描述了信息物理协同攻击下断路器的通断逻辑，公式(9)-(11)为继电保护预设逻辑，表明若断路器两侧节点不受故障影响，断路器对应的继电保护装置将不会动作；公式(12)表明事故前未投运的断路器将保持断开；公式(13)保证未受有效网络攻击影响的断路器的开闭状态只与预设继电保护装置动作情况有关；公式(14)表明遭受有效网络攻击影响的断路器的开闭状态由有效网络攻击类型决定；公式(15)-(21)确定安全自动装置控制下的各个节点发电与负荷的削减比例；该模型中，假定同一个孤岛中发电与负荷具有同样的削减因子；公式(15)-(16)保证受故障影响的节点的削减因子均为1；为了避免同时出现发电负荷削减的解的情况，不受故障影响的节点的两个因子之一为0；公式(17)-(18)表明所有的削减因子不超过1；公式(19)-(21)保证相连节点的削减因子相同；约束(22)表示受故障影响的输电线路的潮流为0；约束公式(23)-(24)保证通过断开开关的潮流为0；约束公式(25)为节点功率平衡方程。
[0123]
在恢复阶段，电网运行人员运将主动响应信息物理协同攻击，消除网络攻击的影响，控制离故障最近的断路器跳闸，闭合受故障影响的变电站内的其他断路器，恢复系统拓扑的联通性，并通过调度发电恢复负荷。
[0124][0125][0126][0127][0128][0129][0130][0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137][0138][0139][0140]
[0141][0142][0143]
其中，为表示恢复阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示恢复阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示恢复阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0-1变量，为表示恢复阶段节点i电压相角的连续变量，x
ij
为表示输电线路ij电抗的常量，为表示恢复阶段输电线路ij潮流的连续变量，为表示恢复阶段发电机出力的连续变量，p
ll,c,r
为表示恢复阶段负荷减载量的连续变量，ωo为电网中变电站集合，为变电站k内的节点集合，为断路器ij所在的变电站集合，为表示恢复阶段变电站k遭受故障影响情况的0-1变量，1为遭受影响，0反之，为表示输电线路ij最大有功输送容量的常量，为表示发电机g最大有功出力的常量。
[0144]
公式(26)-(35)为恢复阶段故障隔离约束；公式(36)限制各节点的电压相角范围；公式(37)表明通过闭合断路器相连的节点的电压相角相同；公式(38)对应输电线路上的直流潮流方程；公式(39)限定断开断路器上流过潮流为0；公式(40)-(41)限制了输电线路的最大有功传输功率；若一条线路被短路故障影响，其最大有功传输功率为0；公式(42)表示发电机的最大有功输出功率；在公式(43)中，各节点的恢复阶段的负荷减载受其负荷需求限制；公式(44)是各节点的功率平衡方程；公式(36)-(44)为恢复阶段发电调度约束；公式(36)限制各节点的电压相角范围；公式(37)表明通过闭合断路器相连的节点的电压相角相同；公式(38)对应输电线路上的直流潮流方程；公式(39)限定断开断路器上流过潮流为0；公式(40)-(41)限制了输电线路的最大有功传输功率；若一条线路被短路故障影响，其最大有功传输功率为0；公式(42)表示发电机的最大有功输出功率；在公式(43)中，各节点的恢复阶段的负荷减载受其负荷需求限制；公式(44)是各节点的功率平衡方程。
[0145]
上述步骤s3中，以最小化系统的缺电量为目标建立目标函数的模型，表达式如下：
[0146][0147]
其中，td为退化阶段平均时长，tr为恢复阶段平均时长。
[0148]
本发明采用dad三层模型描述电力系统防御人员、恶意攻击者与电网故障响应的相互作用；在上层问题中，防御者决定加固哪些组件以最小化平均缺电量；在中层问题中，在给定的防御策略下，攻击者确定协同攻击策略使平均缺电量最大化；底层问题代表了电力系统受到攻击后的响应过程，涉及到自动设备的动作和系统操作员的恢复措施以最小化平均缺电量。
[0149]
建立上层问题约束，相关表达式如下：
[0150][0151][0152]
其中，d
p
，dc分别为物理防御预算与网络防御预算，ω
t
为输电线路集合，ωs为断路
器集合；此处以加固元件的数目量化防御资源，公式(45)表示线路的最大加固数目，公式(46)表示继电保护装置的最大加固数目。
[0153]
建立中层问题约束，相关表达式如下：
[0154][0155][0156][0157]
其中，a
p
，a
cr
，a
cm
为物理攻击资源、拒动网络攻击资源与误动网络攻击资源；公式(47)-(49)分别表示物理攻击、拒动网络攻击与误动网络攻击对象元件的最大数目。
[0158]
下层约束为所述步骤s2中的电力系统多阶段故障响应模型对应约束。
[0159]
实施例1
[0160]
以包含变电站拓扑的ieee rts 24节点系统为测试算例，验证本发明所述分析方法的有效性。该系统的接线图以及一种具体的运行方式如图1所示，该系统中有147个节点与38条输电线路，据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况。在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型。
[0161]
考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集、电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固dad规划模型；
[0162]
给定网络防御资源为2，物理防御资源为2，物理攻击资源为3，拒动网络攻击资源为5，误动网络攻击资源为1。采用列与约束生成算法求解电网加固dad规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的攻击方案如图2所标注，退化阶段与恢复阶段的故障传播情况与电网运行状态分别如图2，图3所示，各阶段负荷损失如图4。
[0163]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述方法包括，s1、根据信息物理协同攻击与相应加固措施的攻击原理与影响机理，设立对应变量以表示协同攻击方案、加固方案、电力系统受影响情况和协同攻击生效情况；s2、在有效协同攻击方案下，考虑自动化装置与电网人员对故障的先后响应过程，结合系统运行约束，分别描述退化阶段中继电保护装置、安全自动装置的既定响应特性与恢复阶段中电网人员更精确的故障隔离、发电调度行为对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，构建电力系统多阶段故障响应模型；s3、考虑有限资源下加固方案约束、攻击方案约束集及电力系统多阶段故障响应约束集，以电力系统平均缺电量最小为目标函数，建立电网加固dad规划模型；s4、采用列与约束生成算法求解电网加固dad规划模型，生成给出最优加固方案，以及相应防御场景下的最优攻击方案，电力系统故障情况与负荷损失。2.根据权利要求1所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述信息物理协同攻击包括三种攻击形式：以输电线路为目标的物理攻击将导致线路发生短路故障；以继电保护装置为目标的拒动网络攻击通过修改继电器设置来阻止断路器跳闸，从而扩大故障影响；以继电保护装置为目标的误动网络攻击控制继电器向相应的断路器发送跳闸信号，切断关键的潮流传输路径。3.根据权利要求1或2所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述相应加固措施是对遭受攻击的线路或者继电保护装置进行加固以应对攻击，包括加强巡逻和采用动态密码；加固后的元件可以完全抵御恶意攻击。4.根据权利要求1或2所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述电力系统受影响情况的变量包括：s
ij
表征断路器ij通断情况，断路器闭合表示为1，否则为0；c
i
表征节点i受故障影响情况，节点受故障影响表示为1，否则为0；所述加固方案变量包括：χ
ij
表征输电线路ij是否被加固，被加固表示为1，否则为0；γ
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否被加固，被加固表示为1，否则为0；所述协同攻击方案变量包括：f
ij
表征输电线路ij是否遭受物理攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；α
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受拒动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；β
ij
表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受误动网络攻击，遭受攻击表示为1，否则为0；协同攻击生效变量包括：表征节点i相连的输电线路中是否存在任意线路遭受有效物理攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效拒动网络攻击，是为1，否为0；表征断路器ij对应的继电保护装置是否遭受有效误动网络攻击，是为1，否为0；一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：一次有效的攻击需要同时满足两个条件，相关约束如下：
式中，ω
n
为节点集合，为与节点i相连的输电线路集合，ω
s
为断路器集合。5.根据权利要求4所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，所述步骤s2中，在退化阶段，继电保护装置在检测到短路故障后会控制断路器跳闸迅速隔离故障；随后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；后，为确保功率平衡，自动化装置会主动切除负载或发电机，实现高频切机，低频减载；其中，ω
t
为输电线路集合，为表示退化阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示退化阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示退化阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示退化阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示退化阶段断路器ij对应的继电保护预设动作逻辑的0-1变量，1表示动作，0反之，为表示事故前断路器ij
投运情况的0-1变量，1为投入运行，0为未投入运行，ζ
i
为辅助0-1变量，为表示节点i的发电削减因子的连续变量，为表示节点i的负荷削减因子的连续变量，为表示退化阶段输电线路ij潮流的连续变量，为节点i上的发电机集合，为节点i上的负荷集合，为表示发电机事故前出力的常量，p
ll
为表示事故前负荷量l的常量。6.根据权利要求5所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，在恢复阶段，电网运行人员运将主动响应信息物理协同攻击，消除网络攻击的影响，控制离故障最近的断路器跳闸，闭合受故障影响的变电站内的其他断路器，恢复系统拓扑的联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；联通性，并通过调度发电恢复负荷；其中，为表示恢复阶段节点i故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段节点j故障情况的0-1变量，为表示恢复阶段断路器ij通断情况的0-1变量，m为一任意大正数，为表示恢复阶段断路器ij上的商品流的连续变量，为表示恢复阶段断路器ij对应的继电保护预
设动作逻辑的0-1变量，为表示恢复阶段节点i电压相角的连续变量，x
ij
为表示输电线路ij电抗的常量，为表示恢复阶段输电线路ij潮流的连续变量，为表示恢复阶段发电机出力的连续变量，p
ll,c,r
为表示恢复阶段负荷减载量的连续变量，ω
o
为电网中变电站集合，为变电站k内的节点集合，为断路器ij所在的变电站集合，为表示恢复阶段变电站k遭受故障影响情况的0-1变量，1为遭受影响，0反之，为表示输电线路ij最大有功输送容量的常量，为表示发电机g最大有功出力的常量。7.根据权利要求6所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，步骤s3中，以最小化系统的缺电量为目标建立目标函数的模型，表达式如下：其中，t
d
为退化阶段平均时长，t
r
为恢复阶段平均时长。8.根据权利要求7所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，采用dad三层模型描述电力系统防御人员、恶意攻击者与电网故障响应的相互作用；在上层问题中，防御者决定加固哪些组件以最小化平均缺电量；在中层问题中，在给定的防御策略下，攻击者确定协同攻击策略使平均缺电量最大化；底层问题代表了电力系统受到攻击后的响应过程，涉及到自动设备的动作和系统操作员的恢复措施以最小化平均缺电量。9.根据权利要求8所述的应对信息物理攻击的电网加固方法，其特征在于，建立上层问题约束，相关表达式如下：题约束，相关表达式如下：其中，d
p
，d
c
分别为物理防御预算与网络防御预算，ω
t
为输电线路集合，ω
s
为断路器集合；建立中层问题约束，相关表达式如下：建立中层问题约束，相关表达式如下：建立中层问题约束，相关表达式如下：其中，a
p
，a
cr
，a
cm
为物理攻击资源、拒动网络攻击资源与误动网络攻击资源；下层约束为所述步骤s2中的电力系统多阶段故障响应模型对应约束。

技术总结
本发明提供了一种应对信息物理攻击的电网加固方法，属于电力能源协调控制技术领域，通过对信息物理攻击下的电网加固问题进行研究，综合考虑加固措施，自动化装置的快速响应与电网人员恢复手段对协同攻击故障传播与负荷损失的影响，建立了电力系统多阶段故障响应模型。此外，为了描述电网加固者，协同攻击者，电网故障响应之间博弈的相互作用关系，建立了defend-attack-defend(DAD)三层模型以生成最优的防御策略。该方法能够综合考虑事前加固、自动化装置动作、发电调度等多种因素对电力系统的影响，能够更准确的评估协同攻击的攻击效果并给出最优加固方案，有效降低协同攻击下电力系统的负荷损失。力系统的负荷损失。力系统的负荷损失。


技术研发人员：秦超 仲重宇 曾沅
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/8/28