智能电网负荷完整性攻击检测及防范研究

摘要

智能电网作为国家的基础设施，提供着可靠、廉价、可持续的电力服务，而准确的状态估计是维持对智能电网正常操作的重要条件。最近研究表明，攻击者可以将精心合成的虚假数据注入电力系统，这种新型的虚假数据注入攻击(负荷完整性攻击LIA)可以成功绕过常规检测达到攻击目的，使控制中心做出一系列错误的决策，最终导致电网中负荷的不均衡分配。为保证智能电网的安全，在智能电网环境下，分析攻击发生机理，提出新型的攻击形式，研究相应的检测方法与防范对策，具有十分重要的理论与现实意义。
　　针对智能电网中负荷完整性攻击的研究，具体工作包括:
　　1.充分研究了负荷完整性攻击机理和电网非完整网络拓扑信息的攻击方式;利用主成分分析法(PCA)对电网雅克比矩阵进行最大化逼近构造出攻击向量，通过独立成分分析法(ICA)计算出量测数据与状态中独立成分的关系，实现了电网拓扑信息未知的情况下的两种攻击。
　　2.分析负荷完整性攻击形成过程，根据攻击向量的生成方法构造出非法量测数据，采用Autoencoder对生成数据进行降维操作，根据Autoencoder的训练和微调过程中的重构误差，验证了降维后的数据基本可表示高维数据的信息。
　　3.从算法的优化角度出发，提出改进的极限学习机并将其应用到攻击检测中，利用差分进化算法优化选择ELM的输入层权值和隐含层节点数。同时，针对差分进化算法(DE)易出现早熟和收敛速度慢等问题，在优化算法中融入人工蜂群思想形成混合的优化算法，引导DE算法快速跳出局部最优，以提高攻击检测精度和检测方法的泛化能力;
　　4.分别在IEEE14-bus和IEEE118-bus标准节点系统上进行了仿真实验，通过大量实验验证了所提出的虚假数据攻击检测方法的有效性。并进一步提出了基于保护集的智能电网负荷完整性攻击防范方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 负荷完整性攻击检测方法概述

1．2．2 负荷完整性攻击防范技术概述

1．3 论文主要工作与章节安排

1．3．1 论文的主要工作

1．3．2 论文的章节安排

第2章 智能电网负荷完整性攻击机理与分析

2．1 引言

2．2 智能电网中负荷完整性攻机理

2．2．1 基于状态估计的残差推导

2．2．2 负荷完整性攻击基本原理

2．2．3 智能电网非完整网络拓扑下的攻击方式

2．3 新型负荷完整性攻击分析

2．3．1 基于独立成分分析法的攻击方式

2．3．2 基于主成分分析法的攻击方式

2．4 本章小结

第3章 智能电网负荷完整性攻击数据样本生成及处理

3．1 引言

3．2 攻击性量测数据样本构建

3．3 数据样本特征约简

3．3．1 基于自编码网络的降维流程

3．3．2 基于PCA的降维流程

3．4 特征约简方法结果比较及分析

3．4．1 自编码网络误差分析

3．4．2 不同方法降维结果分析

3．5 本章小结

第4章 智能电网负荷完整性攻击检测模型

4．1 引言

4．2 智能电网负荷完整性攻击检测方法研究

4．2．1 传统检测攻击原理分析

4．2．2 机器学习方法检测攻击的适用性

4．3 基于改进差分进化算法优化极限学习机的攻击检测模型

4．3．1 极限学习机原理分析

4．3．2 人工蜂群优化算法分析

4．3．3 具有群智能的差分进化算法

4．3．4 基于ABC-DE-ELM的攻击检测模型

4．4 本章小结

第5章 智能电网负荷完整性攻击检测实验与防范技术

5．1 引言

5．2 实验结果与分析

5．2．1 实验平台及公共参数设置

5．2．2 实验数据生成降维分析

5．2．3 基于ABC-DE-ELM的攻击检测分析

5．3 智能电网中负荷完整性攻击防范研究

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢