一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统信息安全领域，特别涉及一种电力系统中信息物理安全风险 的评估方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统与信息系统间的融合越来越紧密，电力空间与信息空间之间的交互越来 越广泛，如图1所示。高级信息技术的引入和广泛应用为实现智能电网的各项愿景提供了技 术支持，但也对电力系统运行的可靠性和安全性带来了潜在的负面影响，信息系统中的安 全风险可能影响电力系统的正常运行。到目前为止，国内外对电力系统信息安全的研究还 比较初步，尚没有一个有效的评估电力系统中信息物理安全风险的方法。基于上述情况，本 发明提出了一种基于细胞自动机的信息物理安全风险评估方法，其中考虑了风险在信息空 间和电力空间的传播机制，同时计及了风险的跨空间传递，并对信息空间中的细胞(信息细 胞)和物理空间中的细胞（电力细胞)的状态转换规则进行了建模，以模拟电力CPS中故障的 演化过程。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法， 可以图形化的显示信息物理安全风险在电力空间和信息空间之间的传播，评估电力系统与 信息系统广泛交互背景下的电力系统信息物理安全风险水平。
[0004] 本发明采用以下方案实现:一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，包括 以下步骤：
[0005] 步骤S1:随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；
[0006] 步骤S2:根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；
[0007] 步骤S3:如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没 有，则等待仿真进行到下一时刻；
[0008] 步骤S4:根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在 下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；
[0009] 步骤S5:统计电力空间的故障规模。
[0010] 进一步地，所述步骤S2中，采用信息安全风险的跨空间传递概率表示电力细胞与 信息细胞的联系。
[0011] 进一步地，所述步骤S4中，电力细胞与信息细胞分别有正常状态与故障状态两个 状态;所述信息细胞的状态转换规则为
[0012]
[0013]
[0014]
[0015] Pj(t+1)= ω j(t+l) XAj
[0016] 式中：Si(t)为节点i在t时刻的状态;g为状态转换判断函数;队表示节点i的攻击难 度;r为[0，1 ]之间的随机数;Pj(t+Ι)为节点j在t+Ι时刻被成功攻击的概率；ω」(t+Ι)为节点 j在t+1时刻被攻击的概率;λ」为节点j的攻击难度；
[0017] 当g>0时，节点i在t+Ι时刻的状态与t时刻相反，否则其保持原有状态;g的等式由2 部分组成，等号右边第1项和第2项分别用于判断节点i是否会由正常状态转变为故障状态 和由故障状态转变为正常状态；当r小于Pi(t+1)或队时，表示相应的概率事件发生，此时节 点i的状态将发生改变；
[0018] 所述电力细胞的状态转换规则为
[0019]
[0020] 式中：sw⑴为节点i和节点j在t时刻的状态；为电力设备的极限容量;du 表示发电机或负载等节点上的功率。
[0021] 进一步地，所述步骤S5中，所述电力空间的故障规模为电力空间故障设备的比例
[0022]
[0023] 5：甲
甘別衣示t时刻电力空间故障设备的比例和故障设备的数量;No 表示电力空间中的设备总数。
[0024]在本发明中，首先对电力系统中的信息物理安全接口进行了辨识;然后对电力系 统的特点，将其设备分为电力细胞和信息细胞两类，并分别建立了两者的状态转换数学模 型。最后分析了风险跨空间传递概率、故障细胞治愈概率等因素对风险传播的影响，也讨论 了仿真时间间隔对仿真结果的影响。结果表明，随着风险跨空间传递概率的增大，信息空间 的安全风险传播到电力空间并导致电力空间中所有设备故障所需的时间减少;随着信息细 胞治愈率的增大，信息空间的安全威胁被控制住的几率增大，其安全风险传播到电力空间 的可能性减小。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果为：可以图形化的显示信息物理安全风险在 电力空间和信息空间之间的传播，评估电力系统与信息系统广泛交互背景下的电力系统信 息物理安全风险水平。
【附图说明】
[0026] 图1为现有技术中电力空间与信息空间的交互。
[0027] 图2为本发明的安全风险传播评估方法基本流程。
[0028]图3为本发明中电力细胞和信息细胞的状态转换。
[0029] 图4为本发明中三机九节点系统结构。
[0030] 图5为本发明中电力系统信息物理安全风险的传递过程。
[0031]图6为本发明中风险演化的时间特性。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0033] 本实施例提供一种电力系统中信息物理安全风险的评估方法，如图2所示，包括以 下步骤：
[0034] 步骤S1:随机假定信息空间中的任一信息细胞因受到网络攻击而发生故障；
[0035]步骤S2:根据电力细胞与信息细胞的联系，判断是否有电力细胞发生故障；
[0036]步骤S3:如果有则计算电力系统潮流，判断下一时刻是否有电力细胞越限；如没 有，则等待仿真进行到下一时刻；
[0037]步骤S4:根据电力细胞与信息细胞的状态转换规则，更新信息细胞和电力细胞在 下一时刻的状态，并在此基础上更新系统潮流；
[0038]步骤S5:统计电力空间的故障规模。
[0039] 在本实施例中，所述步骤S2中，采用信息安全风险的跨空间传递概率表示电力细 胞与信息细胞的联系。信息空间对电力空间的影响包括直接作用类型和间接作用类型。前 者指信息空间中的设备故障会直接导致相关电力一次设备故障，如智能终端控制器故障导 致断路器误动从而切除负荷;后者则指信息空间中设备故障不会直接导致电力一次设备故 障，如监测设备故障可能会使得电力系统运行人员不能及时辨识和预测电力系统潜在的运 行风险，但并不会立即导致电力系统故障。
[0040] 在本实施例中，所述步骤S4中，电力细胞与信息细胞分别有正常状态与故障状态 两个状态，其转换关系如图3所示;所述信息细胞的状态转换规则为
[0041]
[0042]
[0043]
[0044] Pj(t+1)= ω j(t+l) XAj
[004