(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111579033.2 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街438号 (72)发明人 曲正伟　史华亮　王云静　韩晓明　 (74)专利代理 机构 石家庄众志华清知识产权事 务所(特殊普通 合伙) 13123 代理人 田秀芬 (51)Int.Cl. G06F 17/11(2006.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) H02J 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统 主被动防御方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于节点脆弱性的电网 信息物理系统主被动防御方法， 属于电网信息物 理系统攻击防御技术领域， 所述防御方法通过在 充分考虑物理特性和拓扑特性的基础上评估系 统节点的脆弱性， 系统对脆弱性排名靠前的节点 部署一定 数量的虚拟节点， 在信息网外围部署虚 拟节点防御环进行预警； 系统通过切换拓扑使系 统实现从主从控制到协同控制模式的转变； 系统 通过分布式控制节点实现从单一的集中式控制 到集中分布式的转变； 通过虚拟节 点和控制方式 转变实现信息物理系统的主被动防御。 本发明将 主动防御和被动防御相结合， 使得电力CPS的防 御保护形成信息物理融合的完整体系。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114398591 A 2022.04.26 CN 114398591 A 1.一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： 步骤1， 对电网和信息网分别建模， 形成部分一对一的电网信息物理系统， 建立系统关 联导纳矩阵； 步骤2， 确定对步骤1所述的电网和信息网中的脆弱性指标并对每项指标分别设置权 重； 步骤3， 对步骤2中所述的每项指标分别评分； 步骤4， 综合电网和信息网的脆弱性指标采用加权法求得所建立电网信息物理系统每 个节点的系统脆弱性指标； 步骤5， 将信息网每 个节点的脆弱性指标排序， 得到排名靠前的节点； 步骤6， 根据步骤5排序顺序， 在排名靠前的节点周围部署预设数量的虚拟节点， 并在信 息网的外围部署虚拟节点防御环； 步骤7， 当虚拟节点防御环遭 到攻击时， 系统进入切换拓扑状态。 2.据权利要求1所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其 特征在于： 步骤2中， 电网侧的脆弱性指标采用系统损失的负荷量； 系统损失的负荷量为每 个节点在遭受攻击后采用最优潮流计算得到： s.t F＝AF‑PP |Fl|≤Flmax ‑PGi≤ΔPGi≤PGlmax‑PGl 0≤ΔPFl≤PFl 式中： n为电力节点个数； PGi和ΔPFi分别为电力节点i所控制的发电机 出力及负荷量； Δ PGi为电力节点i发电机出力调整量； ΔPFi为电力节点i的负荷损失量， F为支路潮流向量； AF‑P为关联导纳矩阵； P为节点注入功率向量； |Fl|为支路l潮流； Flmax为支路l的潮流限值。 3.根据权利要求1所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 步骤2中， 信息网侧的脆弱性指标采用损失节点比例， 根据渗流理论相关内容， 信息网会发生连锁故障连通脆弱性用G评估电力通信网在遭受攻击或故障下损失的最大连 通能力， 以1减去最大 连通子集中节点所占比例计算得到： G＝1‑(N'/N) 式中， N为信 息网在未遭到攻击时信息节点总数； N'是信息网在遭到攻击后存活的节点 数。 4.根据权利要求1所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 步骤6中， 所述虚拟节点防御环是基于信息网边界而设立的一个环形防御体 系， 在环上分布有 预设数量的虚拟节 点， 当电网信息物理系统遭受攻击时， 防御环上的虚拟 节点首先受到攻击， 当防御环上的节点受到攻击时向系统预警， 做好切换拓扑的准备。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114398591 A 25.根据权利要求1所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 步骤7中， 具体过程如下： S701系统预警后系统备用的中央控制节点开始工作， 系统由以前的主从控制切换到协 同控制， 实现拓扑的切换； S702切换后系统若能维持系统的正常运行则向管理人员发出信号采取相应的措施； S703切换后若不能满足系统控制要求， 让分布式控制节点开始工作实现系统的集中分 布式控制。 6.根据权利要求5所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 所述中央控制节点包括主控制节点和备用控制节点； 当未遭到攻击主控制 工 作， 备用控制节点待工作； 当遭到攻击后， 两个中央控制节点都处在工作状态， 系统中节点 只要满足预设的条件就能正常工作。 7.根据权利要求6所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 所述满足预设的条件具体是指： (1)信息网中的节点相互依存的电网节点存活； (2)信息网中的节点只要存在于主控制节点或备用控制节点的最大 连通域中。 8.根据权利要求5所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 所述分布式控制节点只能够控制距分布式控制节点跳数小于一个定值的节 点， 分布式控制节点能够减小系统遭受的损失。 9.根据权利要求5所述的一种基于节点脆弱性的电网信息物理系统主被动防御方法， 其特征在于： 所述控制包括 三种方式： (1)主从控制： 只有一个主控制中央控制节点工作； (2)协同控制： 主控制和备用中央控制节点都处于 工作状态； (3)集中分布式控制： 在协同控制的基础上分布式控制节点 也处于工作状态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114398591 A 3