一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法
【专利摘要】本发明提供一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，通过根据层次分析法建立电力信息物理系统的态势综合评判指标体系；对系统的安全威胁事件进行检测统计，得到各安全威胁事件的实时检测统计量；计算得到安全威胁态势综合评判值；根据安全威胁态势综合评判值对发生的高危害性安全威胁进行实时告警。本发明提出的方法首次从宏观层面展示ECPS的安全状况，明确了ECPS安全威胁态势综合评判的输入量与输出量之间的映射关系及对ECPS安全稳定运行的影响并提升了ECPS安全防护的目的性；有效提升针对各类高危害性安全威胁进行安全防护的目的性，有助于从整体层面改善ECPS的运行状况，保障其安全稳定运行。
【专利说明】
一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力信息物理系统及网络信息安全领域，具体涉及一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法。
【背景技术】
[0002]当前，电力信息物理系统(Electric Cyber Physical Systems，ECPS)的研究与建设飞速发展，已经深刻变革了传统电力系统的工作方式。越来越多分布式、间歇式新能源被广泛应用于电力系统，并且大量的信息通信设备被应用于电力系统的数据量测、仿真分析、优化控制等领域，实现了信息流与能量流的双向互动。但是电力信息物理系统的安全问题却日益突出，越来越多的安全威胁时刻干扰着电力信息物理系统的安全稳定运行，特别是近几年由信息威胁引发的跨空间级联故障迭起，严重危害了电力信息物理系统的正常工作，如“北美8.14大停电”、伊朗震网病毒事件、乌克兰电网遭恶意攻击停运等事故等。因此，亟需一种能够对电力信息物理系统运行安全状况进行宏观评判的技术手段，以便于实时掌握其安全状况，并对高危害性安全威胁进行实时告警。
[0003]现有的宏观运行安全状况分析技术为信息空间中的安全态势感知技术与电网安全性评估技术。其中信息空间的安全态势感知技术主要的目的是，依据对各类信息安全威胁进行实时检测结果来评判当前信息空间的整体安全态势。利用层次分析法、图论、贝叶斯网络等智能化评估算法构造包含各种信息安全威胁权重的评估指标体系，并将各种信息安全威胁的实时发生次数与其对应的权重加权求和以得到实时信息安全威胁态势值，并利用信息安全威胁态势值来描述信息空间的宏观安全状况。而电网安全性评估技术以电力系统潮流仿真计算为核心技术，通过计算电网实时的潮流变化，发现实时发生的电力系统故障，并分析其对电网暂态稳定的影响，以发现安全隐患，进而确定相应的处理方式。
[0004]而ECPS中的安全威胁除了信息威胁、电力系统故障之外，还有由信息威胁引发的跨空间连锁电力系统故障，该类故障较为特殊，其故障源头在信息空间，故障的最终影响点在电力系统，其产生和传播过程跨越了信息空间和电力系统，故其危害性要远高于其他两类安全威胁。
[0005]由上述分析可见，在当前的ECPS运行状况安全性分析技术中，各种安全性分析技术只是针对某一具体层面的安全威胁进行评估且相互之间缺乏关联关系，如安全态势感知技术只面向信息空间安全问题，电网安全性评估技术只适用于电力系统，缺少一种能够实现针对ECPS全域安全性进行宏观评判的方法。
[0006]因此亟需提出一种能够适用于ECPS全域，并能够对其中各类安全威胁进行综合评判的评估技术。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供的一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，该方法首次从宏观层面展示ECPS的安全状况，明确了ECPS安全威胁态势综合评判的输入量与输出量之间的映射关系及对ECPS安全稳定运行的影响并提升了 ECPS安全防护的目的性;有效提升针对各类高危害性安全威胁进行安全防护的目的性，有助于从整体层面改善ECPS的运行状况，保障其安全稳定运行。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]—种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，所述方法用层次分析法对电力信息物理系统的全域安全威胁态势进行综合评判，所述方法包括如下步骤:
[0010]步骤1.根据层次分析法建立所述电力信息物理系统的态势综合评判指标体系；
[0011]步骤2.对所述电力信息物理系统的安全威胁事件进行实时检测统计，得到各所述安全威胁事件的实时检测统计量；
[0012]步骤3.将所述安全威胁事件的实时检测统计量输入所述态势综合评判指标体系，计算得到安全威胁态势综合评判值；
[0013]步骤4.根据所述安全威胁态势综合评判值对发生的高危害性安全威胁进行实时生敬口目。
[0014]优选的，所述步骤I包括:
[0015]1-1.将所述电力信息物理系统的全部安全威胁事件设定为所述态势综合评判指标体系的输入量，将安全威胁态势综合评判值设定为所述态势综合评判指标体系的输出量，完成建立所述电力信息物理系统的态势综合评判指标体系的建立；
[0016]1-2.计算得到所述电力信息物理系统的各所述安全威胁事件的危害性权重。
[0017]优选的，所述1-1包括:
[0018]根据所述层次分析法将所述安全威胁态势综合评判指标体系自下而上划分为指标层、准则层和目标层；
[0019]其中，指标层包括各类所述安全威胁事件；
[0020]所述准则层由多层构成、且所述准则层包括各类所述安全威胁事件的特征;各类所述安全威胁事件的特征根据其危害性在所述准则层中划分为危害性强事件、危害性中事件或危害性弱事件；
[0021 ]所述目标层包括所述安全威胁态势综合评判值。
[0022]优选的，所述1-2包括:
[0023]a.对所述电力信息物理系统中各类所述安全威胁事件进行危害性权重初始赋值；
[0024]b.确定所述安全威胁态势综合评判指标体系中每层所包括的指标之间的两两判断矩阵并求解所述判断矩阵的特征向量;并以所述特征向量作为每层的各指标相对上一层指标的影响系数；
[0025]c.用加权求和的方法逐层确定各种所述安全威胁时间对所述电力信息物理系统安全威胁态势综合评判的危害性权重，其中，各类所述安全威胁事件的危害性权重值与其对所述电力信息物理系统的危害程度成正比。
[0026]优选的，所述步骤2中的所述安全威胁事件的实时检测统计量包括:信息威胁检测结果、电力系统故障检测结果及跨空间级联故障检测结果。
[0027]优选的，所述步骤3包括:
[0028]3-1.将所述安全威胁事件的实时检测统计量输入所述态势综合评判指标体系；
[0029]3-2.将所述安全威胁事件的实时检测统计量与所述述安全威胁事件的危害性权重相乘后求和，得到安全威胁态势综合评判值。
[0030]优选的，所述步骤4包括:
[0031]4-1.根据所述安全威胁态势综合评判值得到所述电力信息物理系统的宏观运行安全状况并进行宏观安全状况告警;其中，所述安全威胁态势综合评判值与所述电力信息物理系统的宏观运行安全性成反比；
[0032]4-2.对发生的所述安全威胁事件特征的类别为强的所述安全威胁事件，进行高危害性安全威胁实时告警。
[0033]从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，通过根据层次分析法建立电力信息物理系统的态势综合评判指标体系;对系统的安全威胁事件进行检测统计，得到各安全威胁事件的实时检测统计量;计算得到安全威胁态势综合评判值;根据安全威胁态势综合评判值对发生的高危害性安全威胁进行实时告警。本发明提出的方法首次从宏观层面展示ECPS的安全状况，明确了ECPS安全威胁态势综合评判的输入量与输出量之间的映射关系及对ECPS安全稳定运行的影响并提升了ECPS安全防护的目的性;有效提升针对各类高危害性安全威胁进行安全防护的目的性，有助于从整体层面改善ECPS的运行状况，保障其安全稳定运行。
[0034]与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果:
[0035]1、本发明所提供的技术方案中，基于层次分析法的ECPS安全威胁态势综合评判方法，对各类安全威胁的危害性进行了精确评价，并可对ECPS的宏观安全状况进行全面、准确的评价及告警，有效指导运维人员采取针对性防护措施，保障ECPS安全稳定运行。
[0036]2、本发明所提供的技术方案，首次提出了基于层次分析法(Analytic HierarchyProcess，AHP)的ECPS安全威胁态势综合评判方法，从宏观层面展示ECPS的安全状况。
[0037]3、本发明所提供的技术方案，首次建立了层次化的态势综合评判指标体系，明确了ECPS安全威胁态势综合评判的输入量与输出量之间的映射关系。该体系自下而上分别为“指标层”、“准则层”和“目标层”，以各类安全威胁作为指标层，以各类安全威胁的特征构造准则层，并在准则层中依照各类安全威胁的危害性进行归类，分成“强”、“中”和“弱”三类，以安全威胁态势综合评判值作为目标层。
[0038]4、本发明所提供的技术方案，首次提出了各类安全威胁危害性权重的计算方法，明确了其对ECPS安全稳定运行的影响。
[0039]5、本发明所提供的技术方案，首次结合ECPS安全威胁检测技术和安全威胁态势综合评判技术，对“强”类别安全威胁进行实时检测、及时告警，提升了 ECPS安全防护的目的性。
[0040]6、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0041]图1是本发明的一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法的流程图；
[0042]图2是本发明的评判方法中步骤I的流程示意图；
[0043]图3是本发明的评判方法中步骤3的流程示意图；
[0044]图4是本发明的评判方法中步骤4的流程示意图；
[0045]图5是本发明的具体应用例中的基于层次分析法的ECPS安全威胁态势综合评判方法的工作流程图；
[0046]图6是本发明的具体应用例中的层次化安全威胁态势综合评判指标体系的结构示意图；
[0047]图7是本发明的具体应用例中的安全威胁态势综合评判值的计算过程示意图。
【具体实施方式】
[0048]下面将结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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0049]如图1所示，本发明提供一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，方法用层次分析法对电力信息物理系统的全域安全威胁态势进行综合评判，包括如下步骤:
[0050]步骤1.根据层次分析法建立电力信息物理系统的态势综合评判指标体系；
[0051]步骤2.对电力信息物理系统的安全威胁事件进行实时检测统计，得到各安全威胁事件的实时检测统计量；
[0052]步骤3.将安全威胁事件的实时检测统计量输入态势综合评判指标体系，计算得到安全威胁态势综合评判值；
[0053]步骤4.根据安全威胁态势综合评判值对发生的高危害性安全威胁进行实时告警。
[0054]如图2所示，步骤I包括:
[0055]1-1.将电力信息物理系统的全部安全威胁事件设定为态势综合评判指标体系的输入量，将安全威胁态势综合评判值设定为态势综合评判指标体系的输出量，完成建立电力信息物理系统的态势综合评判指标体系的建立；
[0056]1-2.计算得到电力信息物理系统的各安全威胁事件的危害性权重。
[0057]其中，1-1包括:
[0058]根据层次分析法将安全威胁态势综合评判指标体系自下而上划分为指标层、准则层和目标层；
[0059]其中，指标层包括各类安全威胁事件；
[0060]准则层由多层构成、且准则层包括各类安全威胁事件的特征;各类安全威胁事件的特征根据其危害性在准则层中划分为危害性强事件、危害性中事件或危害性弱事件；[0061 ]目标层包括安全威胁态势综合评判值。
[0062]其中，1-2包括:
[0063]a.对电力信息物理系统中各类安全威胁事件进行危害性权重初始赋值；
[0064]b.确定安全威胁态势综合评判指标体系中每层所包括的指标之间的两两判断矩阵并求解判断矩阵的特征向量;并以特征向量作为每层的各指标相对上一层指标的影响系数；
[0065]c.用加权求和的方法逐层确定各种安全威胁时间对电力信息物理系统安全威胁态势综合评判的危害性权重，其中，各类安全威胁事件的危害性权重值与其对电力信息物理系统的危害程度成正比。
[0066]其中，步骤2中的安全威胁事件的实时检测统计量包括:信息威胁检测结果、电力系统故障检测结果及跨空间级联故障检测结果。
[0067]如图3所示，步骤3包括:
[0068]3-1.将安全威胁事件的实时检测统计量输入态势综合评判指标体系；
[0069]3-2.将安全威胁事件的实时检测统计量与述安全威胁事件的危害性权重相乘后求和，得到安全威胁态势综合评判值。
[0070]如图4所示，步骤4包括:
[0071]4-1.根据安全威胁态势综合评判值得到电力信息物理系统的宏观运行安全状况并进行宏观安全状况告警;其中，安全威胁态势综合评判值与电力信息物理系统的宏观运行安全性成反比；
[0072]4-2.对发生的安全威胁事件特征的类别为强的安全威胁事件，进行高危害性安全威胁实时告警。
[0073]本发明提供一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法的具体应用例，如下:
[0074]通过建立基于层次分析法建立的态势综合评判指标体系，得到各类安全威胁的危害性权重，进而将各类安全威胁的实时检测统计量输入态势综合评判指标体系，得到安全威胁态势综合评判值，并利用安全威胁态势综合评判值反映ECPS的宏观运行安全状况，并对发生的高危害性安全威胁进行实时告警。本发明的技术方案涉及的一种基于层次分析法的电力信息物理系统安全威胁态势综合评判方法，其特征是所述方法包含以下步骤，如图5所示:
[0075]步骤1:基于层次分析法建立安全威胁态势综合评判指标体系。所述步骤I由以下步骤组成:
[0076]步骤1.1:建立层次化的安全威胁态势综合评判指标体系架构。首先，确定安全威胁态势综合评判指标体系的输入量和输出量，设定各类安全威胁的实时检测结果作为输入量，安全威胁态势综合评判值作为输出量；
[0077]进而，依据层次分析法将安全威胁态势综合评判指标体系自下而上划分为“指标层”、“准则层”和“目标层”，其中准则层可由多层构成，以各类安全威胁作为指标层，以各类安全威胁的特征构造准则层，并在准则层中依照各类安全威胁的危害性进行归类，分成“强”、“中”和“弱”三类，以安全威胁态势综合评判值作为目标层，如图6所示；
[0078]步骤1.2:计算各类安全威胁的危害性权重。先对ECPS中各类安全威胁进行危害性权重初始赋值，再确定安全威胁态势综合评判指标体系中每层所有的指标之间的两两判断矩阵并求解判断矩阵的特征向量，并以特征向量作为每层的各指标相对上一层指标的影响系数，最后用加权求和的方法逐层确定各种安全威胁对ECPS安全威胁态势综合评判的最终危害性权重，各类安全威胁的权重值正比于其对ECPS的危害程度。
[0079]步骤2:将ECPS安全威胁检测结果(包括信息威胁检测结果、电力系统故障检测结果、跨空间级联故障检测结果等三类数据)，输入到态势综合评判指标体系，与其在安全威胁态势综合评判指标体系中的最终危害性权重相乘并最终求和，以得到实时的ECPS安全威胁态势综合评判值，如图7所示。
[0080]步骤3:ECPS宏观安全状况告警和高危害性安全威胁告警。所述步骤3由以下步骤组成:
[0081 ]步骤3.1:宏观安全状况告警。根据计算得到的安全威胁态势评价值评判ECPS的整体安全性，态势值越高则安全性越弱，反之态势值越低则安全性越高。
[0082]步骤3.2:高危害性安全威胁告警。依据ECPS安全威胁检测结果和安全威胁态势综合评判结果，对已发生的“强”类别安全威胁进行实时告警。
[0083]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于电力信息物理系统的安全威胁态势综合评判方法，其特征在于，所述方法用层次分析法对电力信息物理系统的全域安全威胁态势进行综合评判，所述方法包括如下步骤: 步骤1.根据层次分析法建立所述电力信息物理系统的态势综合评判指标体系； 步骤2.对所述电力信息物理系统的安全威胁事件进行实时检测统计，得到各所述安全威胁事件的实时检测统计量； 步骤3.将所述安全威胁事件的实时检测统计量输入所述态势综合评判指标体系，计算得到安全威胁态势综合评判值； 步骤4.根据所述安全威胁态势综合评判值对发生的高危害性安全威胁进行实时告警。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I包括: 1-1.将所述电力信息物理系统的全部安全威胁事件设定为所述态势综合评判指标体系的输入量，将安全威胁态势综合评判值设定为所述态势综合评判指标体系的输出量，完成建立所述电力信息物理系统的态势综合评判指标体系的建立； 1-2.计算得到所述电力信息物理系统的各所述安全威胁事件的危害性权重。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述1-1包括: 根据所述层次分析法将所述安全威胁态势综合评判指标体系自下而上划分为指标层、准则层和目标层； 其中，指标层包括各类所述安全威胁事件； 所述准则层由多层构成、且所述准则层包括各类所述安全威胁事件的特征;各类所述安全威胁事件的特征根据其危害性在所述准则层中划分为危害性强事件、危害性中事件或危害性弱事件； 所述目标层包括所述安全威胁态势综合评判值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述1-2包括: a.对所述电力信息物理系统中各类所述安全威胁事件进行危害性权重初始赋值； b.确定所述安全威胁态势综合评判指标体系中每层所包括的指标之间的两两判断矩阵并求解所述判断矩阵的特征向量;并以所述特征向量作为每层的各指标相对上一层指标的影响系数； c.用加权求和的方法逐层确定各种所述安全威胁时间对所述电力信息物理系统安全威胁态势综合评判的危害性权重，其中，各类所述安全威胁事件的危害性权重值与其对所述电力信息物理系统的危害程度成正比。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的所述安全威胁事件的实时检测统计量包括:信息威胁检测结果、电力系统故障检测结果及跨空间级联故障检测结果。6.如权利要求2或4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括: 3-1.将所述安全威胁事件的实时检测统计量输入所述态势综合评判指标体系； 3-2.将所述安全威胁事件的实时检测统计量与所述述安全威胁事件的危害性权重相乘后求和，得到安全威胁态势综合评判值。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括: 4-1.根据所述安全威胁态势综合评判值得到所述电力信息物理系统的宏观运行安全状况并进行宏观安全状况告警;其中，所述安全威胁态势综合评判值与所述电力信息物理系统的宏观运行安全性成反比； 4-2.对发生的所述安全威胁事件特征的类别为强的所述安全威胁事件，进行高危害性安全威胁实时告警。
【文档编号】G06Q10/06GK105844425SQ201610219201
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】王宇飞, 高昆仑, 赵婷
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司