申请/专利权人：燕山大学

申请日：2022-12-22

公开（公告）日：2024-03-01

公开（公告）号：CN116094769B

主分类号：H04L9/40

分类号：H04L9/40;H02J13/00;G06F21/55

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.01#授权;2023.05.26#实质审查的生效;2023.05.09#公开

摘要：本发明提出一种抵御虚假数据注入攻击的港口微电网控制方法，属于微电网安全技术领域，包括构建FDI攻击下基于分布式二次控制的港口微电网模型，构建基于扩张状态观测器的二次控制器，将攻击信号扩张为系统状态得到增广系统，利用提出的扩张状态观测器实时估计攻击信号，在发生FDI攻击时利用提出的二次控制器对攻击补偿，实现港口微电网的频率、电压恢复以及功率分配。本发明能够对系统所受FDI攻击进行实时估计，能够抵御攻击的消极影响，保证了港口微电网系统的稳定运行。

主权项：1.一种抵御虚假数据注入攻击的港口微电网控制方法，其特征在于，所述方法包括港口微电网的分层控制模型，基于分层控制模型的虚假数据注入攻击模型和基于扩张状态观测器的分布式弹性控制策略，以实现虚假数据注入攻击下的港口微电网总线频率、电压恢复以及输出功率按比例分配；港口微电网的分层控制模型，基于分层控制模型的虚假数据注入攻击模型和基于扩张状态观测器的分布式弹性控制策略，以实现虚假数据注入攻击下的港口微电网总线频率、电压恢复以及输出功率按比例分配具体为:1.根据dq变换得到电压电流分量计算每个分布式电源的输出功率；2.通过一次控制级的下垂控制器控制输出功率得到内环电压电流控制器的给定输入值；3.内环电压电流控制器通过PI控制器生成PWM调制信号控制逆变器输出频率和电压幅值跟踪给定输入值；4.通过传感器测量得到分布式电源逆变器的输出功率和频率、电压值，其通过基于通信网络的二次控制器生成频率、电压辅助控制输入，辅助控制输入下发执行器产生频率、电压控制补偿项改变下垂控制器输出的给定输入值为额定值；5.考虑虚假数据注入攻击分别发生在传感器和执行器，分别破坏频率、电压和功率测量结果以及辅助控制输入，最终破坏逆变器输出值；6.设计扩张状态观测器估计分布式电源逆变器输出频率、电压和功率以及攻击信号；7.引入虚拟变量为每个分布式电源对参考信息的估计，基于估计的攻击信号、状态信号和虚拟变量设计了分布式弹性控制协议，以实现虚假数据注入攻击下的港口微电网总线频率、电压恢复以及输出功率按比例分配；所述港口微电网的分层控制模型，包括：基于下垂控制和一致性算法获得DERs的频率、电压表达式如式1所示： 其中，和分别作为内环控制的频率和电压参考值，实时频率和电压通过双回路控制和脉宽调制PWM跟踪参考值，ωref和vref分别为港口微电网系统运行的额定频率与额定电压，mi和ni分别为第i个DER的p～f与q～v下垂控制系数，δ1i和δ2i分别为第i个DER的频率和电压控制的校正值，是二次控制器的输出： 其中，uωi作为频率恢复控制率表示DER频率的变化速率；upi为有功功率分配控制率表示有功功率分配的变化速率；δωi表示由uωi生成的校正值分量；δpi是由upi生成的校正值分量；同理，式3中的各个变量含义为电压控制对应的控制率和校正值分量；控制率是基于稀疏通信网络的分布式二次控制率，分别为： 其中，aij表示第i个DER与第j个DER的的连通情况，当前者获取后者的信息时，aij＞0，否则aij＝0；bi0表示第i个DER获取参考值信息的情况，当且仅当第i个DER被选择为固定的DER以访问参考信息时，bi0＞0，否则，bi0＝0；ωref,vref,分别为微电网系统的频率、有功功率分配、电压和无功功率分配参考值；所述虚假数据注入攻击模型包括：当第i个DER的传感器被攻击时，攻击者的目标是破坏传感器得到的频率、电压以及功率信息的测量值，将注入虚假数据的测量值通过通信网络传播，传感器攻击被建模为： 其中，和分别是频率恢复控制和有功功率分配控制攻击者注入传感器的虚假数据，为导数有界信号；和分别是电压恢复控制和有功功率分配控制攻击者注入传感器的虚假数据，为导数有界信号；当第i个DER的执行器被攻击时，攻击者的目标是破坏反馈控制信号，执行器攻击被建模为： 其中，和分别是频率恢复控制和有功功率分配控制攻击者注入执行器的虚假数据，为导数有界信号；和分别是电压恢复控制和有功功率分配控制攻击者注入执行器的虚假数据，为导数有界信号；所述基于扩张状态观测器的分布式弹性控制策略，过程如下：首先引入虚拟变量ξωi和ξpi，为控制器的内部变量，以每个DER的角度看是对参考信息的估计，作为频率分布式弹性控制策略一部分的虚拟变量ξωi和ξpi的动态为： 定义中间变量则分散式的扩张状态观测器为： 其中，和分别是频率ωi和有功功率标准值的观测值，和分别是校正值分量δωi和的观测值，和分别为注入传感器的攻击信号和的观测值，和分别为注入执行器的攻击信号和的观测值，频率恢复控制与有功功率分配控制的校正值方程形式仍为2中形式；Fωi,Gωi,Gpi,Hωi,Hpi是ESO的增益；通过估计攻击信号，利用估计值设计的弹性控制率为： 其中Kωi,Kpi是控制器增益；同理定义中间变量电压控制的分布式弹性控制策略为： 其中，和分别是电压vi和无功功率标准值的观测值，和分别是校正值分量δvi和的观测值，和分别为注入传感器的攻击信号和的观测值，和分别为注入执行器的攻击信号和的观测值，电压恢复控制与无功功率分配控制的校正值方程形式仍为3中形式；Fvi,Gvi,Gqi,Hvi,Hqi是ESO的增益；ξvi和ξqi是引入的虚拟变量，为控制器的内部变量，以每个DER的角度看是对参考信息的估计，作为电压分布式弹性控制策略一部分的虚拟变量ξvi和ξqi的动态为： 通过估计攻击信号，利用估计值设计的弹性控制率为： 其中，Kvi,Kqi是控制器增益。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 燕山大学 一种抵御虚假数据注入攻击的港口微电网控制方法

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