欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞ 负载频率控制方法，包括以下步骤：S1、分析具有电动汽车参与的电力系统二次变频和一次变频的负载频率控制问题，建立系统模型的状态方程；S2、设计缓存器型事件触发机制，建立存在延迟条件下的控制器，根据S1建立存在控制器的网络系统模型状态方程；S3、设计欺骗攻击发生条件，根据S2建立网络控制系统模型的状态方程；S4、计算S3中网络控制系统均方渐近稳定的充分条件，实现系统负载频率控制。在相同的网络环境、相同的欺骗攻击下，与传统方法相比，本发明专利技术方法可以帮助系统抵抗更强烈的欺骗攻击，且本发明专利技术方法具有超调量低、稳定时间短的优点，可以获得更好的控制效果。

H_ Load Frequency Control Method Based on Buffer Event Trigger Scheme for Power System under Deception Attacks

The invention proposes an H_ load frequency control method based on buffer event triggering scheme for power system under deception attack, which includes the following steps: S1, analyzing load frequency control problems of secondary and primary frequency conversion of power system with electric vehicle participation, establishing state equation of system model; S2, designing buffer event triggering mechanism, and establishing delay. Under the condition, the controller establishes the state equation of the network system model with the controller according to S1, designs the condition of deception attack, establishes the state equation of the network control system model according to S2, and calculates the sufficient condition of the mean square asymptotic stability of the network control system in S3 to realize the load frequency control of the system. Under the same network environment and the same deception attack, compared with the traditional method, the method of the invention can help the system resist stronger deception attack, and the method of the invention has the advantages of low overshoot and short stabilization time, and can obtain better control effect.

【技术实现步骤摘要】
欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法
本专利技术涉及一种基于新型的事件触发机制的电力系统负载频率控制方法，属于电力网络系统控制

技术介绍
现在的电力系统是一种典型的网络控制系统，其中的传感器、电厂、控制中心通过大范围的通讯设施联结，为了抑制负载波动引起的电力频率不稳，负载频率控制(LFC)得到了广泛、有效地应用。近来，随着电动汽车(EVs)技术的飞速发展，电动汽车已经成为很多消费者眼中取代燃料汽车的首选，因此，电动汽车辅助的负载频率控制吸引了大量学者的研究。通过设计合适的反馈控制器，LFC在电动汽车的辅助下，可以使系统的频率保持一个期望值，并且系统稳定。电力系统由于易受外界开放网络环境的干扰，面临许多挑战，如网络时延、数据包丢失、网络攻击等。近年来，许多研究者开始关注如何解决这些问题，大多数已发表的解决方法都采用了时间触发方案，即传感器对输出进行周期性采样，并立即将其发送给控制器。因为采样周期是根据最坏情况选择的，如受干扰、不确定性、网络时延和其他条件，采样周期必须谨慎选择，结果太多“不必要”的采样数据被发送到通讯信道，这样就会增加计算负担和占用带宽，恶化网络条件。为了克服时间触发机制的不足，研究者提出了事件触发方案。事件触发方案只发送违反触发条件的信号从而丢弃许多不必要的信号。事件触发方案中触发条件至关重要，决定着哪种信号应该发送。目前，研究者提出了许多优秀的事件触发方案，如完全事件触发方案、事件触发采样方案、混合事件触发、动态事件触发、周期/离散事件触发、自适应事件触发、分布式事件触发等等。然而，当前几乎所有的事件触发机制都是仅仅基于最新时刻的采样和上一次释放的数据进行比较的，比如，其中x(t)是最新信号，x(tk)是最近的上一次信号。实际上，这种触发条件有很大的局限性，历史释放信号中也有部分对新采集的信号是否释放有着积极影响，尤其是当系统受到持续干扰的时候。因此，如何设计基于最新释放的数据包与一些最近释放的数据包的合适的事件触发条件，是一个很有意义的研究方向。网络控制系统(NCSs)中的信号传输是通过公用、未受保护的网络进行的，非常易受各类网络攻击。网络攻击可能导致信号泄露、基础设施损坏，甚至是人身安全威胁。因此，作为网络系统中重要的一环——NCSs的安全问题，已经引起了越来越多的关注。欺骗攻击是最重要的网络攻击之一，它通过修改数据的内容来破坏数据的完整性。近年来，人们越来越多地关注欺骗攻击的探索，比如，有研究者研究了远程状态估计的最优线性欺骗攻击；有人提出了一种针对具有欺骗攻击的时变系统的方差约束分布式滤波设计方法；也有人设计了一种混合驱动的H∞滤波器来防御欺骗攻击。电动汽车作为一种典型的网络控制系统，由于LFC，在与电力系统进行连接时，也容易受到恶意攻击。然而目前电力系统LFC的网络攻击问题并没有得到很好的研究。
技术实现思路
本专利技术提供了一种欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，使用缓存器事件触发方案(METS)来处理欺骗攻击下电力系统的H∞负载频率控制问题，分别设计了两个队列缓存器，放置在事件生成器节点和控制器端，用于存储一定数量的最近释放的信号。同时考虑了随机发生的欺骗攻击，通过构建缓存器型反馈控制器，利用Lyapunov方程处理可以得到保证系统稳定的充分条件。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，具体包括以下步骤：S1、分析具有电动汽车参与的电力系统二次变频和一次变频的负载频率控制问题，建立系统模型的状态方程；S2、设计缓存器型事件触发机制，建立存在延迟条件下的控制器，根据S1中的状态方程建立存在控制器的网络系统模型状态方程；S3、设计欺骗攻击发生条件，根据S2中的状态方程建立网络控制系统模型的状态方程；S4、计算S3中网络控制系统均方渐近稳定的充分条件，实现系统负载频率控制。进一步的，所述的步骤S1中动态模型的状态方程如下：其中，x(t)为状态变量，x(t)＝[f(t)Xg(t)Pg(t)Pe(t)Δ(t)]T，y(t)为测量输出，y(t)＝[f(t)Δ(t)]T，f(t)表示频率偏差，Xg(t)表示调速阀位置，Pg(t)表示涡轮输出功率，Pe(t)表示电动汽车增量变化，Δ(t)表示频率偏移零稳态误差，Δ(t)＝∫ACE(t)dt，区域误差控制ACE(t)＝bf(t)，u(t)为控制输入，w(t)为干扰量，A,B,Bw,C是适当维数的矩阵，tkh为采样时刻，tk表示采样时刻队列，{tk}＝{t0,t1,...}∈{0,1,...}，h为采样周期，τk为时间延迟，D表示负载阻尼系数，M表示惯性常数，Rg表示调节器下垂特性，Tg表示调速器常数，Tt表示涡轮常数，ρe表示EVs下垂特性，表示EVs增益，Te表示时间常数，b表示频率偏差常数，αg表示热汽轮机，αe表示EVs的调节因数。进一步的，所述的步骤S2具体操作如下：S21、设计缓存器型事件触发条件：其中，l表示从tkh到tk+1h事件触发前的采样周期数目，表示正整数，m表示最近释放的数据包的个数，i＝1,2,…,m，μi表示权重矩阵系数，ei(t)＝x(tkh+lh)-x(tk-i+1h)，Φ为待设计的正定对称比较矩阵，用于判定事件是否触发，σ为可调整的触发参数，S22、系统采用数据采样技术和零阶保持器，对带有电动汽车方案的LFC的测量输出进行采样，然后发送给控制器。为了适应这一点，调整事件触发条件，将公式(3)修改为：其中，y(tkh)表示缓存器存储的输出信号，W＝CTΦC，Cei＝y(tkh+lh)-y(tk-i+1h)。并且事件生成器中的缓存器一次性存储m个最近输出的信号{y(tkh),…,y(tk-m+1h)}。S23、本专利技术系统中，被控对象、控制中心和聚合电动汽车之间的延迟用表示，控制器在间隔之间保持，间隔被认为虚拟划分为若干个子区间其中：当时，定义τ(t)＝t-tkh-lh，很明显τ(t)是个分段函数且表示传输延迟的上界。建立存在延迟条件下的缓存器型控制器，具体公式如下：其中，Ki表示第i个输出信号的控制器反馈增益。S24、根据S1中的状态方程建立存在控制器的网络系统模型状态方程，具体公式如下：其中，φ(t)表示x(t)的初始状态。进一步的，步骤S3中欺骗攻击下网络控制系统模型的状态方程为：其中，θ(t)表示欺骗攻击的发生状态，θ(t)∈{0,1}，fi(y(tk-i+1h))表示攻击信号，且||fi(Cx(tk-i+1h))||2≤||Fi(Cx(tk-i+1h))||2，Fi为常值矩阵。当θ(t)＝0时，表示没有攻击发生；当θ(t)＝1时，表示数据包{y(tkh),…,y(tk-m+1h)}被俘获并被替换为攻击信号{f1(y(tkh)),…,fm(y(tk-m+1h))}。θ(t)的数学期望为：进一步的，引入无穷小运算符对于给定方程V:它的无穷小运算符定义为：其中，F0与B为李群结构常数，S为某一转动变换，ηt表示矩阵函数V中与时间t相关的各参数变量。进一步的，步骤S4的具体操作如下：S41、网络控制系统均方渐近稳定的充分条件为：对于给定的μi、κ、τM、σ、m和Ki,当存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分析具有电动汽车参与的电力系统二次变频和一次变频的负载频率控制问题，建立系统模型的状态方程；S2、设计缓存器型事件触发机制，建立存在延迟条件下的控制器，根据S1中的状态方程建立存在控制器的网络系统模型状态方程；S3、设计欺骗攻击发生条件，根据S2中的状态方程建立网络控制系统模型的状态方程；S4、计算S3中网络控制系统均方渐近稳定的充分条件，实现系统负载频率控制。

【技术特征摘要】
1.欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分析具有电动汽车参与的电力系统二次变频和一次变频的负载频率控制问题，建立系统模型的状态方程；S2、设计缓存器型事件触发机制，建立存在延迟条件下的控制器，根据S1中的状态方程建立存在控制器的网络系统模型状态方程；S3、设计欺骗攻击发生条件，根据S2中的状态方程建立网络控制系统模型的状态方程；S4、计算S3中网络控制系统均方渐近稳定的充分条件，实现系统负载频率控制。2.根据权利要求书1所述的欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中动态模型的状态方程如下：y(t)＝Cx(tkh),t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)其中，x(t)为状态变量，x(t)＝[f(t)Xg(t)Pg(t)Pe(t)Δ(t)]T，y(t)为测量输出，y(t)＝[f(t)Δ(t)]T，f(t)表示频率偏差，Xg(t)表示调速阀位置，Pg(t)表示涡轮输出功率，Pe(t)表示电动汽车增量变化，Δ(t)表示频率偏移零稳态误差，Δ(t)＝∫ACE(t)dt，区域误差控制ACE(t)＝bf(t)，u(t)为控制输入，w(t)为干扰量，A,B,Bw,C是适当维数的矩阵，tkh为采样时刻，tk表示采样时刻队列，{tk}＝{t0,t1,...}∈{0,1,...}，h为采样周期，τk为时间延迟，D表示负载阻尼系数，M表示惯性常数，Rg表示调节器下垂特性，Tg表示调速器常数，Tt表示涡轮常数，ρe表示EVs下垂特性，表示EVs增益，Te表示时间常数，b表示频率偏差常数，αg表示热汽轮机，αe表示EVs的调节因数。3.根据权利要求2所述的欺骗攻击下电力系统基于缓存器型事件触发方案的H∞负载频率控制方法，其特征在于，所述的步骤S2具体操作如下：S21、设计缓存器型事件触发条件：其中，l表示从tkh到tk+1h事件触发前的采样周期数目，表示正整数，m表示最近释放的数据包的个数，i＝1,2,…,m，μi表示权重矩阵系数，μi∈[0,1]且ei(t)＝x(tkh+lh)-x(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦琳楠，王昆玉，田恩刚，张金龙，王檑，周畅，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32