一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，包括构建网络攻击下基于分布式二层控制的直流微电网模型，构建基于分散式滑模观测器的控制器，获取所述直流微电网模型的输入输出，利用所述分散式滑模观测器实时得到估计攻击信号，在发生FDI攻击时利用基于分散式滑模观测器的控制器输出的补偿量对分布式二层控制进行补充，实现母线电压恢复及电流输出分配。本发明专利技术能够抵消FDI攻击的影响，不仅能实现母线电压的恢复，也能实现输出电流的精确分配。电流的精确分配。电流的精确分配。

【技术实现步骤摘要】
一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法


[0001]本申请属于微电网安全
，具体涉及一种基于分散式滑模观测器对直流微电网虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击的检测与恢复方法，能够解决FDI攻击问题，提高微电网的安全性。

技术介绍

[0002]微电网将可再生能源、储能系统和本地负荷整合在一起，形成中低压小范围的新型电力系统。与交流微电网相比，直流微电网能更可靠、高效地供电且不产生无功功率，因此更具优越性。为实现分布式发电机(distributed generation,DG)的能量管理，直流微电网主流控制策略是由三层控制网络组成的分层控制方案。一层控制中最常见的就是下垂控制方法，仅需设置下垂系数就可实现电流分配。分布式二层控制中每个控制器都与邻居之间有通讯，能实现有效的信息共享，补偿下垂控制造成的电压偏差。三层控制考虑经济调度问题。
[0003]由直流微电网构成的信息物理系统借助强大的计算资源和通信能力，增强了物理过程和网络基础结构的集成能力。由于在信息物理系统中使用的开放共享网络层具有一定脆弱性，加之分布式控制器之间的信息是通过稀疏通信网络进行传输的，因此网络层更易遭受攻击。FDI攻击通过篡改数据的手段更为简单高效，且更具迷惑性。先有的方法大多没有从被动防御的角度出发防御FDI攻击，其余方法均有实施上的不合理性或局限性。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术难以满足微电网安全要求的不足，本专利技术提供了一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法。该方法能在有限时间内消除FDI攻击的影响。通过对系统稳定性分析，从理论分析上证明了方法的有效性和稳定性，并通过仿真证实了算法的有效性和稳定性。
[0005]为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
[0006]一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，所述针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，包括：
[0007]S1、构建网络攻击下基于分布式二层控制的直流微电网模型；
[0008]S2、构建基于分散式滑模观测器的控制器，包括：
[0009]取分散式滑模观测器如下式所示：
[0010][0011][0012]式中，n
i1
,n
i2
,L
i
∈R
+
为观测器参数，sign(
·
)为符号函数，v
i
为中间变量，为f
i
的
估计值，即估计攻击信号，f
i
为第i个分布式发电机受到的FDI攻击，为u
i
的估计值，u
i
为第i个分布式发电机的二层控制输出的电压，为第i个分布式发电机受到攻击后的二层控制输出的电压，为v
i
的导数，为的导数，为第i个分布式发电机的积分控制系数，α
i
为第i个分布式发电机的增益系数，e
V
为压差且e
V
＝V
*
‑
V
b
，V
b
为母线电压，V
*
为标称电压；
[0013]因此设计基于分散式滑模观测器的控制器如下式所示：
[0014][0015]式中，为基于分散式滑模观测器的控制器针对第i个分布式发电机输出的补偿电压；
[0016]S3、获取所述直流微电网模型的输入输出，利用所述分散式滑模观测器实时得到估计攻击信号；
[0017]S4、将所述估计攻击信号和预设的攻击阈值比较，判断是否发生FDI攻击，若发生FDI攻击则执行步骤S5，否则返回执行步骤S3；
[0018]S5、利用基于分散式滑模观测器的控制器输出的补偿电压对分布式二层控制进行补充，实现母线电压恢复及电流输出分配。
[0019]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0020]作为优选，所述直流微电网模型的构建包括：
[0021]S11、将第i个分布式发电机的二层控制输出电压u
i
加入到一层控制中解决电压偏差问题，得到一层控制的动力学模型为：
[0022]V
b
＝V
*
‑
(R
i
+k
i
)I
i
+u
i
[0023]式中，R
i
为第i个分布式发电机的线电阻，k
i
为第i个分布式发电机的下垂系数，I
i
为第i个分布式发电机的输出电流；
[0024]S12、设计分布式二层控制的动力学模型为：
[0025][0026]式中，P
i
为中间变量，为中间变量，表示第i个分布式发电机的邻居集合，β
i
为第i个分布式发电机的增益系数，u
j
为邻居集合中第j个邻居分布式发电机的二层控制输出的电压；
[0027]S13、第j个邻居分布式发电机遭到攻击后u
j
可表示为：
[0028][0029]式中，为遭到攻击后的第j个邻居分布式发电机二层控制输出的电压，γ
j
是攻击偏置值；
[0030]定义FDI攻击f
i
为：
[0031][0032]因此得到FDI攻击下的分布式二层控制的方程如下所示：
[0033][0034][0035]式中，为第i个分布式发电机发生攻击且由基于分散式滑模观测器的控制器补偿后二层控制输出的电压，为第i个分布式发电机发生攻击后二层控制输出的电压。
[0036]作为优选，所述符号函数sign(x)的定义如下：
[0037][0038]式中，x为符号函数的输入。
[0039]本申请提供的针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，构建网络攻击下基于分布式二层控制的直流微电网模型。对攻击下的直流微电网进行分析，构建分散式滑模观测器，实时估计攻击信号。将估计攻击信号和设计的阈值比较，判断是否发生FDI攻击。判断发生攻击后利用基于分散式滑模观测器的控制器输出的补偿量对二层控制进行补偿。最终实现母线电压恢复及电流输出精确分配。
[0040]本专利技术的有益效果主要表现在：将基于滑模观测器的控制器与分布式二次控制器相结合，对FDI攻击进行防御。该控制器不仅具有响应速度快、瞬态性能好等特点，而且对不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性，仅需二层控制器拥有的本地信息，而不需要其他如邻居信息等额外信息实现控制目标。能够抵消FDI攻击的影响，不仅能实现母线电压的恢复，也能实现输出电流的精确分配。
附图说明
[0041]图1是本申请针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，其特征在于，所述针对FDI攻击的直流微电网攻击检测与恢复方法，包括：S1、构建网络攻击下基于分布式二层控制的直流微电网模型；S2、构建基于分散式滑模观测器的控制器，包括：取分散式滑模观测器如下式所示：取分散式滑模观测器如下式所示：取分散式滑模观测器如下式所示：式中，n
i1
,n
i2
,L
i
∈R
+
为观测器参数，sign(
·
)为符号函数，v
i
为中间变量，为f
i
的估计值，即估计攻击信号，f
i
为第i个分布式发电机受到的FDI攻击，为u
i
的估计值，u
i
为第i个分布式发电机的二层控制输出的电压，为第i个分布式发电机受到攻击后的二层控制输出的电压，为v
i
的导数，为的导数，为第i个分布式发电机的积分控制系数，α
i
为第i个分布式发电机的增益系数，e
V
为压差且e
V
＝V
*
‑
V
b
，V
b
为母线电压，V
*
为标称电压；因此设计基于分散式滑模观测器的控制器如下式所示：式中，为基于分散式滑模观测器的控制器针对第i个分布式发电机输出的补偿电压；S3、获取所述直流微电网模型的输入输出，利用所述分散式滑模观测器实时得到估计攻击信号；S4、将所述估计攻击信号和预设的攻击阈值比较，判断是否发生FDI攻击，若发生FDI攻击则执行步骤S5，否则返回执行步骤S3；S5、利用基于分散式滑模观测器的控制器输出的补偿电压对分布式二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭方洪，郑祥康，吴祥，董辉，陈博，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：