一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，该方法分别构建出DoS攻击情景下和无攻击下微电网负荷频率控制方案，能够使得系统稳定的前提下节约更多的带宽资源。针对受时延影响的算法模型，通过构造高阶Lyapunov能量泛函，求取导数并放缩，将遭受拒绝服务攻击的微电网系统建模为时延系统，将时变时延稳定性判据应用其中，并保证更小的保守性获得了兼顾保守性与复杂性的时滞依赖收敛判据，可依次判断算法对时延的耐受程度，最后通过实验证明本发明专利技术所提控制器设计方法能够在DoS攻击发生时保证系统的渐近稳定。能够在DoS攻击发生时保证系统的渐近稳定。能够在DoS攻击发生时保证系统的渐近稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法


[0001]本专利技术属于新型电力系统安全控制
，具体涉及一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法。

技术介绍

[0002]微电网能够有效提高电力系统运行的安全性与可靠性，有利于电力系统抗攻击、抗灾害能力的建设。当前，我国的电力行业发展处于大电网、高电压、长距离和大容量阶段，各区域电网之间已实现互联互通，网络架构也日益复杂。但是较大范围的电力交换容易产生低频振荡与系统不稳定，其动态性能难以控制。另一方面，与传统集中式电力系统相比，微电网能够与现有各种能源形式构成一种更高效、灵活的新系统。在电力系统中，功率平衡和频率稳定是系统正常运行最基本的要求。在现代电力互联网中，负荷频率控制通过调节区域内的调频发电机的功率维持和负载的实时平衡来维持电力系统的功率稳定和频率稳定。但未来电力系统的量测与控制数据传输借助于开放的网络空间，更容易暴露在恶意网络攻击下。
[0003]随着微电网的逐步发展，传统的电力系统信息化进程驱使信息空间和物理实体的融合更加紧密，这一发展一方面便捷了电力系统的管控，同时也造成了冗余数据的传输、存储与计算。这些冗余数据的对提高系统稳定性的作用微乎其微，如果此时仍使用传统的周期采样机制，将会造成微电网系统中存在诸多不必要信息的交互，由此将增加系统的通信成本。相反，如果不法分子借助信息拥塞对系统发出拒绝服务攻击，则更容易造成控制系统崩溃。因此微电网系统在网络攻击下的安全控制方法成为现阶段亟需研究的重要问题。
[0004]文献[Heemels W,Donkers M,Teel A.Periodic Event
‑
Triggered Control for Linear Systems[C].2013IEEE 52nd Annual Conference on Decision and Control(CDC)]提出了一种针对线性系统的周期性事件触发控制方法，以周期性的验证事件触发条件来决定每个采样时刻是否计算和发送新的量测数据和控制信号。
[0005]文献[Peng C,Li J,Fei M.Resilient Event
‑
Triggering H∞Load Frequency Control for Multi
‑
Area Power Systems With Energy
‑
Limited DoS Attacks[J].IEEE Transactions on Power Systems,2017,32(5):4110
‑
4118]提出了一种针对多区域电力系统遭受拒绝服务攻击时的弹性事件触发控制方法，该方法精细地构造了区域控制误差相关时滞模型，并提出一种弹性事件触发通信方案，该方案允许一定程度的拒绝服务攻击导致的数据包丢失，并有效节约通信带宽资源。最后利用李雅普诺夫理论推导出拒绝服务攻击下的多区域电力系统稳定性判据。
[0006]文献[Yan S,Gu Z,Park J H.Memory
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Event
‑
Triggered H∞Load Frequency Control of Multi
‑
Area Power Systems With Cyber
‑
Attacks and Communication Delays[J].IEEE Transactions on Network Science and Engineering,2021,8(2):1571
‑
1583]提出了一种自适应事件触发通信方案，该方案可以动态调整事件触发阈值。在保证维持期望控制性能的前提下节省更多有限的网络通信资源。
[0007]文献[Peng C,Zhang J,Yan H.Adaptive Event
‑
Triggering H∞Load Frequency Control for Network
‑
Based Power Systems[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2018,65(2):1685
‑
1694]提出一种针对网络攻击与通信时延下多域电力系统负荷频率H控制器设计方法。
[0008]文献[Peng C,Sun H.Switching
‑
Like Event
‑
Triggered Control for Networked Control Systems Under Malicious Denial of Service Attacks[J].IEEE Transactions on Automatic Control,2020,65(9):3943
‑
3949.后文实验对比研究]利用基于TCP/IP通信协议的确认字符技术提出了一种类切换事件通信控制方法，该方法通过判定是否存在由拒绝服务攻击导致的数据包丢失来切换事件触发阈值，以缓解拒绝服务攻击对系统稳定性的影响。
[0009]现有技术记载的前三个方案中均基于量测信号变换程度来决定是否触发量测传输动作，在保证系统稳定的前提下节约了通信带宽资源，但这些方法所采用的阈值为固定阈值，不能满足系统状态在各个场景下的需求，即这些方法的场景适应性较低。第四个方案的阈值切换是根据系统状态而非攻击情景而动作的，因此当系统遭受拒绝服务攻击时，该方法不能有效抵御攻击对系统造成的影响。第五个方案中李雅普诺夫能量泛函的构造以及积分不等式放缩方法存在一定的保守性，因此推导出的系统的稳定性判据不能得到相对更大的时延系统最大允许时延上界。且该方法没有有效的与微电网系统结合。

技术实现思路

[0010]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0011]本专利技术提供了一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，包括：
[0012]步骤1，获取根据微电网系统实际结构设计的微电网系统模型，在所述微电网系统模型中通过加入储能装置以及拒绝服务攻击的方式，构建新型微电网系统模型；
[0013]步骤2，依据所述新型微电网系统模型中的DoS攻击环节，将时间区间划分为有攻击区间和无攻击区间，并将依据划分的不同区间设计对应的切换事件触发策略；
[0014]步骤3，利用不同区间对应的切换事件触发策略，对所述新型微电网系统模型进行转换，构造出闭环微电网系统模型；
[0015]步骤4，结合切换事件触发策略与划分的不同区间，构造包含时延三次多项式的Lyapunov
‑
Krasovskii泛函；
[0016]步骤5，对所构造Lyapunov
‑
Krasovskii泛函沿系统轨迹求导，结合三次矩阵多项本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，其特征在于，包括：步骤1，获取根据微电网系统实际结构设计的微电网系统模型，在所述微电网系统模型中通过加入储能装置以及拒绝服务攻击的方式，构建新型微电网系统模型；步骤2，依据所述新型微电网系统模型中的DoS攻击环节，将时间区间划分为有攻击区间和无攻击区间，并将依据划分的不同区间设计对应的切换事件触发策略；步骤3，利用不同区间对应的切换事件触发策略，对所述新型微电网系统模型进行转换，构造出闭环微电网系统模型；步骤4，结合切换事件触发策略与划分的不同区间，构造包含时延三次多项式的Lyapunov
‑
Krasovskii泛函；步骤5，对所构造Lyapunov
‑
Krasovskii泛函沿系统轨迹求导，结合三次矩阵多项式正/负定判定准则与积分高次不等式放缩技术得到微电网时延系统的稳定性判据；步骤6，对所述稳定性判据系统确定微电网系统对时延的耐受程度，并根据耐受程度对微电网系统进行时延控制。2.根据权利要求1所述的一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，其特征在于，步骤1中新型微电网系统模型表示为：其中F为系统矩阵，为包含k
ic
、k
pc
的系统阵,系统时延满足0≤d1≤d(t)≤d2，其中d1、d2、μ1、μ2为常数，ΔP
l
′
表示负载扰动的导数，t表示系统运行时刻，是传输的系统状态向量，向量包含的具体元素可以表示为如下形式，x(t)＝[R
ic
∫Δfdt ΔP
mt ΔP
fc ΔP
ss ΔP
es Δf]
T
，和表示系统矩阵，φ(t)则表示系统初始状态，ΔP
l
′
＝ΔP
l
‑
ΔP
pv
‑
ΔP
w
，其中ΔP
l
为用户负载，ΔP
pv
光伏发电所提供的电能，ΔP
w
为风电机组提供的电能；其他矩阵表示为：a
21
＝0，
ΔP
l
＝ΔP
ld
‑
ΔP
pv
‑
P
w
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)K
ic
∫Δfdt
′
＝R
ic
Δf，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)(3)(3)(3)(3)(3)
Δf表示为系统或频率偏差，ΔP
es
表示电解槽系统功率输出，ΔP
fc
表示燃料电池功率输出，ΔP
mt
表示输出功率变化，ΔP
l
表示负载扰动，M表示发电机转动惯量，D表示发电机阻尼常数，R
es
表示电解槽系统增益，T
es
表示电解槽系统时间常数，R
ss
表示储能装置增益，T
ss
表示储能装置时间常数，R
fc
表示燃料电池增益，T
fc
表示燃料电池时间常数，R
mt
表示微型轮机下降特性，K
pl
表示微电网本地控制器比例系数向量，K
il
表示微电网本地控制器积分系数向量，K
pc
表示微电网中心控制器比例系数向量，K
ic
表示微电网中心控制器积分系数向量；向量中的某个元素用小写字母携带下角标表示。3.根据权利要求2所述的一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，其特征在于，步骤2包括：步骤21，依据所述新型微电网系统模型中的DoS攻击环节，将成功传输序列的时间区间划分为有攻击的D区间和无攻击的S区间；步骤22，引入时间触发通信策略，并分别设计D区间和S区间切换事件触发策略触发阈值参数；步骤23，根据事件触发策略触发阈值参数以及所述时间触发通信策略，构造事件触发策略。4.根据权利要求3所述的一种切换事件触发的微电网系统负荷频率安全控制方法，其特征在于，步骤21包括：基于周期触发的传感器采样周期为h，则传感器采样序列可以描述为所有的采样数据包不一定都需要传输给远端控制器，那么引入事件触发通信策略：s
k+1
＝s
k
+inf{ιh|e
T
(s
k
+ιh)Φe(s
k
+ιh)≥ε
*
e
T
(s
k
)Φe(s
k
)}，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式中，s
k
表示当前采样包传输时刻，s
k+1
表示下一次的传输时刻，h为系统采样周期，ι为正标量，ιh表示ι个采样周期总时长，e(s
k
+ιh)＝x(s
k
+ιh)
‑
x(s
k
)，表示当前时刻(s
k
+ιh)系统状态状态x(s
k
+ιh)与最近一次传输时刻s
k
系统状态x(s
k
)之间的差值，ε
*
和Φ是待设计的事件触发阈值与适当维度的常数矩阵；在每个成功传输序列区间中，依据DoS攻击情况可以将其分类为两类区间：S区间：在时间区间[t
k
,t
k+1
)内没有发生DoS攻击；D...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞生，梁旭辉，丁瑞森，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：