[發明專利]基于自適應滑模控制器的電力信息物理系統攻擊防御方法

有效

• 申請號: 202110532040.0
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113094712B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王文婷;馬強;關永昌;王昭璇;黃華;王磊;張津豪;聶其貴;劉鑫;趙曉紅;趙洋;任天成;劉新;靳長嶺;楊得福;李健
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F21/56
• 分類號: G06F21/56;G06F21/57
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 楊樂

1.一種基于自適應滑模控制器的電力信息物理系統攻擊防御方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，建立電力信息物理系統的數學模型；

步驟(2)，引入動態負載攻擊信號和虛假數據注入攻擊信號；

步驟(3)，建立電力信息物理系統受到動態負載攻擊信號和虛假數據注入攻擊信號攻擊時的數學模型；

步驟(4)，建立電力信息物理系統受到動態負載攻擊信號和虛假數據注入攻擊信號攻擊時的自適應滑模控制器的數學模型，如下式所示：

其中，u_c(t)是作用在控制輸入信號u(t)上的自適應滑模控制器，自適應滑模控制器u_c(t)由兩部分組成，第一部分為線性部分u_n(t)，用于保證電力信息物理系統的穩態運行，第二部分為補償信號u_o(t)；

補償信號u_o(t)中，α(x)是自適應滑模控制器的滑模函數，用于使受到攻擊或擾動的電力信息物理系統運行狀態拉回滑模面；||α(x)||是自適應滑模控制器的滑模函數的范數；η(x,t)是自適應滑模控制器的自適應率，自適應率η(x,t)由兩部分組成，第一部分是針對動態負載攻擊信號上界的估計，用于消除動態負載攻擊對電力信息物理系統造成的影響，第二部分是針對虛假數據注入攻擊信號上界的估計，用于消除虛假數據注入攻擊對電力信息物理系統造成的影響；

步驟(5)，求解自適應滑模控制器的自適應率，獲得自適應滑模控制器的補償信號；

步驟(6)，通過自適應滑模控制器的補償信號消除電力信息物理系統中動態負載攻擊信號和虛假數據注入攻擊信號對電力信息物理系統造成的影響。

2.如權利要求1所述的一種基于自適應滑模控制器的電力信息物理系統攻擊防御方法，其特征在于，

所述步驟(1)，采用經典的小信號模型法對電力信息物理系統的動態特性進行描述，建立電力信息物理系統的數學模型，如下式所示：

其中，x(t)是電力信息物理系統的狀態信號；y(t)是電力信息物理系統的輸出信號；u(t)是電力信息物理系統的受控輸入信號；是電力信息物理系統的狀態信號的微分；A是電力信息物理系統的系統矩陣；B是電力信息物理系統的控制分布矩陣；C是電力信息物理系統的量測矩陣，C＝[I 0]。

3.如權利要求2所述的一種基于自適應滑模控制器的電力信息物理系統攻擊防御方法，其特征在于，

所述步驟(1)中，首先，將電力信息物理系統的互聯結構編碼為導納加權圖，得到拉普拉斯對稱矩陣進一步整理可得，如下式所示：

其中，χ(t)＝[δ^T Δω^T θ^T]，δ^T是發電機轉子角的轉置，Δω^T是發電機頻率偏差的轉置，θ^T是節點電壓角的轉置；是χ(t)的微分；是節點輸入功率的轉置，是節點已知無源功率的轉置；I是單位矩陣，M_g是發電機的慣性系數；D_g是發電機的阻尼系數；L_gg是電力信息物理系統發電機節點的導納矩陣；L_gl是電力信息物理系統發電機節點和負荷節點之間的互導納矩陣；L_lg是電力信息物理系統負荷節點和發電機節點之間的互導納矩陣；L_ll是電力信息物理系統負荷節點的導納矩陣；

然后，將矩陣E、矩陣N和P(t)帶入公式(1)整理，得到電力信息物理系統物理量與系統參數之間的表達式，如下式所示：

其中，u(t)是電力信息物理系統的受控輸入信號，P_w是節點的輸入功率，P_θ是節點的已知無源功率；δ是發電機的轉子角；是發電機的轉子角的微分；Δω是發電機頻率偏差；是發電機頻率偏差的微分；

最后，設定：得到電力信息物理系統的數學模型，如下式所示：

其中，x(t)是電力信息物理系統的狀態信號；y(t)是電力信息物理系統的輸出信號；是電力信息物理系統的狀態信號的微分；A是電力信息物理系統的系統矩陣；B是電力信息物理系統的控制分布矩陣；C是電力信息物理系統的量測矩陣，C＝[I 0]。