[發明專利]一種針對多區域電力系統的攻擊檢測方法

在審

• 申請號: 202010025038.X
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111130106A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 陳博;翁世清;周京;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種針對多區域電力系統的攻擊檢測方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1、多區域電力系統模型的構建，根據電力系統結構框架，得到負荷頻率控制的電力系統的動態方程：

渦輪動態方程：

其中ΔP_mi是發電機機械功率偏差，ΔP_vi是渦輪閥位置偏差，T_chi是第i個區域渦輪機的時間常數；

考慮轉速下降系數的不確定性時的調速器動態方程：

其中Δf_i是區域i的頻率偏差，ΔP_ci是參考點的負荷，T_gi是第i個調速器的時間常數,R_i是轉速下降系數，且α_i代表的是轉速下降系數的不確定度；

負荷動態方程：

其中是第i個區域聯絡線的網系潮流，ΔP_Li是負荷偏差，H_i是區域i的等效慣性常數，D_i是區域i的等效阻尼系數；

聯絡線潮流動態方程：

其中T_ij是同步功率系數，Δf_j是j區域的頻率偏差。

區域控制誤差信號：

步驟2、由步驟1所得到的動態方程，構建負荷頻率控制的電力系統模型，過程如下：

步驟201，系統的狀態為根據上述動態方程，得到電力系統的狀態空間模型為：

其中u_i＝ΔP_ci，w_i＝ΔP_Li，i∈{1,…n}

步驟202，通過在電力系統加入一個PI控制器，使得系統的輸出保持穩定加入控制器后，u_i表示如下：

其中K_pi和K_li表示控制器的增益系數；

步驟203，在步驟202的基礎上，定義并且則多區域的控制輸入可以表示為

u(t)＝-Ky(t) (9)

其中K＝[K_pi K_li]；

步驟204，定義則y_i(t)＝C_ix_i(t)，

步驟3、傳感器及執行器受到攻擊時的電力系統模型構建，當電力系統的傳感器及執行器受到攻擊時，其狀態空間模型為：

y(t)＝Cx(t)+E₂a_y(t) (11)

其中A＝[A_ij]_n×n，B＝diag[B₁ … B_n]^T，B_w＝diag[B_w1 … B_wn]^T，E₁、E₂為設定維數的常數矩陣，a_u表示的是執行器攻擊，a_y表示的是傳感器攻擊；

對上述模型進行擴維，有：

其中

且需要滿足以下條件：

①、執行器攻擊及傳感器攻擊θ₁≥0，θ₂≥0；

②BE₁的維數與a_u保持一致，E₂的維數與a_y保持一致；

③對于任意的復數λ，

步驟4、中間觀測器的設計，過程如下：

步驟401，定義一個中間變量：

根據公式(12)公式(14)，如下表示：

由電力系統的狀態空間模型及中間變量的方程，有：

其中是z(t)，τ(t)，y(t)，a_u(t)，a_y(t)的估計值；

步驟402，狀態觀測增益矩陣的確定，定義所以有：

對于給定的μ和σ，且存在矩陣P₁＞0,P₂＞0以及矩陣H使得系統的狀態最終是一致有界的，則下式成立，通過LMI工具箱解得系數矩陣L：

其中：

L＝P₁^-1H；

步驟5、對攻擊信號進行補償，信息物理系統中執行器的輸入為：

E＝K(E₂y+a_y)+a_u (25)

由于傳感器攻擊及執行器攻擊的估計信號能較好地追蹤到a_u(t)、a_y(t)，所以針對公式(25)對系統進行補償，即執行器的輸入為：

從而很好地補償了傳感器及執行器受到攻擊信號的影響。