丁瑞森,杨飞生,潘泉,等 | 混合攻击下基于带宽感知型事件触发机制的负荷频率控制
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2024-12-09 12:00
北京
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丁瑞森, 杨飞生, 付远超, 潘泉. 混合攻击下基于带宽感知型事件触发机制的负荷频率控制. 中国科学：信息科学, 2024, 54(12): 2828-2840. doi: 10.1360/SSI-2024-0086
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在现代互联电网中，自动发电控制系统通过调节控制区域内调频发电机的出力维持发电和负荷的实时平衡，以及区域间按计划进行功率交换，从而维持电力系统功率平衡和频率稳定。由于负荷频率控制依托开放通信网络进行信息交互，系统面临着网络诱导时延，网络攻击等挑战。因此，如何考虑通信时延并克服其对控制性能的影响，以及混合网络攻击对数据传输的威胁是广域电力系统控制中的重要问题。此外，为了有效应对由有限网络带宽引发的潜在流量拥堵问题，需要设计有效事件触发策略，进而最大限度地降低通信信道占用率，提升网络通信的效率。针对混合攻击下的一类新型电力系统，本文提出了一种负荷频率安全控制方案，可以实现在欺骗攻击与DoS 攻击下的闭环稳定与安全运行。首先，基于确认字符(ACK) 技术提出了一种针对非周期性DoS 攻击的“阴阳”检测机制。其次，为保持系统控制性能并节约网络通信资源，提出了一种新颖的带宽感知事件触发机制。再次，建立了一个混合攻击下包含风力发电机组与电池储能系统的多区域电力系统切换模型。最后，结合Lyapunov-Krasovskii 泛函(LKF) 理论与线性矩阵不等式(LMI)技术，给出满足H∞性能的系统指数均方稳定充分条件，并导出了事件触发负荷频率安全控制器的设计准则。本文的创新点如下：
(1) 对于多区域新型电力系统，提出一个能够同时处理欺骗攻击和非周期性DoS 攻击的框架，并针对DoS 攻击提出一种基于确认字符(ACK) 技术的“阴阳”检测机制。(2) 针对混合攻击下的电力系统，为更好的节省通信资源，本文提出了一种新型的带宽感知事件触发方案，可以根据带宽状态自适应改变触发参数。 (3) 针对系统的不同状态，通过构造分段泛函，推导出一种系统均方指数稳定性判据和控制器设计方案。首先通过仿真实验说明DoS 攻击“阴阳”检测机制的有效性，采取不同的采样周期，对比发现，采样周期越小，检测的准确度也越高。然后，根据本文所提事件触发负荷频率安全控制器的设计准则，借助凸优化技术求得系统的控制器参数和触发矩阵。在该控制器参数下，选取静态事件阈值和本文提出的带宽感知事件触发机制进行对比试验发现，所提的事件触发控制律的效果比静态事件触发机制更好，并且在系统达到稳定后，系统的触发时刻更少，有效实现了事件触发机制节省通信资源的作用。![]()
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