网络攻击下直流微电网弹性估计与控制研究

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近年来,由于大规模新能源接入所造成的电力系统能源结构的调整与变革,互联微电网技术得到了大力发展。然而,互联微电网规模较大且模型复杂,呈现高维非线性特点,难以精确建模。此外,用于数据传输的通信网络具有开放性,这使得互联微电网极易遭受恶意的网络攻击。鉴于此,本文旨在从攻击类型、系统建模、稳定性分析和控制器设计等方面研究网络攻击环境下直流微电网系统的安全控制问题,利用状态反馈控制律和模糊控制理论,建立拒绝服务(Denial-of-Service,简称DoS)攻击和DoS与虚假数据注入(False-Data-Injection,简称FDI)协同攻击下系统的数学模型,根据时变Lyapunov函数方法定量刻画网络攻击参数与直流微电网系统性能参数之间的关系,提出注入电流控制方法。主要研究内容如下:第三章研究了DoS攻击下网络化直流微电网系统的攻击参数相关控制器设计问题。只考虑阵发性/非周期性DoS攻击的持续时间特征,提出了一种新型时间约束型DoS攻击模型。基于时间约束型DoS攻击模型与切换型状态反馈控制律,建立了DoS攻击下的切换型直流微电网系统模型。利用攻击参数相关的时变Lyapunov函数方法推导了直流微电网系统在非周期DoS攻击下的指数稳定性判据,并提出了一种弹性控制方法。通过具体的仿真实例与仿真对比来说明所设计控制方法的可行性与优越性。第四章研究了DoS和FDI协同攻击下直流微电网的FDI攻击估计与弹性控制问题。考虑时间约束型DoS攻击模型、脉冲观测器和切换型状态反馈控制律,建立了DoS和FDI协同攻击下的切换型直流微电网系统模型。利用攻击参数相关的时变Lyapunov函数方法给出了系统的指数稳定性条件,并提出了一种状态反馈控制器与FDI攻击观测器的联合设计方法。通过仿真研究验证了所提出方案的可行性。第五章研究了DoS攻击下基于T-S模糊模型的直流微电网的模糊控制器设计问题。考虑网络化T-S模糊模型中的非均匀时间尺度与并行分布补偿模糊控制规则,建立了直流微电网系统T-S模糊模型。然后,基于时间约束型DoS攻击模型与切换型状态反馈控制律,建立了DoS攻击下的切换型直流微电网T-S模糊系统模型。利用时变Lyapunov函数方法给出了系统指数稳定性判据,并设计了一种模糊控制策略。通过仿真实例验证了该策略的有效性。
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