弹性事件触发机制下的多机电力系统广域阻尼控制方法与流程

本发明涉及电力系统控制器设计技术领域，尤其涉及一种弹性事件触发机制下的多机电力系统广域阻尼控制方法。

背景技术：

近年来，随着电力系统规模越来越大，大电网之间的互联也越来越强，大电网互联能够提高系统运行的经济性，已经成为节约型社会的必然选择，也对电网运行的各种控制系统提出了新的要求。基于本地测量信息及少量区域信息的常规保护、控制在解决这些问题时面临较的困难，基于gps技术构建的广域测量系统使得从系统角度综合考虑的广域控制得到越来越多的关注。建设专用网络投资巨大，所以建设多信息共用同一平台的智能电网成为主要方向。网络控制系统往往采用分布式控制方式，采集的动态信息以及各类控制信号通过网络通信通道进行传输，随着网络的开放性越来越高，这就势必会增加网络攻击的可能性。网络控制系统的安全问题成为一大研究热点。例如，欺骗攻击和拒绝服务攻击等，拒绝服务攻击会占用通信通道，消耗网络带宽，导致正常的通信被阻断；信号传输被阻断就可能导致整个电力系统不稳定。如何在有攻击时稳定系统，保障运行，增加控制器的弹性控制性能尤为重要。与此同时，在多机电力系统中，多个节点共用同一有限的带宽资源，如何节省带宽，避免拥堵，增加控制的时效性也很重要。传统的周期采样方式会产生大量的冗余信号，增加网络压力，如何设计有效的控制策略，在保证系统稳定以及人们期望的性能条件下，减少数据包的发送数量，节省宝贵的带宽资源也是眼下急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的的问题，提供一种弹性事件触发机制下的多机电力系统广域阻尼控制方法，具体技术方案如下：

一种弹性事件触发机制下的多机电力系统广域阻尼控制方法，所述多机电力系统由向量数据集中器、事件触发器、pmu、发电机以及广域阻尼控制器构建的广域阻尼控制系统控制，所述向量数据集中器用于记录所述pmu的数据值，所述事件触发器用于响应所述多机电力系统的采样信号，并将所述采样信号发送至所述广域阻尼控制器，所述广域阻尼控制器用于发出控制信号控制所述多机电力系统；其中，所述广域阻尼控制系统的控制方法包括步骤：

s1：建立dos攻击模型，用以模拟现实dos攻击；

s2：判断控制信号是否被所述dos攻击阻断，所述广域阻尼控制器根据判断结果弹性控制保证所述多机电力系统的稳定性；

s3：所述向量数据集中器中将每次采集到的所述多机电力系统的状态信号传递至所述事件触发器，判断是否满足所述事件触发器的触发算法；

s4：所述事件触发器响应于步骤s3的判断结果控制信号是否传递至所述广域阻尼控制器，减少有限宽带资源的占用。

本发明的进一步优化：还包括步骤：事件触发机制的建立，并基于所述dos攻击模型和所述事件触发机制建立多机电力系统模型数学控制模型。

本发明的进一步优化：还包括步骤：设立所述多机电力系统数学控制模型稳定切换点。

本发明的进一步优化：所述多机电力系统数学控制模型的建模公式为：

其中，且满足如下关系，表示系统的状态信号，是控制输出，是能量有限的扰动信号，是零初始状态，是常数矩阵，是加权矩阵，，和是所述触发机制的触发矩阵，用于代表所述广域阻尼控制系统的性能；为非攻击区间，为攻击区间。

本发明的进一步优化：所述多机电力系统数学控制模型稳定切换点所满足的条件为：

，，，，。其中，，正定矩阵，，为带求解矩阵，，，，，为满足条件的任意常数，是采样周期。

本发明的进一步优化：所述触发矩阵和的求解过程为：首先，对给定的扰动抑制水平，预先设定未知的dos的频率参数、单区间最大攻击长度和单区间最小无攻击长度以及可调参数，，，，，，如果存在矩阵，，和，且存在矩阵，满足以下矩阵不等式：

其中：

,

，，

，，

，，

，，均为待求矩阵，*是矩阵中与之对应的转置项；最后，根据矩阵不等式计算出触发参数（）和待求矩阵，并计算出控制器增益矩阵。

本发明的进一步优化：所述广域阻尼控制器的建模公式为：

本发明实施例中，由向量数据集中器、事件触发器、pmu、发电机以及广域阻尼控制器搭建一个用于控制多电机系统的广域阻尼控制系统，在广域阻尼控制系统中设立切换系统模型和触发算法，当控制信号被dos攻击阻断，则广域阻尼控制器切换系统模式；弹性控制保证系统的稳定性；向量数据集中器中将每次采集到的多机电力系统的状态信号传递至事件触发器，判断是否满足触发算法；满足触发条件时，信号被发送至所述广域阻尼控制器，否则不发送；相对于现有技术，本发明的优点在于：保证了多机电力系统在复杂网络环境下的的安全、稳定运行，同时减少了冗余信号的传输量，减轻了网络传输压力，节省了带宽资源以及通信所需的能源。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图；

图2为本发明所述广域阻尼控制系统的结构组成示意；

图3为本发明事件触发器的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图2，在本发明实施例中，广域阻尼控制系统由向量数据集中器、事件触发器、pmu、发电机以及广域阻尼控制器构建而成，向量数据集中器用于记录pmu的数据值，事件触发器用于响应多机电力系统的采样信号，并将采样信号发送至广域阻尼控制器；本发明的广域阻尼控制系统用于控制多机电力系统，可以保证多机电力系统在复杂网络环境下安全、平稳运行。

参阅图1，在本发明实施例中，提供一种弹性事件触发机制下的多机电力系统广域阻尼控制方法，包括步骤s1：建立dos攻击模型，用以模拟现实dos攻击；s2：判断控制信号是否被所述dos攻击阻断，所述广域阻尼控制器根据判断结果弹性控制保证所述多机电力系统的稳定性；s3：所述向量数据集中器中将每次采集到的所述多机电力系统的状态信号传递至所述事件触发器，判断是否满足所述事件触发器的触发算法；s4：所述事件触发器响应于步骤s3的判断结果控制信号是否传递至所述广域阻尼控制器，减少有限宽带资源的占用；具体为，当判断结果满足触发条件时，信号被发送至所述广域阻尼控制器，否则不传输，减少有限宽带资源的占用。

其中，dos攻击模型用于模拟现实dos攻击的一种特殊情况；此外，还包括建立事件触发机制，然后基于dos攻击模型和事件触发机制建立多机电力系统模型数学控制模型，以及设立多机电力系统数学控制模型稳定切换点。

具体的，多机电力系统数学控制模型的建模公式为：

其中，且满足如下关系，表示系统的状态信号，是控制输出，是能量有限的扰动信号，是零初始状态，是常数矩阵，是加权矩阵，，和是所述触发机制的触发矩阵，用于代表广域阻尼控制系统的性能；为非攻击区间，为攻击区间。

进一步的，多机电力系统数学控制模型稳定切换点所满足的条件为：

，，，，。其中，，正定矩阵，，为带求解矩阵，，，，，为满足条件的任意常数，是采样周期。

进一步的，触发矩阵和的求解过程为：首先，对给定的扰动抑制水平，预先设定未知的dos的频率参数、一个区间最大攻击长度和单区间最小无攻击长度以及可调参数，，，，，，如果存在矩阵，，和，且存在矩阵，满足以下矩阵不等式：

其中：

,

，，

，，

，，

，，均为待求矩阵，*是矩阵中与之对应的转置项；最后，根据矩阵不等式计算出触发参数（）和待求矩阵，并计算出控制器增益矩阵。

进一步的，广域阻尼控制器的建模公式为：

优选的，以对n机电力系统模型建立为例说明本发明提供方法的具体步骤：

（1）多机电力系统模型建立

在n机电力系统中，每个发电机由3阶数学模型刻画，在未加入控制时，取状态变量，其中，，，表示第个发电机的功率偏差，表示第个控制输入，为附加的励磁输入，且，它同时也是状态反馈输出，表示第个发电机的励磁输入。则线性化后的状态空间表达式：

（1）

其中，，，，，，，，，，为了便于控制器的设计，将状态变量重新定义为，其中，，。考虑到外部扰动对电力系统的影响，经过简单数学推导可得到机电力系统的状态方程表达式：

（2）

其中表示系统的状态信号，是控制输出，是能量有界的扰动信号，，，是具有合适维数的常用矩阵，，是加权矩阵。，可用模型（1）中的数据简单计算。

（2）引入未知周期dos攻击模型

构建dos攻击模型，dos信号是一组能量有限的攻击信号，会占用有限通道阻断通信，其表达式为：

其中是攻击次数，表示第个无攻击区间开始，信号传输正常，表示无攻击区间长度。即是第个攻击开始时刻。攻击时序满足，因此，不会有区间被覆盖。在dos攻击的影响下，表达式（2）中的控制输入可写成如下形式：，

其中表示一系列控制信号成功更新时刻，即事件触发机制生成的控制信号，是采样周期，和。为了下面描述方便简洁，定义，，

结合以上所述，考虑存在攻击时的多机电力系统表达式为：

和

（3）引入事件触发机制

针对攻击设计如下的事件触发机制，保证系统（2）在控制器的作用下渐进稳定的同时，减少网络通讯压力。在无攻击时刻，事件触发机制保证电力系统渐进稳定，事件触发条件为：

，（3）

式中，为正整数，是具有适当维数的正定加权矩阵，是有界正实数，是采样周期，是当前采样信号，是触发器上一次传送给控制器的采样信号。若触发条件成立，则记录pmu当前时刻的采样值，并将其传送给控制器。若不成立，则不记录当前时刻的采样值。但是，当有攻击信号出现时，此触发条件不能直接使用。为此本发明对上述触发条件进行了适当的调整，本发明定义当攻击信号出现时的事件触发时刻应满足

定义两个分段方程：

最终模型为：

其中且满足如下关系

(3)式表明：触发条件只与当前采样信号和前一次触发信号有关，当满足预先设定的触发条件时，则将当前采样信号发送至控制器端，并由控制器更新一次控制信号。

本发明实施例中，由向量数据集中器、事件触发器、pmu、发电机以及广域阻尼控制器搭建一个用于控制多电机系统的广域阻尼控制系统，在广域阻尼控制系统中设立切换系统模型和触发算法，当控制信号被dos攻击阻断，则广域阻尼控制器切换系统模式；弹性控制保证系统的稳定性；向量数据集中器中将每次采集到的多机电力系统的状态信号传递至事件触发器，判断是否满足触发算法；满足触发条件时，信号被发送至所述广域阻尼控制器，否则不发送；相对于现有技术，本发明的优点在于：保证了多机电力系统在复杂网络环境下的的安全、稳定运行，同时减少了冗余信号的传输量，减轻了网络传输压力，节省了带宽资源以及通信所需的能源。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。