一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法

本发明涉及微电网电压控制领域，尤其是涉及一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法。

背景技术：

1、随着微电网采用的信息通信技术越来越开放和多元，其受到网络攻击的风险也随之显著增加。目前，微电网多采用分布式控制，但分布式控制相比于集中式控制缺乏全局信息掌握能力，无法利用集中的方式对系统状态变量进行监控。因此，一旦受到网络攻击，分布式控制将无法达到控制目标而失去其应有的作用，从而破坏系统运行的经济性和稳定性，严重的甚至导致微电网的崩溃。

2、为消除虚假数据攻击，提出了基于信息可信度的攻击抑制策略。通过为分布式电源设计检测算法判断其邻域内的分布式电源是否受到网络攻击，并且通过更新通信邻接矩阵，逐渐将受到网络攻击的分布式电源从通信网络中边缘化甚至隔离。但简单的对受到网络攻击的分布式电源进行隔离，可能会对稀疏通信网络的连通性和性能产生影响。

3、为确保稀疏通信网络的连通性，提出了基于状态估计的检测算法。虚假数据攻击的检测算法可分为基于估计的检测和其他直接计算方法。传统上，微电网的状态通常通过静态估计方法进行估计，然而在实际中，由于需求和发电量的随机变化，微电网并不总以稳态性质运行。为了克服这个问题，引入动态状态估计器，目前应用最为广泛的即为卡尔曼滤波的状态估计方法。但传统的卡尔曼滤波方法受到计算复杂度的限制，不能满足微电网数据在线处理快速性和精度的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种处理快、精度高的虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，包括以下步骤：

4、s1、设置由多个传感器节点组成的微电网通信网络，节点之间的通信传输组成通信链路，每个传感器节点设有与其对应的分布式电源和变流器，基于微电网通信网络构建直流微电网二次控制器模型；

5、s2、对分别发生于传感器和通信链路的虚假数据攻击进行建模，建立考虑到攻击信号后的二次控制器模型；

6、s3、结合卡尔曼滤波原理和一致性原理对攻击信号进行消除，直流微电网二次控制器输出消除攻击信号后的电压，消除的过程包括预测阶段和估计阶段，消除的具体步骤为：

7、对攻击信号后的二次控制器模型进行变形，转化为矩阵模式，再转化为卡尔曼滤波的标准形式，

8、进入预测阶段，预测阶段的步骤具体为：获取节点i的k-1时刻的最优电压估计值，计算k时刻的预测协方差，引入节点j的k-1时刻的最优电压估计值，在k时刻的预测协方差最小的情况下计算得到节点i的k时刻的电压预测值，然后进入估计阶段，所述节点i和节点j为相邻节点；

9、估计阶段的步骤具体为：基于最小的k时刻的预测协方差计算k时刻的估计协方差和k时刻的卡尔曼增益，引入节点j的k时刻的电压预测值，在k时刻的估计协方差最小的情况下计算得到节点i的k时刻的电压估计值；

10、将估计阶段得到的电压估计值以测量值的形式反馈回直流微电网二次控制器模型，使得直流微电网二次控制器模型的输出电压趋近调整参数矩阵与估计阶段得到的电压估计值的乘积，实现对攻击信号的消除。

11、进一步地，节点i的k时刻的电压估计值的表达式为：

12、

13、其中，为k时刻的节点i的电压预测值，ki(k)为k时刻的卡尔曼增益，ui(k)为节点i的k时刻的直流微电网二次控制器模型的输出电压，ci为节点i的调整参数矩阵，bi为估计项一致性增益，为节点j的k时刻的电压预测值，ni表示传感器节点的集合。

14、进一步地，k时刻的卡尔曼增益的表达式为：

15、

16、其中，为最小的k时刻的预测协方差，ri为估计阶段的噪声协方差。

17、进一步地，k时刻的估计协方差的表达式为：

18、

19、其中，i为单位矩阵。

20、进一步地，节点i的k时刻的电压预测值的表达式为：

21、

22、其中，l为拉普拉斯矩阵，g为gi的对角矩阵，yi为预测项一致性增益，为节点j的k-1时刻的最优电压估计值，gi为第i个变流器与领导者之间的固定增益，vrefi9k-1)为k-1时刻的第i个分布式电源获取的参考电压信息。

23、进一步地，所述拉普拉斯矩阵为入度矩阵和邻接矩阵之差。

24、进一步地，k时刻的预测协方差的表达式为：

25、

26、其中，pi(k-1)为k-1时刻的估计协方差，qi为预测阶段的噪声协方差。

27、进一步地，直流微电网二次控制器模型的表达式为：

28、

29、其中，ui为二次控制器的输出信号，gi为第i个变流器与领导者之间的固定增益，ci为调整参数，vrefi为第i个分布式电源获取的参考电压信息，vi第j个分布式电源从第i个分布式电源获取的电压值，vj为第i个分布式电源从第j个分布式电源获取的电压值，aij为邻接矩阵的矩阵元素。

30、进一步地，发生于通信链路的虚假数据的模型的表达式为：

31、

32、其中，vjf为受到攻击后第i个分布式电源从第j个分布式电源获取的电压值，为输入通信链路的攻击信号；

33、发生于传感器的虚假数据的模型的表达式为：

34、

35、其中，vif为受到攻击后第i个分布式电源的本地电压值，为输入传感器的攻击信号。

36、进一步地，攻击信号后的二次控制器模型的表达式为：

37、

38、其中，ui′为受到攻击后的二次控制器的输出信号。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、(1)本发明对攻击信号进行建模找出相似点，简化建模后的攻击信号，并将影响整合到二次电压控制器中，降低计算的复杂程度。

41、(2)利用一致性卡尔曼滤波算法消除攻击信号，将邻近分布式电源电压基于部分卡尔曼滤波器对目标系统的估计值进行一致化处理，通过多元信息分布式的传递提高整个网络系统对目标的估计精度，最终使得所有分布式电源电压的估计值趋于一致，比较传统的卡尔曼滤波方法，处理速度更快，精度更高。

技术特征：

1.一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，节点i的k时刻的电压估计值的表达式为：

3.根据权利要求2所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，k时刻的卡尔曼增益的表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，k时刻的估计协方差的表达式为：

5.根据权利要求1所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，节点i的k时刻的电压预测值的表达式为：

6.根据权利要求5所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，所述拉普拉斯矩阵为入度矩阵和邻接矩阵之差。

7.根据权利要求5所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，k时刻的预测协方差的表达式为：

8.根据权利要求1所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，直流微电网二次控制器模型的表达式为：

9.根据权利要求8所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，发生于通信链路的虚假数据的模型的表达式为：

10.根据权利要求9所述的一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，其特征在于，攻击信号后的二次控制器模型的表达式为：

技术总结
本发明涉及一种虚假数据攻击下直流微电网电压二次控制方法，包括以下步骤：S1、设置由多个传感器节点组成的微电网通信网络，节点之间的通信传输组成通信链路，基于微电网通信网络构建直流微电网二次控制器模型；S2、对分别发生于传感器和通信链路的虚假数据攻击进行建模，建立考虑到攻击信号后的二次控制器模型；S3、结合卡尔曼滤波原理和一致性原理对攻击信号进行消除，直流微电网二次控制器输出消除攻击信号后的电压。与现有技术相比，本发明具有处理快、精度高等优点。

技术研发人员：杨帆,公笑笑
受保护的技术使用者：上海电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13