基于切换系统建模的资源受限信息攻击下多区电网弹性负荷频率控制研究

Cyber security of power grid dynamica control system is an hot topic in the field of smart grid technology. Load frequency control system is supported by the communication network, how ever, the network may perform poorly or even fail to function in malicious situations when is suffer from a variety of cyber attacks. To protect LFC systems against this kind of attacks and maintain it stability, according to the practical instance and the basic characteristics of cyber attack, this project investigates the following problem: modeling the close loop system of LFC under DoS attack and replay attack based on the switched system theory; Finding the connection between stability of LFC and the duration and frequency of the DoS attack based on the mode dependent average dwell time; designing the resilient control algorithms for the LFC system under replay attack; designing the optimal LFC controller and solving algorithm for limiting the deviation and fluctuate of frequency, saving the input energy. The results of this project will provide new methords for the control of cyber physical system. More over provide a new approach for the resilient control of LFC system.

电网控制系统的信息安全是当前智能电网研究领域的热点问题。电网的负荷频率控制主要依赖于信息网络传输信号，信息网络攻击会造成负荷频率控制系统失效。为了保证信息攻击下负荷频率控制系统的稳定性，本项目拟以实际电网为背景，综合考虑其信息攻击特性，分析DoS攻击与重复信息攻击等资源受限信息攻击下负荷频率控制系统的动力学行为，研究以下几个方面的问题：建立基于切换系统的DoS攻击与重复信息攻击的闭环系统模型；基于模式相关驻留时间法研究DoS攻击持续时间、发生频率与负荷频率控制系统稳定性之间的定量关系；基于时滞切换系统稳定性理论，研究重复信息攻击下的负荷频率弹性控制方法；研究系统频率偏差大小、波动频率以及控制输入能量的闭环系统优化控制设计与求解。本项目的研究成果，一方面，将为电力系统负荷频率攻击下的弹性控制问题提供一种新的解决方案；另一方面，将推进信息物理系统控制理论的发展。

在过去三年中，项目负责人和其团队成员围绕申请书拟定的研究计划，开展了含风光可再生能源在信息攻击下的弹性负荷频率控制研究。项目执行过程中，取得了一系列的研究成果。主要 研究成果包括：包括基于Simscape Electrical toolbox的可再生能源详细系统建模，基于优选状态数的马尔科夫蒙特卡罗(MCMC)算法在风电功率序列模型研究；考虑频率控制系统通信限制的事件驱动控制方法，包括提出一种动态事件驱动条件，以及相应针对风光输入不确定性的保证系统性能优化控制器设计方法。在不良通信网络含可再生能源频率控制系统的弹性控制方法，包括同时考虑惯性、丢包率、扰动抑制程度对闭环系统性能的权衡分析，提出了一种兼顾弹性与鲁棒优化控制器设计方法。