一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，建立基于负荷频率控制电力系统的数学模型；基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型；针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；综合网络攻击模型和事件触发模型，建立基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；联列并求解线性矩阵不等式获取状态反馈控制器增益。本发明专利技术考虑了重放网络攻击对系统数据传输影响，事件触发机制被引入到系统中来降低对带宽的要求，保证电力系统的安全性和稳定性，提高数据传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法
本专利技术属于电力系统控制领域，具体是一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法。
技术介绍
电力系统是国民经济生活的基础，对它的研究一直是学术界和工业界的热点。近年来，随着科学技术的飞速发展和新能源的开发，电力系统伴随着能源转型出现了许多新特征：可再生能源的比例不断增加，形成了多能互补的综合电力系统;大量的电力电子设备应用，促成了信息物理融合的智能电力系统。然而，这些新特征在提高电力系统运行效率的同时，也给电力系统的稳定控制和安全运行带来了一些问题。在电力系统的运行过程中，电力系统的频率是评估电能质量的一个重要参数，因为它会随着发电机组输出功率与负荷需求功率之间的平衡程度而变化。一旦电力系统频率变化远远偏离额定值，并且超过规定的标准偏移量时，电力系统将无法保证电能质量，甚至无法满足社会生产生活需要。当前，电力系统通过传感器采集数据，然后通过传输网络传输至控制端，再由控制端根据传感器采集的数据控制执行器，执行一些操作来实现系统平稳运行。但是传感器采集的数据过于庞大，如果全部传输到控制端，会严重占用数据传输通道，现有的传输通道也无法满足如此庞大数据的传输，因此通过引入事件触发机制来判定数据是否需要被传输，来降低数据传输量。此外，数据传输网络的便利性使得电力系统的控制性能得到大幅度的提高，但是也以为开放性面临着严重的安全威胁，系统容易遭受网络攻击的威胁，比如重放攻击。攻击者对传输发动重放攻击，使得系统在重复传输之前发送过的数据，使得系统控制器不能完成对系统稳定运行的控制。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法。考虑了重放网络攻击对系统数据传输影响，事件触发机制被引入到系统中来降低对带宽的要求，保证电力系统的安全性和稳定性，提高数据传输效率。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，包括以下步骤：S1-1：结合现有的研究和成果，建立基于负荷频率控制电力系统的数学模型；S1-2：基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型：定义h和是采样周期和和最新的传输时刻，下一时刻表示为：其中是事件触发机制的触发参数，满足如下条件：当事件触发机制触发后，系统数据则可以表示为：S1-3：针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；S1-4：综合网络攻击模型和事件触发模型，结合步骤建立基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；其中A和B是系统的参数矩阵；x(t)是系统状态向量，是系统的扰动，是控制器输入，是事件触发机制获得的系统状态向量，xR(t-d(t))是重放网络攻击重复发送时刻的系统状态向量；α(t)是一个满足伯努利随机分布的变量，表示负荷频率控制电力系统的故障发生概率；d(t)是系统时滞，K是设置的系统控制器增益。S1-5：利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；1）稳定构建李雅普诺夫函数为：2）对于事件触发参数，给定的矩阵Q1、Z1、Q2、Z2；3）判断是否存在正定矩阵P、R、S1、S2、Ω，使得矩阵П<0；4）如果存在，则确定参数并结束；若不存在，则返回2）调整参数，并重复2）–4）。S1-6：联列并求解线性矩阵不等式获取状态反馈控制器增益：事件触发参数，给定的矩阵P、R、S1、S2、Ω，如果存在正定矩阵，，求解不等式П<0，获得控制器增益K，其中。本专利技术的有益效果本专利技术考虑了重放网络攻击对网络的影响，建立了重放网络攻击数学模型；为提高数据传输效率，采用事件触发机制的来降低带宽需求；基于本专利技术新建立的系统模型，利用李雅普诺夫稳定性理论得到了确保电力系统基于事件触发机制在网络攻击下系统稳定，并利用线性矩阵不等式获得了系统的控制器增益的精确表达。附图说明图1是本专利技术所提供的系统安全控制方法设计的流程图。具体实施方式以下案例仅作为演示，旨在更清晰的表述本专利技术的技术方案，不能以此来限制本专利技术的适用范围。除另有说明，本专利技术使用的专业术语或者学术表达应为本专利技术所属领域的通常意义。图1是本专利技术的网络控制系统安全控制器设计流程图，流程图主要用来表明控制器的设计步骤，步骤如下：S1-1：结合现有的研究和成果，建立基于负荷频率控制电力系统的数学模型；S1-2：基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型；S1-3：针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；S1-4：综合网络攻击模型和事件触发模型，结合步骤设计了基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；S1-5：利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；S1-6：联列并求解线性矩阵不等式获取状态反馈控制器增益。注：N表示自然数集，Rn表示n维欧几里得空间，Rm×m表示阶实矩阵，是矩阵的转置，表示矩阵是一个实对称正定矩阵，I和0分别表示单位矩阵和0矩阵。S1-1：基于现有的研究和成果，构造基于负荷频率控制电力系统的数学模型，该数学模型使用如下的线性方程描述；其中，A和B是系数矩阵，x(t)和u(t)分别是系统状态向量和控制输入向量。相应的状态反馈控制器为其中，K为待设计的控制器增益。S1-2：基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型；定义h和是采样周期和和最新的传输时刻，下一时刻表示为：其中其中表示连续丢失的最大允许数目；是事件触发机制的触发参数，满足如下条件：当采样数据满足上述条件时，则将采样数据传输到通信网络中，否则丢弃该采样数据：建立事件触发机制，结合（8）和（9）建立触发机制：是网络时延的上界。S1-3：针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；网络攻击下控制器的输入为：其中是重放攻击，，表示被重复发送的tr时刻数据，xE(t)是经过正常通过事件触发机制的系统状态，α(t)是一个伯努利随机变量用来表示设备故障的随即发生：当α(t)=0时，系统设备正常运行，传输数据无误；当α(t)=1时，网络欺骗攻击没有发生系统正常运行。S1-4：综合网络攻击模型和事件触发模型，结合步骤设计了基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；结合(7)和(12)，在网络攻击的影响下和自适应事件触发机制的情况下，系统输入为：则系统模型表示为：S1-5：利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；对于事件触发参数，给定的矩阵判断是否存在正定矩阵P、R、S1、S2、Ω，使得矩阵，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1-1：建立基于负荷频率控制电力系统的数学模型；/nS1-2：基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型；/nS1-3：针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；/nS1-4：综合网络攻击模型和事件触发模型，建立基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；/nS1-5：利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；/nS1-6：联列并求解线性矩阵不等式获取状态反馈控制器增益。/n

【技术特征摘要】
1.一种重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1-1：建立基于负荷频率控制电力系统的数学模型；
S1-2：基于提出的数学模型，融合事件触发机制，建立系统触发模型；
S1-3：针对系统面临的重放网络攻击威胁，建立网络攻击模型；
S1-4：综合网络攻击模型和事件触发模型，建立基于网络攻击下的负荷频率控制电力系统数学模型；
S1-5：利用李雅普诺夫稳定性理论，得到确保系统均方指数稳定的充分性条件；
S1-6：联列并求解线性矩阵不等式获取状态反馈控制器增益。


2.根据权利要求1所述的重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，其特征在于，所述步骤S1-2中事件触发模型具体如下：
定义h和tkh是采样周期和和最新的传输时刻，下一传输数据时刻tk+1h表示为：



其中是事件触发机制的触发参数，Ω是一个正定对称矩阵来表示权重，x(tkh)表示上一个传输的数据，x(tkh+bh)表示当前采样的数据，满足如下条件：



d(t)是网络系统的时滞；当事件触发机制触发后，系统数据则可以表示为：

。


3.根据权利要求1所述的重放攻击下基于事件触发的电力系统安全控制方法，其特征在于基于步骤S1-1中的电力系统的数学模型，结合步骤中构...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲田，王青国，许斌锋，徐进，周宇，崔广芹，
申请(专利权)人：江苏电力信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32