[发明专利]一种微电网经济控制系统及其数据篡改攻击的抵御方法

权利要求书

1.一种微电网经济控制系统，所述微电网是指由多个分布式电源、储能、能量转换装置、负荷组成的小型电网；其特征在于，所述经济控制系统是指对每个分布式电源中的逆变器进行控制，调节分布式电源出力，使得在安全稳定的前提下运行成本最低，其包括：

电压电流测量模块，用于实现分布式电源输出的电压、电流值的测量功能；

派克变换模块，用于实现电压、电流值在abc轴与dq0轴的坐标变换功能；

功率计算模块，用于计算分布式电源输出的有功功率和无功功率；

边际成本计算模块，用于根据分布式电源输出的有功功率，计算其发电的边际成本；

一次控制模块，是在下垂控制的基础上，增加对分布式电源的边际成本的考虑，基于等微增率原理，实现微电网电压和频率稳定以及经济运行的功能；

二次控制模块，用于补偿一次控制模块所引起的电压和频率偏差，实现微电网在电压和频率上无差控制的功能；所述二次控制模块能够对一次控制模块所引起的频率和电压的偏差进行补偿，实现无差控制，其频率、电压补偿量计算如公式(3)、(4)所示：

其中，f^*是系统频率参考值，u^*是系统电压参考值；对于分布式电源i，Δf_i是其频率补偿量，f_i是其频率，Δu_i是其电压补偿量，u_i是其电压幅值，k_pf、k_if分别是频率二次控制的比例、积分系数，k_pu、k_iu分别是电压二次控制的比例、积分系数，是相邻节点集合，即需要通过网络向其发送数据的分布式电源集合，a_ij是二次控制相应的权重系数；Δf_i←j与Δu_i←j是分布式电源i从网络信息传输模块中接收到的来自分布式电源j的频率补偿量与电压补偿量；

自适应投切模块，用于实现分布式电源自适应加入和退出经济控制功能；所述自适应投切模块为了实现分布式电源自适应投入、切出经济控制功能，设计了投入状态下的控制方程(5)、切出状态下的控制方程(6)、投入状态切换至切出状态的转换条件(7)和切出状态切换至投入状态的转换条件(8)，具体如下：

m_i＝m₀ (5)

P_i＞P_i,max (7)

P_i＜P_i,max,m_i＝m₀ (8)

其中，对于分布式电源i，m_i是其自适应投切系数，是其自适应投切系数的导数，m₀是设定的常数，k_i是变化速度系数，b_ij是自适应投切相应的权重系数，P_i是其有功出力，P_i,max是其有功出力上限，MC_i(P_i,max)是其达到出力上限时的边际成本，是相邻节点集合，即需要通过网络向其发送数据的分布式电源集合；对于分布式电源j，m_j是其自适应投切系数，P_j是其有功功率，MC_j(P_j)是其边际成本；[m_jMC_j(P_j)]_i←j是分布式电源i从网络信息传输模块中接收到的来自分布式电源j的自适应投切系数与边际成本的乘积值；

网络信息传输模块，用于建立经通信网络传输后控制变量的数据延时和潜在篡改攻击模型；所述网络信息传输模块建立的数据延时和潜在篡改攻击模型，具体如下：

设定x_i←j(t)为分布式电源i在t时刻从网络中接收到来自分布式电源j的控制变量，包括：二次控制模块中的频率补偿量Δf_i←j、二次控制模块中的电压补偿量Δu_i←j和自适应投切模块中的自适应投切系数与边际成本乘积值[m_jMC_j(P_j)]_i←j；设定x_j(t)为分布式电源j在t时需要通过网络向其它分布式电源传输的控制变量，包括二次控制模块中的频率补偿量Δf_j、二次控制模块中的电压补偿量Δu_j和自适应投切模块中的自适应投切系数与边际成本乘积值m_jMC_j(P_j)；在时间上，由于x_i←j(t)经过传输网络，与x_j(t)存在网络延时关系；在数值上，考虑到潜在的网络攻击，x_i←j(t)与x_j(t)不同，因此，x_i←j(t)与x_j(t)之间的关系用如下模型表示：

其中，是与分布式电源i相邻节点集合，τ_i←j(t)是网络延时，λ_i←j(t)和μ_i←j(t)分别是攻击的增益系数和偏差系数，当λ_i←j(t)＝1且μ_i←j(t)＝0时，表示不存在数据篡改攻击；此外，设定x_i(t)为分布式电源i在t时自身的控制变量，包括二次控制模块中的频率补偿量Δf_i、二次控制模块中的电压补偿量Δu_i和自适应投切模块中的自适应投切系数与边际成本乘积值m_iMC_i(P_i)；由于x_i(t)无需经过传输网络即可获得，因此不存在延时与数据篡改攻击；

电压外环PI控制模块，用于根据输入的来自一次控制模块的参考电压，保证输出的参考电压稳定；

电流内环PI控制模块，用于根据输入的来自电压外环PI控制模块的参考电压，保证输出的调制波形与电压波形接近重合；

SPWM模块，通过比较SPWM载波与电流内环PI控制模块输出的调制波，产生逆变器的开关控制信号，实现调节分布式电源经逆变输出的实际频率和电压幅值的功能。