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专利号: 2022110341721
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种DoS攻击下多区域光伏发电系统的故障检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:利用光伏发电系统各区域采集到的发电电流、回路电流和功率信息,考虑各区域光伏发电系统的非线性特性、互联性,构建光伏发电系统各子系统的状态空间模型,包括各区域的状态方程及测量方程;

建立状态空间模型的具体过程为:

状态方程:

测量方程:ya(t)=Caxa(t)

其中,角标 为多区域光伏发电系统的子系统编号,xa(t)代表a区域光伏发电系统的状态向量,xa(t)=col{xa1(t),xa2(t)},xa1(t)代表发电电流,xa2(t)代表回路电流;ya(t)代表a区域光伏发电系统的可测输出功率,ωa(t)代表a区域光伏发电系统的随机扰动,fa(t)代表a区域光伏发电系统的系统故障,Fa(x1(t),...xN(t))代表子系统内部及子系统间耦合的未知有界非线性特性;矩阵Aaa、Hja、Bωa、B'a、B1a、Ca均为已知的系统矩阵,表示求导;

步骤2:在步骤1构建的状态空间模型的基础上,构建多区域光伏发电系统的增广模型,包括增广状态方程及增广测量方程;

构建增广模型的具体过程为:

增广状态方程:

增广测量方程:y(t)=Cx(t),

其中,x(t)代表N区域光伏发电系统的增广状态向量,y(t)为系统的增广测量方程,x(t)=col{x11(t),x12(t),x21(t),x22(t),…,xN1(t),xN2(t)},y(t)=col{y1(t),…yN(t)},A,Bω,B1,B',C均为系数矩阵,Bω=diag[Bω1,Bω2,…,BωN],B′=diag[B′1,B′2,…,B′N],B1=diag[B11,B12,…,B1N];

步骤3:确定DoS攻击的先验信息,设定弹性事件触发信息传输策略,并基于该信息传输策略,修正步骤2中的增广测量方程;

具体过程为:

基于DoS攻击的先验信息设定弹性事件触发的信息传输策略,具体形式为:q

其中,t代表第q次传输时刻,h为采样时间,为第q次传输时刻后的第p次采样时刻,Θ为加权矩阵,μ、s、β均为可调事件触发参数, 代表实时输出功率q

与事件触发策略下最新测得的输出功率测量值y(t h)的差值, Ω(t)为动态参量,On代T表DoS攻击的第n次休眠时段,bn代表DoS攻击的第n次攻击时段Dn的结束时刻,(·) 表示转置,Ω、δ代表中间过程量;

在此基础上,系统的测量方程有着如下的改变:其中,dq弹性为事件触发判断机制到传感器之间的传输时延,(·)代表实际的测量值;

所述DoS攻击的先验信息包括时刻t0到时刻t的范围内,其攻击时段及休眠时段的平均驻留时间限制,具体为: 其中n0和n1为常数,NF

0 1

(t,t0)、ND(t,t0)为DoS攻击及休眠的次数,Δ (t,t0)、Δ (t,t0)为DoS攻击及休眠时段的总时长,τF、τD为DoS攻击及休眠的平均驻留时长;

步骤4:根据步骤3修正后的增广测量方程构建相应的有限频故障检测滤波器;

步骤5:根据步骤1中测量方程与步骤4中的故障检测滤波器中测量方程构造残差,并获得误差系统;

步骤6:判断DoS攻击是否可以被检测,如果可以被检测,则计算得出步骤4构建的有限频故障检测滤波器的增益矩阵,并使得步骤5构造的残差对扰动具有鲁棒性,并对故障具有敏感性;如果不可以被检测,则增加约束条件,使得构建的故障检测滤波器的增益矩阵对扰动具有鲁棒性,并对故障具有敏感性;

步骤7:基于步骤6得到的故障检测滤波器的增益矩阵与步骤5构造的残差,设计残差评价函数;

步骤8:根据实际需求,基于步骤7得到的残差评价函数及DoS攻击对其影响的经验值,制定阈值及报警策略,即实时检测得到的残差评价函数值大于预先设定的残差评价函数阈值,则报警;否则不报警,从而完成故障检测。

2.如权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于,步骤4中有限频故障检测滤波器的具体形式为:休眠时段

攻击时段

其中,xf(t),yf(t)分别为有限频故障检测滤波器的状态向量和测量输出,Af1、Bf1、Cf1、Af2、Cf2分别代表限频故障检测滤波器的待定增益。

3.如权利要求2所述的故障检测方法,其特征在于,步骤5的具体过程为:根据步骤1和步骤4中的测量方程构造误差r(t),r(t)=y(t)‑yf(t),误差增广系统为:

休眠时段

攻击时段

其中,

4.如权利要求3所述的故障检测方法,其特征在于,步骤6的具体过程为:当DoS攻击可以被检测时,

故障检测滤波器的增益矩阵包括Af1,Af2,Bf1,Cf1,Cf2,其中,N,M为相关矩阵, 为增益信息矩阵;

基于弹性事件触发策略的故障检测滤波器,当具备H∞性能γ1及H‑性能γ2两项指标的故障检测滤波器存在时,增益信息矩阵应使对于扰动信号和故障信号,下式成立,当DoS攻击无法被检测时,即DoS攻击的休眠和攻击时段未知的情况,在步骤6的计算过程中加入约束条件,使得所设计的故障检测滤波器仍能够保持对扰动的鲁棒性及对故障的敏感性:Af1=Af2,Cf1=Cf2。

5.如权利要求4所述的故障检测方法,其特征在于,步骤7中残差评价函数Jr(t)的具体形式为:其中,t为检测时长。

6.如权利要求5所述的故障检测方法,其特征在于,步骤8的具体过程为:设定残差评价函数的阈值形式,

*

其中,ΔJDoS是在满足步骤3先验条件的DoS攻击实验下Jr (t)的变化极值, 表示无故障、无攻击时函数的最大值;

因此,多区域互联光伏发电系统的故障检测的策略为:实时检测得到的残差评价函数值大于残差评价函数的阈值,则报警;否则不报警;其表达式为: