考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法

1.本发明涉及负荷频率控制技术领域，尤其是涉及考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法。


背景技术：

2.频率作为电力系统最为重要的特征参数之一，对电力系统的稳定运行有着巨大的影响。负载频率控制(load frequency control，lfc)作为保障频率稳定的重要手段，发挥着巨大作用，其通过调整电力系统中发电机机组有功功率出力来平衡负载端消耗功率的波动，将区域联络线之间的交换功率维持在计划值，以保证系统频率稳定在设定值，使得电力系统安全稳定运行。伴随着计算机技术与通信技术的发展，电力系统传统的专用通信通道逐渐被开放性的通信网络所取代。开放的通信网络的加入，对电力系统的监测与资源调度带来了便利，但其高度的开放性与互联性对电力系统数据的采集与传输存在一定的安全隐患，易遭到网络攻击的影响，从而对电力系统的稳定运行造成威胁。其中，拒绝服务攻击通过发送大量垃圾信息阻塞通信网络，造成数据传输困难，具有攻击成本低，攻击效果显著，攻击难度低，攻击方式多样化的特点，是当前网络攻击中的头号威胁。
3.随着互联电网规模和复杂度的持续上升，控制中心依赖于通信网络监测发电机运行状态并下达控制指令。为了避免诸如负荷频率控制系统、自动电压控制、广域阻尼控制等实时应用对有限通信资源的竞争。近年来研究人员提出了事件触发控制(event-triggered control,etc)方案。现有的事件触发控制的基本思路是，在被控对象侧设置事件触发器(event-triggered detector,etd)，仅当事件触发器检测到状态偏差超过预设阈值后才触发系统状态和控制量传输。现有基于事件触发的负荷频率控制系统方案中，触发阈值自适应更新机制采用指数增长方案且并未限制上限，当状态偏差得到有效阻尼后，触发阈值的快速增长将导致电力控制中心迅速丧失对负荷频率控制系统运行状态的监控灵敏度，造成频率偏差恢复时间过长或联络线功率持续振荡。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服触发阈值自适应更新机制采用指数增长方案且并未限制上限而导致负荷频率控制系统运行状态的监控灵敏度降低的问题而提供的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，方法包括以下步骤：
7.s1、构造电力系统对应的负荷频率控制系统的第一状态空间方程；
8.s2、跟随系统输出性能的双向调整触发阈值的自适应事件触发控制方案，其中，自适应事件触发控制方案的控制指令的相邻两个触发时刻之间的时间段满足的有界自适应触发阈值为δ(tkh)＝min{δm,max{δm,λδ(t
k-1
h)}}，其中为有界自适应触发阈值，δm、δm分别为
有界自适应触发阈值的上、下界，tkh、t
k+1
h为相邻两个触发时刻，λ为控制参数，控制参数具体为：
[0009][0010]
其中，y(tkh)、y(t
k-1
h)分别为触发时刻tkh、t
k+1
h的负荷频率控制系统的输出量，输出量的差值δy(tkh)为：
[0011][0012]
s3、基于第一状态空间方程和自适应事件触发控制方案，建立考虑传输延时的互联电网对应的频率控制系统的第二状态空间方程；
[0013]
s4、根据第二状态空间方程确定随机dos攻击下场景切换过程；
[0014]
s5、根据李雅普诺夫稳定性理论建立随机dos攻击下切换过程的事件触发控制参数的设计准则，并按照事件触发控制参数更新准则更新事件触发控制参数，以进行负荷频率的控制。
[0015]
进一步地，自适应事件触发控制方案的控制指令为：
[0016][0017]
其中，u(t)为控制指令，k为无dos攻击时正常工作的控制器增益，h为采样周期，tkh和t
k+1
h分别为相邻两个触发时刻，分别为相邻两个触发时刻的传输延时，传输延时上界为x(tkh)为触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量。
[0018]
进一步地，自适应事件触发控制方案的事件触发通信机制，相邻两个触发时刻之间的关系为：
[0019][0020]
其中，采样时刻ikh＝tkh+lh，lh为相邻两个触发时刻之间的时间段，δ(tkh)为有界自适应触发阈值，e(ikh)为采样时刻ikh的负荷频率控制系统的状态量与上一次触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量之间的差值，φ、ξ均为性能权重矩阵，x(tkh)为触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量。
[0021]
进一步地，s4的第二状态空间方程为：
[0022][0023]
其中，其中，xn(t)为区域n的状态空间，xn(t)＝[δfn,δp
tie_n
,δp
mn
,δp
vn
,∫acen]
t
，δfn为区域n的频率偏差，δp
mn
为区域n内发电机输出机械功率δp
vn
为调速器阀门开度，δp
tie_n
为区域n内联络线功率波动，acen为区域n控制误差，acen＝βnδfn+δp
tie_n
，βn为区域n的频偏因子，
[0024]
a＝[a
nl
]n×n，其中，
[0025][0026][0027]
其中，dn和mn分别为区域n内发电机阻尼系数和转动惯量，t
tn
和t
gn
分别为区域n内汽轮机和调速器时间常数，rn为下垂系数，l
nl
为区域n、l间的联络线同步系数；
[0028]
b＝diag{bn}，其中，
[0029][0030]
k为无dos攻击时正常工作的控制器增益；
[0031][0031]
为采样时刻ikh的传输延时，ik为tk,tk+1,
…
,t
k+1
，
[0032]
w(t)＝[δp
d1
,δp
d2
,
…
,δp
dn
]
t
，其中，δp
dn
为区域n的负荷波动，
[0033]
f为f＝diag{fn}，其中，
[0034][0035]mn
为区域n内发电机转动惯量；
[0036]
e(ikh)为采样时刻ikh的负荷频率控制系统的状态量与上一次触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量之间的差值；
[0037]
y(t)为观测量，c＝diag{cn}
[0038][0039]
其中，βn为区域n的频偏因子。
[0040]
进一步地，s4中，假设[hn,h
n+1
]为一个完整的dos攻击信号，其中t∈[hn,hn+ln)时，
dos信号处于睡眠间隔不作用于系统，t∈[hn+ln,h
n+1
)时dos攻击处于活跃间隔作用于系统，第二状态空间方程确定随机dos攻击下场景切换过程为：
[0041]
时间段t∈[hn,hn+ln)的无dos攻击正常工作阶段时，第二状态空间方程不发生改变；
[0042]
时间段t∈[hn+ln,h
n+1
)的遭受dos攻击阶段时，控制器无法接受到事件触发器上传的信号，自适应事件触发控制方案的控制指令u(t)＝0，此时第二状态空间方程更新为：
[0043][0044]
其中，w(t)＝[δp
d1
,δp
d2
,
…
,δp
dn
]
t
，其中，δp
dn
为区域n的负荷波动，
[0045]
f为f＝diag{fn}，其中，
[0046][0047]
其中，xn(t)为区域n的状态空间，xn(t)＝[δfn,δp
tie_n
,δp
mn
,δp
vn
,∫acen]
t
，δfn为区域n的频率偏差，δp
mn
为区域n内发电机输出机械功率δp
vn
为调速器阀门开度，δp
tie_n
为区域n内联络线功率波动，acen为区域n控制误差，acen＝βnδfn+δp
tie_n
，βn为区域n的频偏因子，
[0048]
a＝[a
nl
]n×n，其中，
[0049][0050][0051]
其中，dn和mn分别为区域n内发电机阻尼系数和转动惯量，t
tn
和t
gn
分别为区域n内汽轮机和调速器时间常数，rn为下垂系数，l
nl
为区域n、l间的联络线同步系数。
[0052]
进一步地，第一状态空间方程为：
[0053][0054]
其中，u(t)为控制指令，s
dos
(t)为dos攻击信号。
[0055]
进一步地，dos攻击信号为：
[0056][0057]
其中，hn＝[hn,hn+ln)，ln＝[hn+ln,h
n+1
)分别对应dos攻击的睡眠间隔与活跃间隔。
[0058]
进一步地，事件触发控制参数更新准则为：
[0059]
设运行时段[t0,t1]内，负荷频率控制系统遭受dos攻击切换了k次，切换时刻为t1,t2,
…
,tk，平均驻留时间td与切换次数满足k≤1+(t
1-t0)/td；
[0060]
同时，给定标量λ、σ、γ、ρ》0，若存在dos攻击时间占比系数α∈[0,1)，且满足事件触发控制参数设计准则以及不等式的适维矩阵k、x以及对称正定矩阵λ、
[0061]
进一步地，满足的不等式为：
[0062][0063]
其中，td为平均驻留时间，λ、σ为给定标量，为最小要求的平均驻留时间，α为dos攻击时间占比系数，为传输延时上界。
[0064]
进一步地，事件触发控制参数的设计准则为：
[0065]
给定标量λ、γ、ρ》0，若存在满足线性矩阵不等式的适维矩阵以及对称正定矩阵λ、则满足事件触发控制参数的设计准则。
[0066]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0067]
本发明采用变化的有界自适应触发阈值，若系统输出性能变差时，触发阈值δ下降，通过增加触发次数来恢复系统的输出性能；反之，系统输出性能变好时，触发阈值δ上升，减少触发次数以节约通信资源。此时的触发阈值调整方案能根据系统的输出性能完成双向动态自适应调整，可以更好地兼顾系统性能与节约通信网络资源。对比现有的触发阈值无上界的自适应更新机制相比，本发明保证了在互联电网频率偏差得到有效控制后，控制中心对负荷频率控制系统运行状态的监控仍具备一定的灵敏度。
附图说明
[0068]
图1为本发明的流程图；
[0069]
图2为本发明的互联电力系统结构框图；
[0070]
图3为本发明dos攻击发生时数据传输情况与切换过程；
[0071]
图4为本发明随机dos攻击切换信号示意图；
[0072]
图5为本发明的不同控制方案的频率偏差的示意图，其中，(a)为本发明应用例的本实施例频率偏差；(b)为采用固定触发阈值的静态事件触发控制方案时的频率偏差；(c)为采用单向自适应调整触发阈值的事件触发控制方案时的频率偏差；
[0073]
图6为本发明的不同控制方案的触发时刻与触发间隔的示意图，其中，(a)为本发明应用例；(b)为采用固定触发阈值的静态事件触发控制方案；(c)为采用单向自适应调整触发阈值的事件触发控制方案；
[0074]
图7为本发明的不同事件触发控制方案对应的控制性能的示意图。其中，(a)为对应的频率偏差最大值；(b)为对应区域控制误差(area control error，ace)的绝对误差积
分(integral of absolute error，iae)；(c)为对应的ace方差；(d)为对应的事件触发次数。
具体实施方式
[0075]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0076]
本发明提供一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法以解决dos攻击下导致系统失稳的问题。方法的流程图如图1所示。
[0077]
方法包括以下步骤：
[0078]
步骤s1：构造互联电力系统对应的负荷频率控制系统的第一状态空间方程。
[0079]
其中，互联电力系统结构框图如图2所示。
[0080]
第一状态空间方程包含新能源有功功率出力、储能装置有功输出、电网负荷需求等，具体如下：
[0081][0082]
其中，xn(t)为区域n的状态空间，xn(t)＝[δfn,δp
tie_n
,δp
mn
,δp
vn
,∫acen]
t
，δfn为区域n的频率偏差，δp
mn
为区域n内发电机输出机械功率，发电机一般为同步发电机，δp
vn
为调速器阀门开度，δp
tie_n
为区域n内联络线功率波动，acen为区域n控制误差，acen＝βnδfn+δp
tie_n
，βn为区域n的频偏因子；
[0083]
u(t)＝[u1(t),u2(t),
…
,un(t)]
t
，其中，un(t)为区域n的控制指令；
[0084]
w(t)＝[δp
d1
,δp
d2
,
…
,δp
dn
]
t
，其中，δp
dn
为区域n的负荷波动；
[0085]
a＝[a
nl
]n×n，其中，
[0086][0087][0088]dn
和mn分别为区域n内发电机阻尼系数和转动惯量，t
tn
和t
gn
分别为区域n内汽轮机和调速器时间常数，rn为下垂系数，l
nl
为区域n、l间的联络线同步系数；
[0089]
b＝diag{bn}，其中，
[0090][0091]
c＝diag{cn}，其中，
[0092][0093]
f＝diag{fn}，其中，
[0094][0095][0096]
其中，hn＝[hn,hn+ln)，ln＝[hn+ln,h
n+1
)分别对应dos攻击的睡眠间隔与活跃间隔。
[0097]
假设系统在时间间隔[t1,t2]内切换k次，由平均驻留时间技术有：k≤1+(t
1-t0)/td，则攻击频率：
[0098][0099]
遭受攻击总时间：t
↑
＝α(t
2-t1)，其中，α为攻击时间占比系数。
[0100]
应当理解的是，上述的物理量中βn、dn、mn、t
tn
、t
gn
、rn、l
nl
为固有量，δfn、δp
mn
、δp
vn
、acen为采集量。
[0101]
步骤s2：设计一种新型跟随系统输出性能的双向调整触发阈值的自适应事件触发控制方案。
[0102]
其中，自适应事件触发控制方案的控制指令包括：
[0103][0104]
其中，k为无dos攻击时正常工作的控制器增益，h为采样周期，tkh和t
k+1
h分别为相邻两个触发时刻，tkh、t
k+1
h∈n，分别为相邻两个触发时刻的传输延时，传输延时上界为x(tkh)为触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量。
[0105]
其中，自适应事件触发控制方案的事件触发通信机制包括：
[0106][0107]
其中，采样时刻ikh＝tkh+lh，lh为相邻两个触发时刻之间的时间段，δ(tkh)为有界自适应触发阈值，e(ikh)为采样时刻ikh的负荷频率控制系统的状态量与上一次触发时刻tkh的负荷频率控制系统的状态量之间的差值，φ、ξ均为性能权重矩阵，φ、ξ》0。
[0108]
现有触发阈值随控制性能自适应调整的事件触发负荷频率控制方案中，触发阈值一般采用单向指数增长的更新方式。当系统偏差开始阻尼后，触发阈值的指数级上升将导
致电力控制中心迅速丧失对负荷频率控制系统的监控灵敏度，导致频率偏差恢复缓慢。因此，本发明实施例的双向有界自适应触发阈值调整机制包括：
[0109]
δ(tkh)＝min{δm,max{δm,λδ(t
k-1
h)}}；
[0110][0111]
其中，
[0112][0113]
y(tkh)、y(t
k-1
h)分别为触发时刻tkh、t
k+1
h的负荷频率控制系统的输出量，δm≤δ(tkh)≤δm，δm、δm分别为有界自适应触发阈值的上、下界，0≤δm≤δm＜1。若系统输出性能变差时，触发阈值δ下降，通过增加触发次数来恢复系统的输出性能；反之，系统输出性能变好时，触发阈值δ上升，减少触发次数以节约通信资源。此时的触发阈值调整方案能根据系统的输出性能完成双向动态自适应调整，可以更好地兼顾系统性能与节约通信网络资源。
[0114]
显然，与现有的触发阈值无上界的自适应更新机制相比，本发明实施例保证了在互联电网频率偏差得到有效控制后，控制中心对负荷频率控制系统运行状态的监控仍具备一定的灵敏度。
[0115]
步骤s3：基于第一状态空间方程和自适应事件触发控制方案，建立考虑传输延时的互联电网对应的频率控制系统的第二状态空间方程。
[0116]
具体的，考虑到事件触发控制参数调整过程中存在延时问题，当负荷频率控制系统运行于无dos攻击场景下时，基于类采样间隔子集描述方法，任意两个事件触发间隔内闭环负荷频率控制系统的动态特定可以通过第二状态空间方程描述，具体包括：
[0117][0118]
其中，τ(t)＝t-ikh，h，为采样时刻ikh的传输延时，ik＝tk,tk+1,
…
,t
k+1
。
[0119]
步骤s4：根据第二状态空间方程确定随机dos攻击下场景切换过程。
[0120]
由于事件触发器和控制器位于网络的两侧，dos攻击的出现会造成控制器无法接收到事件触发器上传的信号，从而造成系统控制性能下降。假设[hn,h
n+1
]为一个完整的dos攻击信号，其中t∈[hn,hn+ln)时，dos信号处于睡眠间隔不作用于系统，t∈[hn+ln,h
n+1
)时dos攻击处于活跃间隔作用于系统。基于此，如图3所示，随机dos攻击下的系统第二状态空间方程更新过程如下：
[0121]
step 1，时间段t∈[hn,hn+ln)的无dos攻击正常工作阶段：
[0122]
系统未遭受到dos攻击，事件触发器参数和控制器增益保持不变，事件触发阈值跟随系统输出性能而改变。
[0123]
该无dos攻击的正常工作阶段的所述频率控制系统的第二状态空间方程包括：
[0124][0125]
该无dos攻击的正常工作阶段的所述频率控制系统的事件触发通信机制包括：
[0126][0127]
δ(tkh)＝min{δm,max{δm,λδ(t
k-1
h)}}
[0128][0129]
step2，时间段t∈[hn+ln,h
n+1
)的遭受dos攻击阶段：
[0130]
t＝hn+ln时刻系统遭受到dos攻击后，控制器无法接受到事件触发器上传的信号，此时u(t)＝0。
[0131]
该遭受dos攻击阶段的所述频率控制系统的第二状态空间方程包括：
[0132][0133]
该遭受dos攻击阶段的所述自适应事件触发控制方案的事件触发通信机制包括：
[0134][0135]
步骤s5：根据lyapunov稳定性理论建立随机dos攻击下场景切换过程的事件触发控制参数的设计准则，并按照事件触发控制参数更新准则更新事件触发控制参数，以进行负荷频率的控制。
[0136]
其中，事件触发控制参数为自适应事件触发控制方案的事件触发阈值。
[0137]
具体的，事件触发控制参数的设计准则包括：
[0138]
给定标量λ、γ、ρ》0，，若存在满足线性矩阵不等式的适维矩阵以及对称正定矩阵λ、则所述负荷频率控制系统在遭受dos攻击时系统是输出稳定的；
[0139]
控制增益和正定矩阵满足：k＝yλ-1
、、
[0140]
其中，所述线性矩阵不等式包括：
[0141][0142]
以及，
[0143][0144]
其中，
[0145][0146][0147][0148][0149][0150][0151][0152][0153][0154][0155][0156][0157][0158][0159][0160][0161]
应当理解的是，i为单位矩阵,星号“*”表示的是该位置的矩阵是与该位置位于对角线上的对称的矩阵的转置矩阵。
[0162]
通过上述事件触发控制参数的设计准则，可保障互联电力系统在遭受dos攻击下切换、随机功率波动下的频率稳定性。
[0163]
具体的，考虑到dos攻击造成系统输出性能下降，根据驻留时间技术确定的随机
dos攻击下场景间切换过程的事件触发控制参数更新准则包括：
[0164]
设运行时段[t0,t1]内，负荷频率控制系统遭受dos攻击切换了k次，切换时刻为t1,t2,
…
,tk，平均驻留时间td与切换次数满足k≤1+(t
1-t0)/td；
[0165]
给定标量λ、σ、γ、ρ》0，若存在dos攻击时间占比系数α∈[0,1)，且满足事件触发控制参数设计准则以及不等式的适维矩阵k、x以及对称正定矩阵λ、制参数设计准则以及不等式的适维矩阵k、x以及对称正定矩阵λ、则所述负荷频率控制系统在随机dos攻击下切换满足收敛稳定；
[0166]
其中，所述不等式包括：
[0167][0168]
其中，为最小要求的平均驻留时间。
[0169]
通过上述方法，可实现dos攻击下的切换系统收敛稳定运行。
[0170]
此外，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的dos攻击下基于事件触发的切换负荷频率控制方法。
[0171]
此外，本发明还公开了一种dos攻击下基于事件触发的切换负荷频率控制系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。
[0172]
下面以一具体应用例对本发明实施例的技术方案作进一步说明。
[0173]
为了验证本发明所提出的随机dos攻击下基于事件触发互联电力系统的切换负荷频率控制方法的可行性，本发明应用例对如表1所示的一个两区域互联电网负荷频率控制系统进行测试。对比方法选择为：1)采用固定触发阈值的事件触发控制方案；2)采用单向自适应调整触发阈值的事件触发控制方案；
[0174]
表1互联电力系统频率控制系统参数取值
[0175][0176]
图4示出了随机dos攻击切换信号。图5示出了不同控制方案的频率偏差。图6示出了不同控制方案的触发时刻与触发间隔。图7示出了不同事件触发控制方案对应的控制性能。
[0177]
根据图7中(a)-(d)，本发明实施例所涉及的方案与单向自适应阈值调整控制方案和静态触发阈值控制方案相比，尽管本发明实施例的方案下的频率偏差最大值上升了0.15％与0.19％；本发明实施例的方案下的区域控制误差ace的绝对误差积分iae上升了
0.53％与0.9％，本发明实施例的方案下的ace方差上升0.1％与0.16％；但触发次数明显下降2.8％与43.1％。可见，与其他事件触发控制方案相比，本发明实施例的方案通过触发阈值有界自适应更新机制，控制性能虽有所下降，但变化甚微，触发次数明显降低，利于通信资源节约，保障了控制中心对负荷频率控制系统的监控灵敏度。
[0178]
综上，本发明通过建立dos攻击是否发生的0-1模型，针对dos攻击未发生情况，设计了控制器和跟随输出性能调整触发阈值的事件触发策略以低通信频率稳定负荷频率控制系统。同时，考虑到系统遭受dos攻击时导致的控制信号无法传输，导致此时系统输出不稳定的后果，基于平均驻留时间技术推导了遭受dos攻击时的系统收敛稳定，以解决现有互联电网频率控制过程中，易遭受网络攻击，从而造成系统失稳的问题。
[0179]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：s1、构造电力系统对应的负荷频率控制系统的第一状态空间方程；s2、跟随系统输出性能的双向调整触发阈值的自适应事件触发控制方案，其中，自适应事件触发控制方案的控制指令的相邻两个触发时刻之间的时间段满足的有界自适应触发阈值为δ(t
k
h)＝min{δ
m
,max{δ
m
,λδ(t
k-1
h)}}，其中为有界自适应触发阈值，δ
m
、δ
m
分别为有界自适应触发阈值的上、下界，t
k
h、t
k+1
h为相邻两个触发时刻，λ为控制参数，控制参数具体为：其中，y(t
k
h)、y(t
k-1
h)分别为触发时刻t
k
h、t
k+1
h的负荷频率控制系统的输出量，输出量的差值δy(t
k
h)为：s3、基于第一状态空间方程和自适应事件触发控制方案，建立考虑传输延时的互联电网对应的频率控制系统的第二状态空间方程；s4、根据第二状态空间方程确定随机dos攻击下场景切换过程；s5、根据李雅普诺夫稳定性理论建立随机dos攻击下切换过程的事件触发控制参数的设计准则，并按照事件触发控制参数更新准则更新事件触发控制参数，以进行负荷频率的控制。2.根据权利要求1所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，自适应事件触发控制方案的控制指令为：u(t)＝kx(t
k
h)，其中，u(t)为控制指令，k为无dos攻击时正常工作的控制器增益，h为采样周期，t
k
h和t
k+1
h分别为相邻两个触发时刻，分别为相邻两个触发时刻的传输延时，传输延时上界为x(t
k
h)为触发时刻t
k
h的负荷频率控制系统的状态量。3.根据权利要求2所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，自适应事件触发控制方案的事件触发通信机制，相邻两个触发时刻之间的关系为：其中，采样时刻i
k
h＝t
k
h+lh，lh为相邻两个触发时刻之间的时间段，δ(t
k
h)为有界自适应触发阈值，e(i
k
h)为采样时刻i
k
h的负荷频率控制系统的状态量与上一次触发时刻t
k
h的负荷频率控制系统的状态量之间的差值，φ、ξ均为性能权重矩阵，x(t
k
h)为触发时刻t
k
h的负荷频率控制系统的状态量。
4.根据权利要求1所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，s4的第二状态空间方程为：其中，其中，x
n
(t)为区域n的状态空间，x
n
(t)＝[δf
n
,δp
tie_n
,δp
mn
,δp
vn
,∫ace
n
]
t
，δf
n
为区域n的频率偏差，δp
mn
为区域n内发电机输出机械功率δp
vn
为调速器阀门开度，δp
tie_n
为区域n内联络线功率波动，ace
n
为区域n控制误差，ace
n
＝β
n
δf
n
+δp
tie_n
，β
n
为区域n的频偏因子，a＝[a
nl
]
n
×
n
，其中，，其中，其中，d
n
和m
n
分别为区域n内发电机阻尼系数和转动惯量，t
tn
和t
gn
分别为区域n内汽轮机和调速器时间常数，r
n
为下垂系数，l
nl
为区域n、l间的联络线同步系数；b＝diag{b
n
}，其中，k为无dos攻击时正常工作的控制器增益；为采样时刻i
k
h的传输延时，i
k
为t
k
,t
k
+1,
…
,t
k+1
，w(t)＝[δp
d1
,δp
d2
,
…
,δp
dn
]
t
，其中，δp
dn
为区域n的负荷波动，f为f＝diag{f
n
}，其中，
m
n
为区域n内发电机转动惯量；e(i
k
h)为采样时刻i
k
h的负荷频率控制系统的状态量与上一次触发时刻t
k
h的负荷频率控制系统的状态量之间的差值；y(t)为观测量，c＝diag{c
n
}其中，β
n
为区域n的频偏因子。5.根据权利要求4所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，s4中，假设[h
n
,h
n+1
]为一个完整的dos攻击信号，其中t∈[h
n
,h
n
+l
n
)时，dos信号处于睡眠间隔不作用于系统，t∈[h
n
+l
n
,h
n+1
)时dos攻击处于活跃间隔作用于系统，第二状态空间方程确定随机dos攻击下场景切换过程为：时间段t∈[h
n
,h
n
+l
n
)的无dos攻击正常工作阶段时，第二状态空间方程不发生改变；时间段t∈[h
n
+l
n
,h
n+1
)的遭受dos攻击阶段时，控制器无法接受到事件触发器上传的信号，自适应事件触发控制方案的控制指令u(t)＝0，此时第二状态空间方程更新为：其中，w(t)＝[δp
d1
,δp
d2
,
…
,δp
dn
]
t
，其中，δp
dn
为区域n的负荷波动，f为f＝diag{f
n
}，其中，}，其中，其中，x
n
(t)为区域n的状态空间，x
n
(t)＝[δf
n
,δp
tie_n
,δp
mn
,δp
vn
,∫ace
n
]
t
，δf
n
为区域n的频率偏差，δp
mn
为区域n内发电机输出机械功率δp
vn
为调速器阀门开度，δp
tie_n
为区域n内联络线功率波动，ace
n
为区域n控制误差，ace
n
＝β
n
δf
n
+δp
tie_n
，β
n
为区域n的频偏因子，a＝[a
nl
]
n
×
n
，其中，，其中，其中，d
n
和m
n
分别为区域n内发电机阻尼系数和转动惯量，t
tn
和t
gn
分别为区域n内汽轮
机和调速器时间常数，r
n
为下垂系数，l
nl
为区域n、l间的联络线同步系数。6.根据权利要求5所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，第一状态空间方程为：其中，u(t)为控制指令，s
dos
(t)为dos攻击信号。7.根据权利要求6所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，dos攻击信号为：其中，h
n
＝[h
n
,h
n
+l
n
)，l
n
＝[h
n
+l
n
,h
n+1
)分别对应dos攻击的睡眠间隔与活跃间隔。8.根据权利要求1所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，事件触发控制参数更新准则为：设运行时段[t0,t1]内，负荷频率控制系统遭受dos攻击切换了k次，切换时刻为t1,t2,
…
,t
k
，平均驻留时间t
d
与切换次数满足k≤1+(t
1-t0)/t
d
；同时，给定标量λ、σ、γ、ρ>0，若存在dos攻击时间占比系数α∈[0,1)，且满足事件触发控制参数设计准则以及不等式的适维矩阵k、x以及对称正定矩阵λ、9.根据权利要求8所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，满足的不等式为：其中，t
d
为平均驻留时间，λ、σ为给定标量，为最小要求的平均驻留时间，α为dos攻击时间占比系数，为传输延时上界。10.根据权利要求8所述的一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，其特征在于，事件触发控制参数的设计准则为：给定标量λ、γ、ρ>0，若存在满足线性矩阵不等式的适维矩阵以及对称正定矩阵λ、则满足事件触发控制参数的设计准则。

技术总结
本发明涉及一种考虑拒绝服务攻击的电力系统负荷频率事件触发控制方法，方法包括以下步骤：S1、构造电力系统对应的负荷频率控制系统的第一状态空间方程；S2、跟随系统输出性能的双向调整触发阈值的自适应事件触发控制方案，S3、基于第一状态空间方程和自适应事件触发控制方案，建立考虑传输延时的互联电网对应的频率控制系统的第二状态空间方程；S4、根据第二状态空间方程确定随机DoS攻击下场景切换过程；S5、建立事件触发控制参数的设计准则，并按照事件触发控制参数更新准则更新事件触发控制参数，以进行负荷频率的控制。与现有技术相比，本发明具有灵活调整触发阈值，保证系统灵敏度等优点。灵敏度等优点。灵敏度等优点。


技术研发人员：彭晨 张佳访 张亚健 王玉龙
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/6