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FDI攻擊下孤島交流微電網(wǎng)滑模控制策略

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第12期

王君1，馮甜2

1.甘肅省全國工業(yè)生產(chǎn)過程先進質(zhì)量控制系統(tǒng)重點技術(shù)實驗室，甘肅蘭州730050； 2.蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州730050

摘要： 針對孤島交流微電網(wǎng)控制系統(tǒng)中不可避免的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊問題，當存在外部干擾時，設(shè)計了主動容侵控制策略。首先針對孤島交流微電網(wǎng)逆變系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。將控制系統(tǒng)傳感器側(cè)可能受到的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊信息當作一個輔助狀態(tài)向量，設(shè)計滑模攻擊觀測器對系統(tǒng)中的狀態(tài)變量和虛假數(shù)據(jù)注入攻擊信息同時進行估計。在獲得攻擊的估計信息后，利用積分滑模容侵控制器對虛假數(shù)據(jù)注入攻擊和外部有限能量干擾進行主動容侵控制，以確保微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。最后，通過仿真驗證了所提方法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞： 微電網(wǎng) 虛假數(shù)據(jù)注入攻擊滑模觀測器容侵控制

中圖分類號： TP391
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212359
中文引用格式： 王君，馮甜. FDI攻擊下孤島交流微電網(wǎng)滑模控制策略[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(12)：89-93，99.
英文引用格式： Wang Jun，F(xiàn)eng Tian. Sliding-mode control strategy of island AC microgrid under FDI attack[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(12)：89-93，99.

Sliding-mode control strategy of island AC microgrid under FDI attack

Wang Jun1，F(xiàn)eng Tian2

1.Key Lab of Advanced Control for Industrial Process in Gansu Province，Lanzhou 730050，China； 2.College of Electrical and Information Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China

Abstract： In this paper, an active intrusion tolerance control strategy is designed for the inevitable false data injection attack in the control system of island AC microgrid when there is external interference. Firstly, the state space model of the island AC microgrid inverter system is constructed. A sliding-mode attack observer is designed to estimate both the state variables and the false data injection attack information in the control system. After obtaining the estimated information of the attack, the integrated sliding mode intrusion tolerance controller is used to actively control the false data injection attack and external finite energy interference to ensure the stable operation of the microgrid system. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed method are verified by simulation.

Key words : microgrid；FDI attack；sliding-mode observer；intrusion tolerant control

0 引言

電力信息物理系統(tǒng)是智能電網(wǎng)與信息物理系統(tǒng)的有機結(jié)合，先進的信息技術(shù)給電力系統(tǒng)控制帶來便利的同時也伴隨著潛在負面影響。大量的研究指出，信息網(wǎng)中原有的各類安全風(fēng)險(如網(wǎng)絡(luò)攻擊)極易被引入到電力網(wǎng)中而使得系統(tǒng)變得脆弱^[1]。數(shù)據(jù)注入攻擊是一種典型的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，通過破壞電力信息物理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性來干擾決策，成功躲避壞數(shù)據(jù)檢測機制，達到危及電力信息物理系統(tǒng)安全的目的。

微電網(wǎng)是電力信息物理系統(tǒng)的一種且虛假數(shù)據(jù)注入攻擊也是微電網(wǎng)中最常見的攻擊。對微電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)實施虛假數(shù)據(jù)注入攻擊主要指：攻擊者利用設(shè)備漏洞，在信息采集、傳輸或計算環(huán)節(jié)蓄意注入錯誤數(shù)據(jù)，通過破壞數(shù)據(jù)的真實性使控制目標發(fā)生偏離，進而達到破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。常值虛假數(shù)據(jù)注入攻擊指攻擊信號為常值的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊。可見，常值虛假數(shù)據(jù)注入攻擊是最簡單的一種虛假數(shù)據(jù)注入攻擊形式。虛假數(shù)據(jù)注入攻擊在分布式控制中具有一定的隱蔽性。原因之一在于攻擊者不會采用幅值過大的注入數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)生正常擾動的錯覺，否則將會引起系統(tǒng)的警覺。對微電網(wǎng)分布式控制而言，常值虛假數(shù)據(jù)注入攻擊具有一定的隱蔽性和破壞性^[2]。因此，虛假數(shù)據(jù)注入攻擊的檢測與重構(gòu)對微電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運行具有重要意義。

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作者信息：

王君1，馮甜2

(1.甘肅省全國工業(yè)生產(chǎn)過程先進質(zhì)量控制系統(tǒng)重點技術(shù)實驗室，甘肅蘭州730050；

2.蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州730050)

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