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风电变流技术 模型预测控制MPC ★ 5.0

基于控制性能标准的动态事件触发多步模型预测LFC用于存在FDI攻击的智能电网

A Control Performance Standards-Dependent Dynamic Event-Based Multistep Model Predictive LFC for Smart Grids With FDI Attacks

作者 Fan Wei · Xiongbo Wan · Xing-Chen Shangguan · Chuan-Ke Zhang · Leimin Wang
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年8月
技术分类 风电变流技术
技术标签 模型预测控制MPC
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 多区域智能电网 虚假数据注入攻击 动态事件触发机制 多步模型预测控制 控制性能标准
语言:

中文摘要

本文研究了在虚假数据注入攻击下,含风力发电和空调负荷的多区域智能电网(MASG)的多步模型预测负荷频率控制问题,其中考虑采用依赖控制性能标准(CPS)的动态事件触发机制(DETM)来管理数据传输。依赖CPS的DETM包含一个与频率偏差和区域控制误差的两个CPS相关的自适应调整变量,这有助于它在保证MASG所需频率和联络线功率的同时,有效减少数据包的不必要传输。分别应用两个离线优化问题(OP)来设计终端约束集(TCS)和近似单步集。在TCS之外采用由在线OP设计的控制律。基于这三个OP,提出了一种基于依赖CPS的DETM的多步模型预测控制(MPC)算法。给出了该算法的可行性和闭环系统稳定性分析。通过两区域和三区域智能电网的两个案例研究,验证了所设计的依赖CPS的DETM和基于动态事件的多步MPC算法的有效性和优越性。

English Abstract

This article investigates the multistep model predictive load frequency control problem for multiarea smart grids (MASGs) with wind power and air conditioning loads under false data injection attack, where a control performance standards (CPSs)-dependent dynamic event-triggered mechanism (DETM) is considered to manage the data transmission. The CPSs-dependent DETM contains an adaptive adjustment variable related to two CPSs on the frequency deviation and area control error, which helps it to effectively reduce unnecessary transmission of data packets while promising the required frequency and tie-lie power of the MASGs. Two off-line optimization problems (OPs) are applied to design the terminal constraint set (TCS) and the approximate one step sets, respectively. The control laws designed by an online OP are utilized outside of the TCS. A CPSs-dependent DETM-based multistep MPC algorithm is proposed on the basis of the three OPs. The analyses of the feasibility of the algorithm and the stability of the closed-loop system are given. The effectiveness and superiority of the designed CPSs-dependent DETM and dynamic event-based multistep MPC algorithm are verified in two case studies of two-area and three-area smart grids.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于控制性能标准的动态事件触发多步模型预测负荷频率控制技术具有重要的战略意义。随着公司在新能源领域的深度布局,特别是在光伏逆变器、储能系统及综合能源解决方案方面,该技术直接关联到多区域智能电网的频率稳定性这一核心问题。

该研究的价值主要体现在三个维度:首先,针对风电和空调负荷的频率控制算法与阳光电源的风光储一体化解决方案高度契合,能够提升系统在高比例新能源接入场景下的电网支撑能力。其次,动态事件触发机制通过自适应调整数据传输,可显著降低储能系统和逆变器的通信负载,这对于阳光电源正在推进的数字化、智能化产品升级具有直接参考价值。第三,虚假数据注入攻击防御能力的增强,符合当前电力系统网络安全的迫切需求,可为公司的智慧能源管理平台提供更可靠的安全保障。

从技术成熟度评估,该算法基于模型预测控制理论框架,具备较强的理论完备性,但工程化应用仍需关注几个挑战:多步预测的计算复杂度能否满足毫秒级控制响应要求,终端约束集的离线优化如何适配不同电网拓扑,以及实际攻击场景下的鲁棒性验证。

对阳光电源而言,建议将该技术纳入储能系统PCS控制策略的研发路线图,优先在微电网和虚拟电厂项目中开展试点验证,同时加强与高校的产学研合作,推动算法在分布式光伏集群控制中的适配性开发,抢占智能电网调频辅助服务市场的技术制高点。