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风电变流技术 调峰调频 ★ 5.0

抗拒DoS攻击与通信延迟的混合电力系统虚拟惯性辅助频率调节

Resilient Ratio Control Assisted Virtual Inertia for Frequency Regulation of Hybrid Power System Under DoS Attack and Communication Delay

作者 Pawan Kumar Pathak · Anil Kumar Yadav · Innocent Kamwa
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年10月
技术分类 风电变流技术
技术标签 调峰调频
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 混合电力系统 频率调节 PI控制器 虚拟惯性 控制设计
语言:

中文摘要

由于存在拒绝服务(DoS)攻击和通信时延(CTD),基于火电厂与风电场的混合电力系统(HPS)在面临风电波动和负荷变化时,其频率调节可能无法得到保障,在最糟糕的情况下,整个系统可能会失稳。本文提出了一种鲁棒比例 - 积分(PI)控制器,以补偿通信时延的影响,并且首次采用了基于智能模糊逻辑辅助比例控制的虚拟惯量(VI)来应对拒绝服务攻击。该控制器的设计采用了受物理启发的优化方法——菲克定律优化(FLO),并利用哈里托诺夫定理来确定控制器的最大和最小边界。通过考虑各种实际场景来评估所提出控制设计的有效性,这些场景包括网络攻击、参数不确定性、变化的通信时延、随机风电波动、工业和家庭负荷、阶跃负荷扰动以及系统非线性因素(如发电机死区(GDB)、阀门限制和发电机速率约束(GRC))。此外,为了评估所提出控制设计的稳定性,采用了基于最大灵敏度 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex-math notation="LaTeX">$( {{{{\bm{M}}}_{\bm{S}}}} )$</tex-math></inline-formula> 的稳定性评估方法。最后,还在多机互联的 IEEE - 39 母线系统上对该控制器的性能进行了评估。

English Abstract

Due to the presence of Denial-of-Service (DoS) attacks and communication time delay (CTD), frequency regulation of a thermal and wind plants-based hybrid power system (HPS) with wind power fluctuations and load variations may not be guaranteed, and in the worst situation overall system may be destabilized. This paper addresses a robust proportional-integral (PI) controller to compensate for the impact of CTD and for the first time, an intelligent fuzzy logic-assisted ratio control-based virtual inertia (VI) is implemented for handling the DoS attacks. The controller's design is carried out using physics-inspired optimization called Fick's law optimization (FLO), where Kharitonov's theorem is used to obtain the maximum and minimum bounds of the controller. The effectiveness of proposed control design is assessed by considering the various practical scenarios such as cyber-attacks, parametric uncertainties, varying CTD, stochastic wind power fluctuations, industrial and domestic loads, step load perturbations and the presence of system nonlinearities such as generator dead band (GDB), valve limits and generator rate constraint (GRC). Moreover, for the stability assessment of the proposed control design, maximum sensitivity ( {{{{M}}_}} ) based stability evaluation is employed. Finally, the controller performance is also evaluated upon a multi-machine interconnected IEEE-39 bus system.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文所提出的虚拟惯量技术与网络安全防护机制对我们在新能源并网控制领域具有重要的参考价值。随着光伏、风电等新能源在电网中的渗透率不断提升,系统惯量不足导致的频率稳定问题日益凸显,而论文提出的模糊逻辑辅助的虚拟惯量控制策略,恰好契合了我们储能变流器和光伏逆变器产品在电网支撑功能方面的技术升级需求。

特别值得关注的是,该研究首次将网络安全防护纳入频率调节控制框架,针对DoS攻击和通信延迟问题提出了鲁棒性解决方案。这对阳光电源正在推进的智慧能源管理系统和分布式能源云平台建设具有直接指导意义。我们的1+X模块化逆变器和液冷储能系统在实际应用中,需要通过通信网络实现多机协调控制,论文所提出的Kharitonov定理边界确定方法和基于Fick定律的优化算法,可以增强我们控制系统在复杂网络环境下的鲁棒性。

从技术成熟度评估来看,该研究已在IEEE-39节点系统上进行了验证,具备一定的工程化基础。但实际应用仍面临挑战:一是模糊逻辑控制规则需要针对不同场景进行定制化调整;二是虚拟惯量参数的实时优化需要较强的计算能力;三是与现有AGC系统的兼容性需要验证。

对阳光电源而言,这项技术为我们开发下一代具备主动支撑能力的智能逆变器和储能系统提供了理论基础,特别是在微电网、工商业储能等对频率稳定性要求较高的应用场景中,具有明确的商业化价值和市场竞争力提升空间。建议将相关算法纳入我们的控制平台技术储备,并开展针对性的工程化验证。