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系统并网技术 微电网 ★ 5.0

基于牵制控制的交流微电网群中构网型逆变器的网络化安全全局运行

Cyber-Secure Global Operation of Grid Forming Inverters in Pinning-Based AC Microgrid Clusters

作者 Satabdy Jena · Ankit Mishra · Narayana Prasad Padhy
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年7月
技术分类 系统并网技术
技术标签 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 网络攻击 交流微电网集群 分布式分层控制 安全框架 时域仿真
语言:

中文摘要

本文深入探讨了网络攻击者对基于牵制的交流微电网(MG)集群中电网形成逆变器(GFMIs)的全球功率共享、频率同步和电压调节的影响。文献中先前报道的技术将其网络攻击检测范围局限于二次控制层。然而,本文证明这些技术不足以防止网络攻击在更高级别的控制辅助联网微电网集群中传播。因此,在分布式分层控制的每个层级都提出了一个基于偏差的安全框架,该框架由状态重构功能进行协调。此外,所提出的针对电网形成逆变器的方法在包含电网跟随逆变器控制的异构环境中进行了测试。最后,在MATLAB/SimPowerSystems中进行的时域仿真阐明了所提出的安全控制器在各种攻击场景下的有效性。此外,所提出的网络安全全局运行方案在功率硬件在环实验中得到了验证。该实验利用实时数字模拟器、功率放大器以及基于现场可编程门阵列的WAVECT控制器来控制硬件实验装置。

English Abstract

This paper presents a detailed insight into the effects of cyber adversaries on global power sharing, frequency synchronization and voltage regulation of grid forming inverters (GFMIs) in pinning-based AC microgrid (MG) clusters. The previously reported techniques in literature have limited their cyber attack detection boundary to the secondary control layer. It is, however, proven in this paper that they are not sufficient to prevent the propagation of cyber attacks in higher level control assisted networked MG clusters. Therefore, a deviation-derived secure framework is proposed at each level of the distributed, hierarchical control. It is coordinated by the state reconstruction feature. Further, the proposed method for GFMIs is tested in a heterogeneous environment with grid following inverter control. Finally, time domain simulations in MATLAB/SimPowerSystems elucidate the effectiveness of the proposed secure controllers under various attack scenarios. Moreover, the proposed cyber-secure global operation is validated in power hardware in loop experimentation. It is developed with real time digital simulator, power amplifier and a field programmable gate array based WAVECT controller used for controlling the experimental setup in hardware.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文针对构网型逆变器(GFMI)在微电网集群中的网络安全问题提出了创新性解决方案,对我司储能系统和微电网业务具有重要参考价值。

论文揭示了一个关键技术盲区:传统网络安全防护仅关注二次控制层,无法有效防御针对高层级控制的网络攻击。这与我司在全球范围内部署的大规模储能和微电网项目面临的现实威胁高度契合。特别是在分布式能源管理系统(DEMS)和虚拟电厂(VPP)应用场景中,多层级控制架构的网络安全漏洞可能导致系统级故障,影响电网稳定性和资产安全。

该研究提出的"偏差衍生安全框架"通过状态重构实现多层级协同防护,这为我司构网型储能变流器(PCS)的控制算法优化提供了新思路。论文验证了异构环境下的兼容性(GFMI与跟网型逆变器混合运行),这对我司产品在复杂电网环境中的适应性提升具有实际指导意义。特别值得关注的是,研究采用了功率硬件在环(PHIL)实验验证,证明了方案的工程可行性。

技术挑战方面,该方案需要在现有控制器中集成状态监测和攻击检测算法,对计算资源和实时性要求较高,需评估在FPGA平台上的实现成本。机遇在于,随着全球对能源基础设施网络安全的重视度提升,具备内生安全能力的逆变器产品将形成差异化竞争优势。建议我司技术团队深入研究该框架在1500V高压储能系统和海外大型微电网项目中的适配性,并考虑将网络安全作为下一代SG8.0H储能变流器的核心卖点。