[发明专利]基于自适应滑模控制器的电力信息物理系统攻击防御方法

权利要求书

1.一种基于自适应滑模控制器的电力信息物理系统攻击防御方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，建立电力信息物理系统的数学模型；

步骤(2)，引入动态负载攻击信号和虚假数据注入攻击信号；

步骤(3)，建立电力信息物理系统受到动态负载攻击信号和虚假数据注入攻击信号攻击时的数学模型；

步骤(4)，建立电力信息物理系统受到动态负载攻击信号和虚假数据注入攻击信号攻击时的自适应滑模控制器的数学模型，如下式所示：

其中，u_c(t)是作用在控制输入信号u(t)上的自适应滑模控制器，自适应滑模控制器u_c(t)由两部分组成，第一部分为线性部分u_n(t)，用于保证电力信息物理系统的稳态运行，第二部分为补偿信号u_o(t)；

补偿信号u_o(t)中，α(x)是自适应滑模控制器的滑模函数，用于使受到攻击或扰动的电力信息物理系统运行状态拉回滑模面；||α(x)||是自适应滑模控制器的滑模函数的范数；η(x,t)是自适应滑模控制器的自适应率，自适应率η(x,t)由两部分组成，第一部分是针对动态负载攻击信号上界的估计，用于消除动态负载攻击对电力信息物理系统造成的影响，第二部分是针对虚假数据注入攻击信号上界的估计，用于消除虚假数据注入攻击对电力信息物理系统造成的影响；

步骤(5)，求解自适应滑模控制器的自适应率，获得自适应滑模控制器的补偿信号；

步骤(6)，通过自适应滑模控制器的补偿信号消除电力信息物理系统中动态负载攻击信号和虚假数据注入攻击信号对电力信息物理系统造成的影响。

2.如权利要求1所述的一种基于自适应滑模控制器的电力信息物理系统攻击防御方法，其特征在于，

所述步骤(1)，采用经典的小信号模型法对电力信息物理系统的动态特性进行描述，建立电力信息物理系统的数学模型，如下式所示：

其中，x(t)是电力信息物理系统的状态信号；y(t)是电力信息物理系统的输出信号；u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号；是电力信息物理系统的状态信号的微分；A是电力信息物理系统的系统矩阵；B是电力信息物理系统的控制分布矩阵；C是电力信息物理系统的量测矩阵，C＝[I 0]。

3.如权利要求2所述的一种基于自适应滑模控制器的电力信息物理系统攻击防御方法，其特征在于，

所述步骤(1)中，首先，将电力信息物理系统的互联结构编码为导纳加权图，得到拉普拉斯对称矩阵进一步整理可得，如下式所示：

其中，χ(t)＝[δ^T Δω^T θ^T]，δ^T是发电机转子角的转置，Δω^T是发电机频率偏差的转置，θ^T是节点电压角的转置；是χ(t)的微分；是节点输入功率的转置，是节点已知无源功率的转置；I是单位矩阵，M_g是发电机的惯性系数；D_g是发电机的阻尼系数；L_gg是电力信息物理系统发电机节点的导纳矩阵；L_gl是电力信息物理系统发电机节点和负荷节点之间的互导纳矩阵；L_lg是电力信息物理系统负荷节点和发电机节点之间的互导纳矩阵；L_ll是电力信息物理系统负荷节点的导纳矩阵；

然后，将矩阵E、矩阵N和P(t)带入公式(1)整理，得到电力信息物理系统物理量与系统参数之间的表达式，如下式所示：

其中，u(t)是电力信息物理系统的受控输入信号，P_w是节点的输入功率，P_θ是节点的已知无源功率；δ是发电机的转子角；是发电机的转子角的微分；Δω是发电机频率偏差；是发电机频率偏差的微分；

最后，设定：得到电力信息物理系统的数学模型，如下式所示：

其中，x(t)是电力信息物理系统的状态信号；y(t)是电力信息物理系统的输出信号；是电力信息物理系统的状态信号的微分；A是电力信息物理系统的系统矩阵；B是电力信息物理系统的控制分布矩阵；C是电力信息物理系统的量测矩阵，C＝[I 0]。