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申请/专利权人：上海大学

摘要：本发明提供了一种直流微电网故障和网络攻击区分检测方法及系统，包括：基于叠加原理和未知输入——Luenberger双观测器检测策略，将直流微电网执行器故障检测与直流微电网网络攻击检测分解为基于集中式未知输入观测器的网络层攻击检测、以及基于分布式Luenberger观测器的物理层执行器故障检测，以进行直流微电网物理层故障与网络层攻击的区分；所述基于叠加原理和未知输入——Luenberger双观测器检测策略包括：在分析未知输入观测器的对故障检测的结构局限性和Luenberger观测器对隐蔽攻击的不可检测性的基础上，将两种观测器组合，以利用观测器原有的性能优势达到检测目的，且使得单种观测器自身存在的局限性成为故障和攻击的差异化检测的切入点。

主权项：1.一种直流微电网故障和网络攻击区分检测方法，其特征在于，包括：将直流微电网执行器故障检测与直流微电网网络攻击检测分解为基于集中式未知输入观测器的网络层攻击检测、以及基于分布式Luenberger观测器的物理层执行器故障检测，以进行直流微电网物理层故障与网络层攻击的区分；以及基于叠加原理和未知输入——Luenberger双观测器检测策略，进行直流微电网执行器故障检测与直流微电网网络攻击检测的分解，其中所述基于叠加原理和未知输入——Luenberger双观测器检测策略包括：在分析未知输入观测器的对故障检测的结构局限性和Luenberger观测器对隐蔽攻击的不可检测性的基础上，将两种观测器组合以进行检测，其中利用单种观测器自身存在的局限性来区分故障和攻击；其中该方法还包括：对于网络层检测策略，在考虑到通信网络和物理拓扑异构，仅使用分布式发电单元之间的物理耦合信息无法对攻击进行全面检测的基础上，使用一组集中式架构的未知输入观测器，通过增广未知输入以及耦合噪声和故障，获取相邻分布式发电单元的状态估计信息，然后针对因增广未知输入导致的检测结构局限，引入人工状态，设计残差和相应阈值对直流微电网中可能发生的虚假数据注入攻击进行有效检测；以及对于物理层检测策略，在考虑由直流微电网建模不匹配和外界环境导致的过程和测量噪声、部件老化，外界环境影响引起的执行器故障以及控制器通信信道上被注入隐蔽性虚假数据注入攻击的基础上，通过直流微电网分布式发电单元邻居之间的物理耦合信息交互，使用分布式结构的Luenberger观测器，通过混合H∞H-性能指标和残差分解算法，实现直流微电网物理层执行器故障的检测；其中该方法还包括：构建未知输入观测器模块和Luenberger观测器模块，以进行执行器故障和网络攻击的检测和区分；在基于未知输入观测器的网络攻击检测模块中，设计如下的未知输入观测器作为本地分布式发电单元的邻居估计状态： 其中，zj,it是未知输入观测器的状态，表示增广状态xjt的估计，表示未知状态观测器输出，表示分布式发电单元i收到的来自其邻居的信息，Ci表示系统描述矩阵,Gj，Jj，Hj是在如下约束条件下设计的矩阵； 将常规攻击检测中用于估计状态的未知输入观测器转换为故障攻击双重影响下用于估计邻居状态的未知输入观测器组；基于将故障与噪声归一化处理的改进点使得残差对故障不敏感，以进行执行器故障影响下对网络攻击的准确检测，同时引入人工状态的改进点，以改善因增广后的未知输入与输出数量相同导致没有冗余检测攻击的局限性；在基于Luenberger观测器的执行器故障检测模块中，设计如下的残差分解算法： 其中，∈it和rit分别表示智能体i在网络攻击与执行器故障同时影响下的状态估计误差和残差，和分别表示智能体i“标称的”部分对应的状态估计误差和残差，和riat分别表示智能体i“受攻击的”影响部分对应的状态估计误差和残差，和rift分别表示智能体i“故障的”影响部分对应的状态估计误差和残差；基于残差分解的改进点，利用虚假数据注入攻击对Luenberger观测器的隐蔽性，结合基于均方根的残差评估函数及相应的阈值，进行系统在网络攻击下对执行器故障的检测。

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