CN113206517A

CN113206517A - 孤岛微电网频率和电压恢复控制方法、装置、设备和介质

Info

Publication number: CN113206517A
Application number: CN202110585624.4A
Authority: CN
Inventors: 杜兆斌; 詹浩钦; 吴佳润; 陈飞鸿
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2041-05-27
Also published as: CN113206517B

Abstract

本发明公开了一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法、装置、设备和介质，所述方法包括：针对基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络；基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法；基于孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制。本发明提供的基于隐藏网络的孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，使孤岛微电网的电压和频率保持稳定，提高了孤岛微电网应对网络攻击的弹性。

Description

孤岛微电网频率和电压恢复控制方法、装置、设备和介质

技术领域

本发明涉及微电网控制技术领域，特别是涉及一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法、装置、设备和介质。

背景技术

随着能源转型的逐步推进以及碳中和目标的提出，可再生能源发电在全球进一步得到发展和推广。孤岛微电网作为整合可再生能源发电的重要形式，能够为农村、海岛、军事基地等偏远地区提供安全可靠的清洁电能。孤岛微电网广泛采用分层控制架构保障系统的安全稳定运行，第一层控制采用下垂控制实现分布式电源的有功功率和无功功率均分，第二层控制利用通信网络交互分布式电源之间的频率和电压等电气信息，从而实现频率和电压恢复。与通信网络高度融合的孤岛微电网转变为典型的信息物理系统，面临着网络攻击等极端人为攻击事件的威胁。

如何增强应对网络攻击的弹性成为孤岛微电网的新挑战。信息物理系统可能遭受的网络攻击中，以虚假数据注入攻击(FDIA)可能造成的伤害程度为最大，其通过改变传感器和执行器中的真实数据，可能会导致系统不稳定甚至发生更严重的事故。因此，如何抵御虚假数据注入攻击对孤岛微电网分布式频率和电压恢复控制的影响，对于微电网的稳定运行具有重要意义。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法、装置、设备和介质，针对采用分层控制的逆变器型分布式电源，在传统一致性算法的基础上，引入一个隐藏网络与通信网络交互，将基于传统一致性算法的分布式频率和电压恢复控制，改进为弹性分布式频率和电压恢复控制，以缓解虚假数据注入攻击对频率和电压恢复的影响，提高孤岛微电网应对网络攻击的弹性。

本发明的第一个目的在于提供一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法。

本发明的第二个目的在于提供一种孤岛微电网频率和电压恢复控制装置。

本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。

本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法，所述方法包括：

针对基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络；

基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法；

基于孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制。

进一步的，所述孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法包括孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法与孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法；

所述基于孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制，具体包括：

若孤岛微电网遭受网络攻击，通过所述孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法改善孤岛微电网的频率恢复和有功均分控制偏差；

若孤岛微电网遭受网络攻击，通过所述孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法改善孤岛微电网的电压恢复和无功均分控制偏差。

进一步的，所述孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法，如下式：

Δω＝∫(u_ω+u_P)dt

其中，u_ω为角频率恢复控制律，u_P为有功均分控制律，Δω为二次控制器产生的注入到一次控制器的角频率补偿信号列向量，ω＝[ω₁,...,ω_N]^T为每台分布式电源的角频率组成的列向量，P_m＝[P_m,1,...,P_m,N]^T＝[m_P,1P₁,...,m_P,NP_N]^T为每台分布式电源的有功功率与有功下垂系数之积组成的列向量，ω_h＝[ω_h,1,...,ω_h,N]^T和P_h＝[P_h,1,...,P_h,N]^T为隐藏网络

中相应的角频率和有功的状态量，ω_ref为角频率参考值，β_ω和β_P为原通信网络的控制增益，γ_ω和γ_P为隐藏网络的控制增益，矩阵L为通信网络的拉普拉斯矩阵，矩阵H为隐藏网络的拉普拉斯矩阵，矩阵G为牵制矩阵，矩阵H_l和矩阵L_h表示通信网络

的节点i与隐藏网络

的节点j之间的通信情况；矩阵H_l为任意稀疏可逆矩阵，1_N是元素全为1的N维列向量，δ_ω和δ_P为通信网络在频率和有功控制遭受的未知有界攻击，δ_ωh和δ_Ph为隐藏网络在频率和有功控制遭受的未知有界攻击，

和

分别表示对相应的变量求微分；

若孤岛微电网遭受网络攻击，在所述孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法作用下，孤岛微电网的角频率渐近稳定于：

其中，

为通信网络在频率控制遭受的未知有界攻击的稳态值，

为隐藏网络在频率控制遭受的未知有界攻击的稳态值；

所述孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法，如下式所示：

ΔV＝∫(u_v+u_Q)dt

其中，u_v为电压恢复控制律，u_Q为无功均分控制律，ΔV为二次控制器产生的注入到一次控制器的电压补偿信号列向量，v_o＝[v_o,1,...,v_o,N]^T为每台分布式电源的电压组成的列向量，v_oh＝[v_oh,1,...,v_oh,N]^T和Q_h＝[Q_h,1,...,Q_h,N]^T为隐藏网络

中相应的电压和无功的状态量，v_ref为电压参考值，β_v和β_Q为通信网络的控制增益，γ_v和γ_Q为隐藏网络的控制增益，δ_v＝[δ_v,1,...,δ_v,N]^T和δ_Q＝[δ_Q,1,...,δ_Q,N]^T为通信网络在电压和无功控制遭受的未知有界攻击，δ_vh＝[δ_vh,1,...,δ_vh,N]^T和δ_Qh＝[δ_Qh,1,...,δ_Qh,N]^T为隐藏网络在电压和无功控制遭受的未知有界攻击，

和

分别表示对相应的变量求微分；

若孤岛微电网遭受网络攻击，在所述孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法作用下，孤岛微电网的电压渐近稳定于：

其中，

为通信网络在电压控制遭受的未知有界攻击的稳态值，

为隐藏网络在电压控制遭受的未知有界攻击的稳态值；

进一步的，所述隐藏网络和通信网络均为稀疏通信的连通拓扑结构，其中：

所述通信网络

的拉普拉斯矩阵为

i，j为通信网络的两个节点，N为通信网络总的节点个数，当i≠j时，l_ij＝-a_ij；当i＝j时，

a_ij表示节点i和节点j的通信情况，当两个节点之间有通信时，a_ij＝1，否则，a_ij＝0；

所述隐藏网络

的拉普拉斯矩阵为

进一步的，所述基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网的一次控制层采用下垂控制，如下式：

ω_i＝ω_n,i-m_P,iP_i

v_oi＝V_n,i-n_Q,iQ_i

其中，ω_i和v_oi分别为分布式电源输出电容电压的角频率和幅值，ω_n,i和V_n,i分别为分布式电源的额定角频率和额定电压，P_i和Q_i分别为分布式电源的输出有功功率和无功功率，m_P,i和n_Q,i分别为有功下垂系数和无功下垂系数。

进一步的，所述基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网的二次控制层，产生补偿项附加到一次控制层中，如下式：

ω_i＝ω_n,i-m_P,iP_i+Δω_i

v_oi＝V_n,i-n_Q,iQ_i+ΔV_i

其中，Δω_i和ΔV_i为二次控制器产生的频率补偿信号和电压补偿信号，为了实现频率和电压恢复，采用传统一致性算法。

进一步的，所述传统一致性算法，如下式：

其中，β_ω、β_P、β_v和β_Q均是大于0的控制增益，ω_ref和v_ref分别为角频率和电压参考值，g_i为牵制增益，当分布式电源接收到参考值时，g_i＝1，否则，g_i＝0。

和

分别表示对相应的变量求微分。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种孤岛微电网频率和电压恢复控制装置，所述装置包括：

引入模块，用于基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络；

设计模块，用于基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法；

控制模块，用于基于孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的控制方法。

本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的控制方法。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明提供的孤岛微电网频率和电压恢复控制方法对受攻击分布式电源数量没有限制，不需要隔离受攻击的分布式电源，保持了物理系统和通信系统的完整性。

2、本发明提供的孤岛微电网频率和电压恢复控制方法能够计算传感器、执行器和通信网络三个环节的未知有界虚假数据注入攻击对孤岛微电网分布式控制的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的逆变器型分布式电源及其控制系统的框架图。

图2为本发明实施例1的孤岛微电网频率和电压恢复控制方法的流程图。

图3为本发明实施例1的孤岛微电网弹性分布式控制框架图。

图4为本发明实施例1的孤岛微电网通信网络与隐藏网络的拓扑变换图。

图5为本发明实施例1的频率变化示意图。

图6为本发明实施例1的电压变化示意图。

图7为本发明实施例1的有功功率变化示意图。

图8为本发明实施例1的无功功率变化示意图。

图9为本发明实施例1提供的方法与传统一致性算法鲁棒性比较的频率变化图。

图10为本发明实施例1提供的方法与传统一致性算法鲁棒性比较的电压变化图。

图11为本发明实施例1提供的方法与传统一致性算法鲁棒性比较的有功功率变化图。

图12为本发明实施例1提供的方法与传统一致性算法鲁棒性比较的无功功率变化图。

图13为本发明实施例2的孤岛微电网频率和电压恢复控制装置的结构框图。

图14为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例中，针对采用传统一致性算法的逆变器型孤岛微电网易遭受虚假数据注入攻击的问题，提供了一种孤岛微电网频率和电压恢复控制方法。

逆变器型孤岛微电网以逆变器型分布式电源为发电主体，逆变器型分布式电源及其控制系统如图1所示。通过电感电容滤波器并网的逆变器型分布式电源及其电压、电流内环控制器的动力学模型描述为：

其中，下标i表示第i台分布式电源，L_fi和R_fi分别表示滤波电感和电阻，C_fi表示滤波电容，L_ci和R_ci分别表示耦合电感和电阻，i_ldi和i_lqi分别表示d轴和q轴的逆变器输出滤波电感电流，v_di和v_qi分别表示d轴和q轴的逆变器输出端口电压，v_odi和v_oqi分别表示d轴和q轴的输出电容电压，i_odi和i_oqi分别表示d轴和q轴的输出电感电流，v_bdi和v_bqi分别表示d轴和q轴的并网母线电压，ω_i表示分布式电源的输出角频率。

和

分别表示d轴和q轴的逆变器输出端口电压参考值，忽略逆变器调制过程，可令

和

分别表示d轴和q轴的逆变器输出滤波电感电流参考值。ω_b表示系统额定角频率，K_PCi和K_ICi分别表示电流比例积分控制器的比例系数和积分系数，

和

分别表示d轴和q轴的逆变器输出电容电压参考值，F_i表示电流前馈增益，用于调节输出阻抗和提高逆变器的抗扰能力，K_PVi和K_IVi分别表示电压比例积分控制器的比例系数和积分系数。

对于采用分层控制架构的孤岛微电网，一次控制层常采用下垂控制，描述如下：

ω_i＝ω_n,i-m_P,iP_i

v_oi＝V_n,i-n_Q,iQ_i

其中，ω_i和v_oi分别表示分布式电源输出电容电压的角频率和幅值；ω_n,i和V_n,i分别表示分布式电源的额定角频率和额定电压；P_i和Q_i分别表示分布式电源的输出有功功率和无功功率；m_P,i和n_Q,i分别表示有功下垂系数和无功下垂系数。

为补偿下垂控制带来的角频率和电压偏差，二次控制器产生补偿项附加到一次控制器中，如下式所示：

ω_i＝ω_n,i-m_P,iP_i+Δω_i

v_oi＝V_n,i-n_Q,iQ_i+ΔV_i

式中，Δω_i和ΔV_i为二次控制器产生的角频率补偿信号和电压补偿信号。为实现频率和电压恢复，通常采用传统一致性算法，如下式所示：

其中，β_ω、β_P、β_v和β_Q均是大于0的控制增益，ω_ref和v_ref分别为频率和电压参考值，g_i为牵制增益，当分布式电源可以接收到参考值时，g_i＝1，否则，g_i＝0。

和

分别表示对相应的变量求微分。

传统一致性算法在通信网络没有遭受攻击的情况下，能够实现孤岛微电网的频率和电压恢复。然而，当通信网络受到虚假数据注入攻击时，在传统一致性算法控制下，分布式电源的频率和电压将无法收敛于参考值。

如图2所示，本实施例的孤岛微电网频率和电压恢复控制方法包括以下步骤：

S201、针对基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络。

如图3所示，针对基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与原通信网络

节点数量相同的隐藏网络

隐藏网络

和原通信网络

均为稀疏通信的连通拓扑。原通信网络

的拉普拉斯矩阵表示为

当i＝j时，

当i≠j时，l_ij＝-a_ij，当两节点之间有通信时a_ij＝1，当i＝j时，a_ij＝0。隐藏网络

的拉普拉斯矩阵表示为

S202、基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法。

基于隐藏网络，设计如下式(1)-(3)所述的弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法，当孤岛微电网遭受未知有界的虚假数据注入攻击时，在所述弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法作用下，孤岛微电网的频率恢复和有功均分控制偏差将得到明显改善，提高了孤岛微电网频率恢复和有功均分控制的鲁棒性：

Δω＝∫(u_ω+u_P)dt (1)

其中，u_ω为频率恢复控制律，u_P为有功均分控制律，Δω为二次控制器产生的注入到一次控制器的角频率补偿信号列向量，由u_ω和u_P的数值积分求解得到，u_ω＝[u_ω,1,...,u_ω,i,...,u_ω,N]^T，u_P＝[u_P,1,...,u_P,i,…,u_P,N]^T，u_ω,i和u_P,i分别表示第i台分布式电源的角频率恢复控制率和有功均分控制律，上标T表示转置，下标i表示第i台分布式电源，下标N表示孤岛微电网中分布式电源的总台数，ω＝[ω₁,...,ω_N]^T是每台分布式电源的角频率组成的列向量，P_m＝[P_m,1,...,P_m,N]^T＝[m_P,1P₁,...,m_P,NP_N]^T是每台分布式电源的有功功率与有功下垂系数之积组成的列向量，ω_h＝[ω_h,1,...,ω_h,N]^T和P_h＝[P_h,1,...,P_h,N]^T是隐藏网络

中相应的角频率和有功的状态量，ω_ref为角频率参考值β_ω和β_P为原通信网络的控制增益，γ_ω和γ_P为隐藏网络的控制增益；矩阵L为通信网络的拉普拉斯矩阵，矩阵H为隐藏网络的拉普拉斯矩阵，矩阵G＝diag{g₁,...,g_N}表示牵制矩阵，如果节点i可以接收参考值，则g_i＝1，否则，g_i＝0，矩阵

和矩阵

表示原通信网络

的节点i与隐藏网络

的节点j之间的通信情况；矩阵H_l可设计为任意稀疏可逆矩阵，1_N表示元素全为1的N维列向量，δ_ω＝[δ_ω,1,...,δ_ω,N]^T和δ_P＝[δ_P,1,...,δ_P,N]^T为原通信网络在频率和有功控制遭受的未知有界攻击，δ_ωh＝[δ_ωh,1,...,δ_ωh,N]^T和δ_Ph＝[δ_Ph,1,...,δ_Ph,N]^T为隐藏网络在频率和有功控制遭受的未知有界攻击，

和

分别表示对相应的变量求微分。

在式(1)-(3)作用下，孤岛微电网的角频率将渐近稳定于：

其中，

为通信网络在频率控制遭受的未知有界攻击的稳态值，

为隐藏网络在频率控制遭受的未知有界攻击的稳态值。

S203、基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法。

基于隐藏网络，设计如下式(4)-(6)所述的弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法，当孤岛微电网遭受未知有界的虚假数据注入攻击时，在所述弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法作用下，孤岛微电网的电压恢复和无功均分控制偏差将得到明显改善，提高了孤岛微电网电压恢复和无功均分控制的鲁棒性：

ΔV＝∫(u_v+u_Q)dt (4)

其中，u_v为电压恢复控制律，u_Q为无功均分控制律，ΔV为二次控制器产生的注入到一次控制器的电压补偿信号列向量，由u_v和u_Q的数值积分求解得到，u_v＝[u_v,1,...,u_v,i,...,u_v,N]^T，u_Q＝[u_Q,1,...,u_Q,i,...,u_Q,N]^T，u_v,i和u_Q,i分别表示第i台分布式电源的电压恢复控制律和无功均分控制律，上标T表示转置，下标i表示第i台分布式电源，下标N表示孤岛微电网中分布式电源的总台数，v_o＝[v_o,1,...,v_o,N]^T是每台分布式电源的电压组成的列向量，Q_n＝[Q_n,1,...,Q_n,N]^T＝[n_Q,1Q₁,...,n_Q,NQ_N]^T是每台分布式电源的无功功率和无功下垂系数之积组成的列向量，v_oh＝[v_oh,1,...,v_oh,N]^T和Q_h＝[Q_h1,...,Q_hN]^T是隐藏网络

中相应的电压和无功的状态量。v_ref为电压参考值。β_v和β_Q为原通信网络的控制增益，γ_v和γ_Q为隐藏网络的控制增益。δ_v＝[δ_v,1,...,δ_v,N]^T和δ_Q＝[δ_Q,1,...,δ_Q,N]^T为原通信网络在电压和无功控制遭受的未知有界攻击，δ_vh＝[δ_vh,1,...,δ_vh,N]^T和δ_Qh＝[δ_Qh,1,...,δ_Qh,N]^T为隐藏网络在电压和无功控制遭受的未知有界攻击，

和

分别表示对相应的变量求微分；

在式(4)-(6)作用下，分布式电源的电压将渐近稳定于：

其中，

为通信网络在电压控制遭受的未知有界攻击的稳态值，

为隐藏网络在电压控制遭受的未知有界攻击的稳态值。

本实施例中，以一个含4台逆变器型分布式电源的380V/50Hz孤岛微电网为例，如图3的物理层所示。负荷、线路及分布式电源控制器参数等参见表1。

表1孤岛微电网参数

S204、对孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法与孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法在孤岛微电网遭受攻击的性能，进行仿真分析。

弹性分布式频率和电压恢复控制算法包括孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法与孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法。

主要仿真分析弹性分布式频率和电压恢复控制算法在微电网物理层发生扰动、通信网络拓扑变换、隐藏网络拓扑变换、通信网络和隐藏网络分别遭受单个节点攻击时的性能。其中，控制参数设置：β_ω＝β_p＝β_v＝100，β_q＝50，γ_ω＝γ_p＝γ_v＝γ_q＝200。

对DG#3施加通信网络攻击信号：δ_ω,3＝δ_P,3＝4(rad/s)，δ_v,3＝δ_Q,3＝8V。

对DG#2施加隐藏网络攻击信号：δ_ωh,2＝δ_Ph,2＝2(rad/s)，δ_vh,2＝δ_Qv,2＝10V。

设置仿真事件的参数如下：

(1)时间T＝0s时，微电网孤岛运行，只有分布式电源的一次控制器启动；

(2)时间T＝0.5s时，弹性分布式控制器启动；

(3)时间T＝1.0s时，对DG#3施加通信网络攻击信号δ_ω,3,δ_P,3,δ_v,3,δ_Q,3，且在后续事件持续存在；

(4)时间T＝1.5s时，对DG#2施加隐藏网络攻击信号δ_ωh,2,δ_Ph,2,δ_vh,2,δ_Qh,2，且在后续事件持续存在；

(5)时间T＝2.0s时，线路5断路器开断，孤岛微电网开环运行；

(6)时间T＝2.5s时，节点#3负荷切除50％；

(7)时间T＝3.0s时，线路5断路器合闸，孤岛微电网闭环运行；

(8)时间T＝3.5s时，通信网络拓扑变换，由图4(a)变换为图4(b)；

(9)时间T＝4.0s时，隐藏网络拓扑变换，由图4(a)变换为图4(b)。

基于一致性算法的弹性分布式频率和电压恢复控制算法，在有界虚假数据注入攻击的干扰下的控制效果如图5至图8所示。由图5-图8可知，时间T＝0s时，孤岛微电网在分布式电源的一次控制下稳定运行，此时电压和频率偏离额定值。在0.5s时，弹性分布式频率和电压恢复控制算法启动，在没有网络攻击时，孤岛微电网的频率恢复至50Hz且分布式电源的有功功率实现精确分配；同时，分布式电源的电压恢复至380V附近，且各分布式电源的无功功率没有越限。在1.0s和1.5s时，微电网的通信网络和隐藏网络分别遭受攻击，并且在后续的事件中攻击也持续存在，在弹性分布式频率和电压恢复控制算法作用下，各分布式电源的频率、电压、有功、无功只发生了轻微的偏移，孤岛微电网仍然保持稳定运行。在2.0s～3.0s期间，微电网发生线路拓扑变换、负荷波动等物理层扰动，在所提弹性分布式频率和电压恢复控制算法作用下，微电网的频率、电压、有功、无功依然稳定在合理范围内。在3.5s和4.0s时，通信网络和隐藏网络的拓扑发生变换，当拓扑结构满足算法要求时，所提弹性分布式频率和电压恢复控制算法可有效抑制虚假数据注入攻击。

为进一步验证本发明的方法的有效性，分别采用本发明的弹性分布式频率和电压恢复控制算法和传统一致性算法，采用相同的控制参数：β_ω＝β_p＝β_v＝100，β_q＝50，γ_ω＝γ_p＝γ_v＝γ_q＝100，进行如下仿真：

(1)时间T＝0s时，微电网孤岛运行；

(2)时间T＝0.5s时，弹性二次电压频率控制器启动；对DG#3施加通信网络攻击信号：δ_ω,3＝δ_P,3＝4(rad/s)，δ_v,3＝δ_Q,3＝8V；

(3)时间T＝1.0s时，对所有分布式电源施加通信网络攻击信号：

其中，δ＝[δ_ω ^T δ_v ^T δ_p ^T δ_q ^T]^T为通信网络所有节点的频率、电压、有功、无功攻击信号，

σ＝diag{0.05 0.1 5 5}，符号

表示克罗内克积，B为：

如图9至图12所示，图中“所提方法”为本实施例中的“弹性分布式频率和电压恢复控制算法”。

当孤岛微电网通信网络遭受单个节点和全部节点的虚假数据注入协同攻击时，采用传统一致性算法可能使系统振荡失稳，而采用弹性分布式频率和电压恢复控制算法可将微电网的电压、频率、有功功率、无功功率稳定维持在参考值的合理邻域内。

因此，通过孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，可以实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

实施例2：

如图13所示，本实施例提供了一种孤岛微电网频率和电压恢复控制装置，该装置包括引入模块1301、设计模块1302和控制模块1303，其中：

引入模块1301，用于基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络；

设计模块1302，用于基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法；

控制模块1303，用于基于孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，实现对孤岛微电网频率和电压恢复的控制。

本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

实施例3：

本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以为计算机，如图14所示，其通过系统总线1401连接的处理器1402、存储器、输入装置1403、显示器1404和网络接口1405，该处理器用于提供计算和控制能力，该存储器包括非易失性存储介质1406和内存储器1407，该非易失性存储介质1406存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器1407为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，处理器1402执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的控制方法，如下：

实施例4：

本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的控制方法，如下：

需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

综上所述，本发明针对基于分层控制架构的逆变器型孤岛微电网，引入与通信网络节点数量相同的隐藏网络；基于隐藏网络，设计孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法，以使孤岛微电网的电压和频率保持稳定，提高孤岛微电网应对网络攻击的弹性。所述孤岛微电网弹性分布式频率和电压恢复控制算法包括孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法与孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法，若孤岛微电网遭受网络攻击，在所述孤岛微电网弹性分布式频率恢复和有功均分控制算法作用下，孤岛微电网的频率恢复和有功均分控制偏差得到明显改善，提高了孤岛微电网频率恢复和有功均分控制的鲁棒性；若孤岛微电网遭受网络攻击，在所述孤岛微电网弹性分布式电压恢复和无功均分控制算法作用下，孤岛微电网的电压恢复和无功均分控制偏差得到明显改善，提高了孤岛微电网电压恢复和无功均分控制的鲁棒性。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。