JP2022503000A - ネストされたマイクログリッドのための分散型の偽データ軽減 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、概してネストされたマイクログリッドに関し、当該ネストされたマイクログリッドは、電力網の残りの部分から切断されても独立して動作可能な少なくとも1つの電源と1つの負荷とを含む電力網の相互接続された部分である。ネストされたマイクログリッドシステムにおける状態推定により、オンラインモニタリングおよびネットワーク認識が可能になる。ネストされたマイクログリッドにおける正確な状態推定は、フィールドデバイスからの正確なデータに依存する。フィールドデバイスの障害または外部通信チャネルの干渉が原因で、マイクログリッド通信チャネルは状態推定器に偽データを通信する場合がある。故障したフィールドデバイスまたは偽データインジェクション攻撃が多すぎると、状態推定は不正確なシステムトポロジまたはシステムステータスを示すようになる。マイクログリッドコンポーネントの損傷または電力網のカスケード障害を防ぐために偽データを検出することが必要である。
本発明は、米国エネルギー省により付与された契約番号DE−FOA−0001441の下で米国政府の支援を受けてなされたものである。政府は本発明に一定の権利を有する。
本開示の例示的な実施形態は、ネストされたマイクログリッドのための固有のシステム、方法、技術および装置を含む。本開示のさらなる実施形態、形状、目的、特徴、利点、態様および利益は、以下の説明および図面から明らかになるであろう。
図1を参照して、マイクログリッド制御システムレベルおよび中央制御システムレベルの両方において実行される多層状態推定を用いてマイクログリッド状態推定における偽データを検出するように構成された、ネストされたマイクログリッドシステム100が示されている。システム100は、ほんの数例を挙げると、ユーティリティグリッド配電システム、工場配電システム、および車両配電システムを含むさまざまな用途で実装され得ることが理解されるはずである。システム100のトポロジは説明のために示されており、本開示を限定することを意図していないことが理解されるはずである。たとえば、システム100は、より多いまたはより少ないマイクログリッドを含んでもよく、システム100のマイクログリッドは、各マイクログリッドが少なくとも1つの他のマイクログリッドに結合される限りは、どのような構成で配置されてもよい。さらに、各マイクログリッドのトポロジは説明のために示されており、本開示を限定することを意図していないことが理解されるはずである。たとえば、マイクログリッド110は、より多いまたはより少ないバス、より多いまたはより少ない電源、より多い負荷、およびより多いまたはより少ないフィールドデバイスを含んでもよい。システム100は単線図で示されているが、システム100は、単相交流(AC)電力、多相AC電力、または直流(DC)電力を伝送するように構成されてもよい。
プロセス300は動作311に進み、動作309からのローカル状態推定値と中央制御システム150によって実行されたグローバル状態推定値とを用いて、偽データとしても知られる測定誤差がマイクログリッド制御システム114によって検出される。トポロジエラーと同様に、測定誤差は、センサエラー、通信ネットワークエラー、またはサイバー侵入によって生じ得る。たとえば、測定誤差は、ほんの数例を挙げると、計器用変圧器エラー、通信ネットワーク障害もしくは予期せぬノイズ、または偽データインジェクション攻撃によって生じ得る。マイクログリッド制御システム114は、ローカル状態推定値とグローバル状態推定値とを比較して偽データを検出する。ローカル状態推定値とグローバル状態推定値とを比較する技術として、カイ二乗分布、正規化残差、または仮説検定識別が挙げられるが、これらに限定されない。
Claims (20)
- ネストされたマイクログリッドシステムにおいて偽データを除去するための方法であって、前記方法は、
第1のマイクログリッドの第1のマイクログリッド制御システムにより、第1の複数のローカル測定値を用いて第1のローカル状態推定値を計算することと、
第2のマイクログリッドの第2のマイクログリッド制御システムにより、第2の複数のローカル測定値を用いて第2のローカル状態推定値を計算することと、
中央制御システムにより、前記第1の複数の測定値および前記第2の複数の測定値を用いる第1のグローバル状態推定値と、前記第1のローカル状態推定値および前記第2のローカル状態推定値を用いる第2のグローバル状態推定値とを含む、複数のグローバル状態推定値を計算することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記第1のローカル状態推定値および前記複数のグローバル状態推定値のうちの1つのグローバル状態推定値を用いて第1の偽データ検出テストを実行することと、
前記中央制御システムにより、前記第1のグローバル状態推定値および前記第2のグローバル状態推定値を用いて第2の偽データ検出テストを実行することと、
前記第1の偽データ検出テストまたは前記第2の偽データ検出テストの実行に応答して、偽データを検出することと、
前記偽データの検出に応答して、前記第1のグローバル状態推定値、前記第2のグローバル状態推定値、または前記第1のローカル状態推定値を更新することとを備える、方法。 - 前記第1のマイクログリッドは、前記第1のマイクログリッドの物理的または電気的特性に対応する前記第1の複数のローカル測定値を生成するように構成された第1の複数のフィールドデバイスを含み、前記第2のマイクログリッドは、前記第2のマイクログリッドの物理的または電気的特性に対応する前記第2の複数のローカル測定値を生成するように構成された第2の複数のフィールドデバイスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の偽データ検出テストの実行に応答して偽データが検出され、前記偽データの検出に応答して更新することは、前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記第1のローカル状態推定値が偽データを含んでいると判断することと、前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記偽データを含まない前記ローカル状態推定値を再計算することと、再計算した前記ローカル状態推定値を前記中央制御システムに送信することとを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の偽データ検出テストの実行に応答して偽データが検出され、前記偽データの検出に応答して更新することは、前記中央制御システムにより、前記第1のローカル状態推定値が偽データを含んでいると判断することと、前記中央制御システムにより、前記偽データを含まない前記複数のグローバル状態推定値を再計算することと、再計算した1つのグローバル状態推定値を前記中央制御システムに送信することとを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記第1の複数の測定値を用いて第1のマイクログリッドトポロジを生成することと、
前記中央マイクログリッド制御システムにより、前記第1の複数の測定値および前記第2の複数の測定値を用いてシステムトポロジを生成することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記システムトポロジのエラーと前記第1のマイクログリッドトポロジとの比較に応答してトポロジエラーを検出することと、
前記トポロジエラーの検出に応答して前記第1のマイクログリッドトポロジを更新することとを備える、請求項1に記載の方法。 - 前記第1のマイクログリッド制御システムにより、切り替えコマンドを受信することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、シミュレートされたマイクログリッドトポロジを生成することとを備え、
前記ローカル状態推定値を計算することは、前記シミュレートされたマイクログリッドトポロジを用いることを含み、
偽データを検出することは、受信した前記切り替えコマンドが電圧崩壊または電圧制限違反を引き起こすと判断することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記偽データのソースを判定することと、
偽データが将来の状態推定値に導入されないようにすることとを備える、請求項1に記載の方法。 - 偽データが将来の状態推定値に導入されないようにすることは、システム動作に警告を送信すること、または判定した前記偽データのソースから受信したデータをブロックすることを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記偽データは、サイバー侵入者によってインジェクトされるデータを含み、判定した前記偽データのソースは、フィールドデバイス、前記第1のマイクログリッド制御システム、または前記中央制御システムである、請求項7に記載の方法。
- 第1の複数のフィールドデバイスおよび前記第1のマイクログリッド制御システムは、ソフトウェア定義ネットワーキング(SDN)コントローラを介して通信するように構成され、偽データが将来の状態推定値に導入されないようにすることは、判定した前記偽データのソースによる通信を無効にするのに有効なコマンドを前記SDNコントローラに送信することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記第1のマイクログリッドは回路遮断器を含み、偽データが将来の状態推定値に導入されないようにすることは、判定した前記偽データのソースによる通信を無効にする前に、前記SDNコントローラで前記回路遮断器をトグルすることを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の複数の測定値は、前記第1のマイクログリッドの第1の複数のバスについての電圧の大きさおよび位相角を含み、前記第2の複数の測定値は、前記第2のマイクログリッドの第2の複数のバスについての電圧の大きさおよび位相角を含む、請求項1に記載の方法。
- 第1のマイクログリッドを含むネストされたマイクログリッドシステムにおいて偽の切り替えコマンドを軽減するための方法であって、前記方法は、
前記第1のマイクログリッドの第1のマイクログリッド制御システムにより、前記第1のマイクログリッドの制御可能スイッチをトグルするのに有効な切り替えコマンドを受信することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、第1の複数の測定値を用いて、シミュレートされたマイクログリッドトポロジを生成することと、
中央制御システムにより、第1の複数の測定値および第2のマイクログリッドからの第2の複数の測定値を用いて、シミュレートされたシステムトポロジを生成することと、
第1のマイクログリッドの第1のマイクログリッド制御システムにより、前記シミュレートされたマイクログリッドトポロジを用いて第1のローカル状態推定値を計算することと、
前記中央制御システムにより、シミュレートされたシステムトポロジを用いる第1のグローバル状態推定値と、前記第1のローカル状態推定値を用いる第2のグローバル状態推定値とを含む、複数のグローバル状態推定値を計算することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、前記第1のローカル状態推定値と前記複数のグローバル状態推定値のうちの1つのグローバル状態推定値とを比較することによって第1の偽データ検出テストを実行することと、
前記第2のマイクログリッド制御システムにより、前記第1のグローバル状態推定値と前記第2のグローバル状態推定値とを比較することによって第2の偽データ検出テストを実行することと、
前記第1の偽データ検出テストまたは前記第2の偽データ検出テストの実行に応答して、前記切り替えコマンドが偽データを含んでいると判断することと、
前記第1のマイクログリッド制御システムにより、受信した前記切り替えコマンドを無視することとを備える、方法。 - 前記第1のマイクログリッドは、前記第1のマイクログリッドの物理的または電気的特性に対応する前記第1の複数のローカル測定値を生成するように構成された第1の複数のフィールドデバイスを含み、前記第2のマイクログリッドは、前記第2のマイクログリッドの物理的または電気的特性に対応する前記第2の複数のローカル測定値を生成するように構成された第2の複数のフィールドデバイスを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記切り替えコマンドが偽データを含んでいると判断することは、前記切り替えコマンドを実行すると前記第1のマイクログリッド上で電圧崩壊が起こると判断することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記切り替えコマンドが偽データを含んでいると判断することは、前記切り替えコマンドを実行すると前記第1のマイクログリッド上で過電圧状況または不足電圧状況が起こると判断することを含む、請求項13に記載の方法。
- 第1の複数のフィールドデバイス、前記第1のマイクログリッド制御システム、および前記中央制御システムは、ソフトウェア定義ネットワーキング(SDN)コントローラを介して通信するように構成され、受信した前記切り替えコマンドを無視することは、前記第1の複数のフィールドデバイスのうちの1つのフィールドデバイス、前記第1のマイクログリッド、または前記中央制御システムからの通信を無効にするのに有効なコマンドを前記SDNコントローラに送信することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記第1のマイクログリッドは回路遮断器を含み、偽データが将来の状態推定値に導入されないようにすることは、通信を無効にする前に、前記SDNコントローラで前記回路遮断器をトグルすることを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記切り替えコマンドは前記中央制御システムから受信され、前記中央制御システムは、サイバー侵入者、故障したセンサ、または信号ノイズに起因する偽データを用いて前記切り替えコマンドを生成する、請求項13に記載の方法。
- 前記切り替えコマンドを無視することは、前記切り替えコマンドのソースをブロックすること、またはシステムオペレータに警告を出すことを含む、請求項13に記載の方法。
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