《Franklin Open》：Switch-adaptive secondary control against FDI attacks in AC microgrids
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本文针对孤岛交流微电网(AC MG)在虚假数据注入(FDI)攻击下面临的频率和电压稳定问题，提出了一种切换自适应二次控制(SASC)方法。研究人员通过设计FDI攻击观测器、自适应虚拟阻抗和切换控制器，有效提升了系统在遭受网络攻击时的恢复能力。研究结果表明，该方法能快速抑制FDI攻击造成的影响，确保频率和电压稳定在参考值附近，为增强微电网的网络安全防护提供了新思路。相关成果发表于《Franklin Open》。
随着可再生能源的快速发展，微电网作为分布式能源集成的重要平台，其安全稳定运行面临新的挑战。特别是孤岛交流微电网(AC MG)，在缺乏大电网支撑的情况下，其二次控制系统容易成为网络攻击的目标。虚假数据注入(FDI)攻击通过篡改通信数据，可能导致频率和电压偏离额定值，进而引发系统崩溃。传统控制方法在面对这类精心设计的网络攻击时往往显得力不从心，迫切需要开发新型防护策略。
为应对这一挑战，研究人员在《Franklin Open》上发表了关于切换自适应二次控制(SASC)的研究。该研究针对FDI攻击下微电网的稳定控制问题，提出了一种创新解决方案。通过理论分析和实验验证，研究表明SASC方法能够有效识别并补偿FDI攻击造成的影响，确保系统快速恢复稳定。
研究团队主要采用了以下关键技术方法：首先建立了FDI攻击观测器，实时估计攻击信号；其次设计了自适应虚拟阻抗环节，通过动态调整虚拟阻抗值来改善功率分配性能；最后开发了分布式切换控制器，根据系统误差自适应调整控制参数。这些方法共同构成了SASC的核心技术框架。
3.1. 建立FDI攻击观测器
研究人员通过状态空间建模，构建了非线性扰动观测器来估计FDI攻击。该观测器能够准确捕捉攻击信号的特征，为后续补偿控制提供依据。
3.2. 自适应虚拟阻抗二次电压控制
针对线路阻抗不匹配导致的功率分配不均问题，研究提出了自适应虚拟阻抗控制。该方法通过引入电压降来模拟虚拟阻抗效应，有效改善了系统的输出阻抗特性。
3.3. 切换控制
为提高系统对极端事件的响应速度，研究设计了基于状态监测的切换控制器。当检测到较大频率偏差等异常状态时，控制器能够自动切换控制系数，最小化极端事件的影响。
3.4. 自适应控制
为平衡响应速度与暂态振荡，研究提出了误差自适应控制方法。该方法与切换控制器协同工作，当切换控制器失效时，自适应控制器可接管偏差恢复任务。
3.5. 稳定性分析
通过构建李雅普诺夫函数，研究证明了所提控制方法在非线性扰动下的稳定性，确保系统状态能够渐近跟踪参考状态。
4. 验证
通过多个案例的仿真和FPGA在环实验，研究验证了SASC方法的有效性。结果表明，该方法能在大约0.5秒内使系统频率恢复至参考值，相比传统方法的0.7秒有显著提升。
研究结论表明，所提出的SASC方法能有效抵御FDI攻击，确保微电网频率和电压稳定。该方法通过集成攻击观测、自适应控制和切换机制，实现了对网络攻击的快速响应和补偿。特别是在多分布式发电单元场景下，该方法展现出良好的协同控制性能。这项研究为增强微电网的网络安全提供了重要技术支撑，对推动智能电网的安全可靠运行具有重要意义。
