直流微电网中邱健蓄电池储能系统在两类DoS攻击下的固定时间拟共识能量管理方法

尽管能量办理对于电池储能体系(BESSs)在直流微电网分布式清洁动力消纳已成为热点议题，但呼应速度低和杂乱网络环境阻止了其开展。为此，本文提出了一种考虑两类拒绝服务（DoS）进犯的新式固定时刻拟一致办法。能量办理首先，建立了包括分布式发电机（DGs）与三类负荷（恒功率CP、恒电压CV及恒电流CV负荷）的电池储能体系（BESSs）模型。当前对BESSs的办理中直流微电网切换至多智能体体系中的一致操控模式，这对后续规划不可或缺。其次，通讯网络拓扑结构直流微电网中电池储能体系的研讨具体论述了两类拒绝服务进犯（即衔接坚持型进犯（CMAs）与衔接中止型进犯（CBAs））的影响。根据此，经过规划新式动态补偿器消除了CMAs与CBAs的进犯效应。第三，提出了一种新式固定时刻拟一致能量办理操控办法，该办法能以快速呼应速度完成准确的电流分配。一起引进事情触发机制以进一步下降通讯带宽需求。需特别阐明的是，该办法防止了继续通讯，所提出的固定时刻拟一致能量办理策略可有用延伸电池并提升直流微电网中电池储能体系（BESS）在电流平衡调理（CBA）与电流匹配操控（CMA）工况下的可靠性。最终，经过模拟与实验数据验证了所提能量办理办法的性能。

引言

直流微电网中的分布式可再生动力作为下降不可再生动力消耗与排放的有用手段，已得到广泛研讨[1][2]。其间，电池储能体系（BESSs）常被用于消除分布式可再生动力与负荷之间的功率不平衡[3]。需注意的是，BESSs中每块电池的电流分配应根据其可用容量与荷电状况（SoC）完成准确同享。由于杂乱网络环境的影响，网络进犯与高带宽通讯会阻止电流的准确分配以及分布式可再生动力的高份额消纳。CO2网络进犯与高带宽通讯会阻止电流的准确分配以及分布式可再生动力的高份额消纳。与此一起，由于分布式可再生动力的快速间歇性运转以及电池储能体系中负荷的频频变化，其快速呼应速度更符合电池储能体系的特性。但是，电池储能体系很少一起考虑快速呼应速度与杂乱网络环境的影响。为此，本文针对直流微电网中的电池储能体系，在两种拒绝服务（DoS）进犯下，提出了一种新式固定时刻准一致能量办理办法。
选用主操控办法完成孤岛微电网的能量办理[4]。其间，电池逆变器选用下垂操控办法，该逆变器可视为电压源换流器(VSC)。根据电流操控器的可再生动力发电装置作为电流源换流器(CSC)运转[5]。虽然VSC和CSC操控的电池储能体系可以完成电压调理和最大功率点跟踪，但由于忽略了不平衡阻抗，电流分配并不准确。这极易导致电池利用率下降、电池过充/过放乃至引发火灾[6]。
因而，为解决上述问题，研讨者提出了由集中式操控与分布式操控构成的二级操控策略[7]。集中式操控中的中心操控器需经过高速通讯体系收集其他操控器信息并发送指令[8]。该计划导致体系对单点故障高度灵敏，阻止了电池储能体系的大规模开展[9]。
针对该问题，大量根据稀少通讯网络的分布式操控办法被提出[10]。根据虚拟功率额定值与荷电状况水平，直流微电网完成了准确均流以完成各电池间SoC均衡[11]。随后，一种新式非线性办法被引进以解决准确均流问题[12]。此外，有学者提出自适应操控办法，完成了不同工况下的功率分配与SoC误差均衡[13]。尽管分布式操控办法仅需稀少的通讯体系，但随着电池储能体系（BESSs）的大规模开展，该办法的吸引力有所下降。因而，分布式事情扳机一致操控办法被应用于下降BESSs的通讯带宽需求[14]。一起，由于电动汽车的大规模接入，BESSs中需考虑包括恒压（CV）负载、恒流（CC）负载与恒功率（CP）负载在内的读档需求[15]。分布式可再生动力作为分布式发电单元（DGs）已得到广泛应用。因而，BESSs中需统筹考虑DGs与特殊读档需求（即CV、CC及CP负载）。
电流均分的准确操控通常被转化为多智能体体系(MAS)的一致操控问题[16]。在传统分布式一致操控办法中，体系完成一致操控意味着一致状况将在无限时刻内达成。但是，这与分布式电源(DGs)的快速间歇性运转以及电池储能体系(BESSs)中频频波动的充电负荷特性不相符[17]。为此，学者们提出了多种有限时刻一致操控办法，以期在直流微电网中以更快的呼应速度完成电流均分[18]。但是，有限时刻一致操控办法的最大安稳时刻始终依靠于体系的初始条件，且由于初始条件杂乱导致呼应速度较慢[19]。为此，研讨者引进了固定时刻一致操控办法以解决该问题。与有限时刻一致操控比较，固定时刻一致操控能以更快的呼应速度完成恣意初始条件下的一致操控[20]。一起，准一致操控比传统一致操控办法更具现实可行性，并能有用下降保存性。因而，本文提出了一种新式的固定时刻准一致操控办法。
另一方面，由于分布式操控办法仍需依靠通讯网络，必须考虑分布式操控下微电网的网络安全问题[21]。通讯体系易受歹意进犯，如诈骗进犯和DoS进犯[22][23]。与诈骗进犯不同，由于DoS进犯对进犯者而言具有操作简洁、施行高效的特色，BESS常遭受DoS进犯。DoS进犯会改变乃至损坏通讯网络，导致BESS的分布式操控失效[24]。因而，学者们规划可以消除拒绝服务进犯影响的操控器具有重要研讨价值。文献[25]在多智能体体系中引进了一种考虑周期性拒绝服务进犯的分布式事情触发操控办法。随后，文献[26]针对存在非周期性拒绝服务进犯的多智能体体系提出了量化一致操控办法。更进一步，文献[27]为非线性多智能体体系提出了一种一起考虑两类拒绝服务进犯（即衔接维持型进犯(CMA)与衔接中止型进犯(CBA)）的非线性一致操控办法。上述文献要么聚集于快速呼应速度，要么专心于拒绝服务进犯研讨。目前在电池储能体系范畴，尚未有研讨能一起兼顾快速呼应速度与两类拒绝服务进犯的防御需求。
综上所述，本文针对含三类负荷与分布式电源的直流微电网储能体系，提出了一种考虑两类拒绝服务进犯的新式固定时刻拟一致能量办理办法，旨在完成快速呼应下的准确电流分配。论文的具体奉献包括：

• 1.
  建立了包括分布式发电单元（DGs）及恒压（CV）、恒流（CC）、恒功率（CP）三种读档类型的直流微电网蓄电池储能体系（BESSs）状况空间模型。随后将BESSs中的准确电流分配问题转化为多智能体体系（MAS）中的一致操控问题，该转化对后续操控策略的完成至关重要。
• 2.
  其次，规划了动态补偿器以消除拒绝服务（DoS）进犯对BESSs的影响。该补偿器能保证BESSs在协同操纵进犯（CMAs）和一致阻断进犯（CBAs）下维持正常运转。
• 3.
  第三，规划了一种新式固定时刻准一致操控器，以完成快速呼应速度下的准确电流分配。一起引进事情扳机机制以进一步下降通讯带宽，该机制可在遭受DoS进犯时触发。该办法可以防止直流微电网中电池储能体系的继续通讯与Zeno行为，然后提升体系可靠性并延伸电池使用寿命。

本文后续内容组织如下：第2节提出包括三种读档类型和分布式电源的直流微电网电池储能体系模型，一起介绍嵌入即插即用（PnP）操控器与下垂操控器的初级操控策略，以完成电压安稳与调理功用。第3节论述两种拒绝服务进犯（即CMAs与CBAs）下电池储能体系的通讯拓扑结构，并规划新式动态补偿器以消除CMAs和CBAs对电池储能体系的影响。此外，第3节规划了事情扳机固定时刻操控器，以快速呼应速度完成电流准确同享，并进一步下降通讯带宽需求。第4节经过模拟与实验结果验证固定时刻准一致能量办理办法的有用性。最终，第5节对全文进行总结。