19、直流微电网中的网络安全：非线性观测器设计与分析

直流微电网中的网络安全：非线性观测器设计与分析

1. 问题背景与观测器总体设计思路

在直流微电网的研究中，传统的观测器存在一些局限性。例如，以负载电压 $V_i$ 作为测量输出时，系统（7.13）的可观测性映射雅可比矩阵维度为 3，这导致 $m_i - 1$ 个电力线电流不可观测，标准鲁棒观测器无法提供关于未知恒功率负载（CPL）$P_i$ 的信息，且可能存在噪声敏感问题，进而影响（7.12）式的计算和缓解策略的实施。

为解决这些问题，提出将观测器设计为三个子系统的互联：
- 设计扩展低功率观测器来鲁棒估计状态 $\xi_{1,i}$、$\xi_{2,i}$ 和虚拟状态 $\sigma_i$。
- 利用虚拟状态 $\sigma_i$ 计算辅助信号 $\mu_i$，并在 Luenberger 观测器中作为测量信号来鲁棒估计不可观测的电力线电流 $\eta_i$。
- 通过基于浸入和不变性（I&I）技术的间接自适应律来估计未知功率负载。

观测器在每个分布式发电单元（DGU）本地实现，且其正常运行需要与相邻 DGU 观测器进行通信。观测器估计方案的稳定性证明分为两步：先证明在适当参数调整下，本地观测器在输入 - 状态稳定（ISS）意义下是稳定的；再确定观测器网络形成稳定结构的条件。

2. $\xi_{1,i}$、$\xi_{2,i}$ 的估计与扩展低功率观测器设计

考虑系统（7.13）的前两个方程，将系统扩展为：
$\dot{\xi} {1,i} = \xi {2,i}$
$\dot{\xi} {2,i} = \sigma_i$
$\dot{\