CPS: TTP Option: Synergy: Collaborative Research: Certifiable, Scalable, and Attack-resilient Submodular Control Framework for Smart Grid Stability

CPS:TTP 选项:协同:协作研究:可认证、可扩展和抗攻击的智能电网稳定性子模块控制框架

基本信息

  • 批准号:
    1544173
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 80万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-10-01 至 2019-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Exploiting inherent physical structure of the CPS domains can lead to economically viable and efficient novel algorithms for providing performance, control, synchronization and an alternate approach to CPS security that does not rely solely on cryptography. In each of these systems, regardless of the current state of the network, in the presence of disturbances or adversarial inputs, there is a need to bring the system to desired state for performance and control of the network. This project presents one such novel approach by observing that the CPS applications including smartgrid, coordinating robotics, formation flights in UAV, and synchronization of biological systems including brain networks all exhibit a special physical structure, namely submodularity, with respect to the set of control actions. Submodularity is a diminishing returns property that enables the development of efficient algorithms with provable optimality guarantees and in many cases distributed versions that are locally implementable, and hence scalable. While it has been widely used in the machine learning and discrete optimization communities, the use of submodularity in the context of CPS is a fertile research area. This project initially applies submodularity in the context of smart grid and show how it can lead to greater system stability and attack resilience. By defining suitable metrics that capture the submodular structures underlying the physical dynamics, the researchers develop algorithms that eliminate the time-consuming and computationally expensive verification of control actions through simulation. The fundamental properties of synchronization, convergence, robustness, and attack-resilience considered in this effort have crosscutting applications to multiple CPS domains, which will benefit from the submodular approach that we will research and develop.
利用CPS域的固有物理结构可以产生经济上可行且高效的新算法,用于提供性能、控制、同步和不完全依赖于加密的CPS安全替代方法。在这些系统中,无论网络的当前状态如何,在存在干扰或对抗性输入的情况下,都需要使系统达到期望的状态,以实现网络的性能和控制。该项目通过观察CPS应用,包括智能电网、协调机器人、无人机编队飞行和包括大脑网络在内的生物系统的同步,展示了一种特殊的物理结构,即子模块化,提出了一种这样的新方法。子模块化是一种收益递减的特性,它支持开发具有可证明的最优性保证的高效算法,并且在许多情况下支持本地实现的分布式版本,因此具有可伸缩性。虽然它已被广泛应用于机器学习和离散优化社区,但在CPS背景下使用子模块化是一个丰富的研究领域。该项目最初将子模块化应用于智能电网,并展示了它如何提高系统稳定性和抵御攻击的能力。通过定义捕获物理动力学底层的子模块结构的合适度量,研究人员开发了算法,通过仿真消除了耗时且计算代价高昂的控制动作验证。在此工作中考虑的同步、收敛、健壮性和攻击弹性的基本属性在多个CPS领域具有横切应用,这将受益于我们将研究和开发的子模块化方法。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Towards Scalable Voltage Control in Smart Grid: A Submodular Optimization Approach
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