Detección de fallas distribuidas para sistemas ciberfísicos con aplicación al sistema de red de energía

Área de la Ciencia:

• Sistemas cibernéticos y físicos
• Ingeniería de sistemas de control
• Procesamiento de señales distribuido

Sus antecedentes:

• Los sistemas ciberfísicos (CPS) son complejos y comprenden numerosos subsistemas interconectados.
• La detección precisa de fallos es crucial para el funcionamiento confiable del CPS.
• Los métodos tradicionales de detección de fallos centralizados se enfrentan a desafíos de escalabilidad y comunicación en CPS a gran escala.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un esquema de detección de fallas distribuido para una clase de CPS.
• Mejorar la robustez y la precisión de la detección de fallas en los subsistemas individuales.
• Asegurar que la detección de fallas funcione sin depender del intercambio global de información.

Principales métodos:

• Estimación del estado para cada subsistema utilizando un filtro de Kalman distribuido (DKF), incorporando información de los vecinos.
• Diseño de generadores residuales locales que aprovechen el DKF para cada subsistema.
• Ajuste de parámetros del DKF para minimizar el error de estimación y los límites de covarianza para la robustez residual.
• Utilización de estadísticas de ensayo T2 instantáneas y de ventana corredera para la evaluación residual y el ajuste de umbrales.

Principales resultados:

• Esquema de detección de fallas distribuido en el que cada subsistema se comunica únicamente con sus vecinos.
• Robustez demostrada de las señales residuales a través de parámetros DKF optimizados.
• Umbral de detección de fallas establecido basado en las estadísticas de ensayo T2.
• Se proporciona una condición que garantiza el límite cuadrado medio del error de estimación en escenarios libres de fallas.

Conclusiones:

• El sistema de detección de fallos distribuido propuesto permite efectivamente la detección de fallos locales en los subsistemas de CPS.
• El método garantiza la robustez y la fiabilidad al minimizar los errores de estimación y utilizar la información de los vecinos.
• La naturaleza distribuida del esquema mejora la escalabilidad y reduce los gastos generales de comunicación en CPS complejos.