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大规模双馈风电机组经串补并网的次同步振荡研究

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大规模双馈风电机组经串补并网的次同步振荡研究

作者：王倩华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国大规模风电的发展,风电并网的一些问题越来越突出。由于我国风电生产中心远离负荷中心,需要靠远距离输电将风能送出。在送出线路装设串联补偿装置,对输电线路进行串联补偿能显著地改善系统的性能,提高电力系统稳定性,增大线路... 详细信息

随着我国大规模风电的发展,风电并网的一些问题越来越突出。由于我国风电生产中心远离负荷中心,需要靠远距离输电将风能送出。在送出线路装设串联补偿装置,对输电线路进行串联补偿能显著地改善系统的性能,提高电力系统稳定性,增大线路传输能量,提高系统的经济效益。双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)有优越的性能,是目前应用最广泛的机型之一,但由于其结构和控制的特殊性,在经串补送出风电时,容易引发次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)问题。本文基于某次同步振荡频发地区实际电网模型,建立了大规模风电场聚合模型,分析了双馈风电场经串联补偿设备送出风电时引发次同步振荡现象的影响因素,并提出了抑制次同步振荡的有效措施。首先,根据研究目的,选择了电磁暂态分析法,建立了风力发电系统各部分的数学模型,包括风速模型、风机和传动系统模型和双馈电机内部控制模型;在建立风速模型时,充分考虑了尾流效应,对风速进行了修正;在建立风机和传动系统模型时,使用最大风功率控制,忽略次要因素,使用单机表征法用一台风机聚合多台风机;建立双馈电机的聚合模型时,详细建立了定转子变流器的控制模型,并分析得出了聚合风机变流器参数相对单机变流器参数的变化规律。然后,在EMTDC/PSCAD仿真平台搭建大风机接入实际电网模型。仿真中考虑了并网过程,首先仿真验证了所搭建的聚合模型与变尺度模型和现场数据的一致性,其次通过变量控制,研究对双馈风机经串补送出引发次同步振荡的影响因素。仿真表明,风速、串补度、风机台数、转子侧变流器参数均对次同步振荡的产生有很大影响。最后,根据研究得到的次同步振荡影响因素,提出了抑制大规模风电经串补外送时引发次同步振荡、防止事故进一步扩大的抑制措施,主要有振荡发生后人为切掉部分风机或改变串补度、根据送出功率大小调节串补度、根据风速改变转子侧变流器参数、附加阻尼控制等。

关键词：次同步振荡串联补偿双馈风电机聚合模型影响因素抑制措施

大规模空调负荷集群的需求响应与优化互动研究

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大规模空调负荷集群的需求响应与优化互动研究

作者：裴丛仙子北京交通大学

学位级别：硕士

需求侧响应是目前电力系统发展变革方向的研究热点,而空调负荷是需求侧最典型最丰富的资源之一,特别是大规模空调负荷集群。在夏季的用电高峰时段,空调负荷有时可达总用电负荷的40%,并且保持增长的趋势。空调负荷响应速度快,采用一些控... 详细信息

需求侧响应是目前电力系统发展变革方向的研究热点,而空调负荷是需求侧最典型最丰富的资源之一,特别是大规模空调负荷集群。在夏季的用电高峰时段,空调负荷有时可达总用电负荷的40%,并且保持增长的趋势。空调负荷响应速度快,采用一些控制技术(比如按照“占空比”周期轮控)也不会使负荷曲线出现明显波动,所以分散式的空调负荷成为了智能电网环境下最重要的需求响应资源。然而,目前电力系统研究领域对于大规模分散式空调负荷的需求响应和优化互动依然缺乏详细的理论研究方法。本文依托国网科技项目“适应我国售电侧放开的自动需求响应仿真技术研究(E16L00640)”,以分散式空调负荷为研究对象,建立了大规模空调负荷集群的聚合模型,对大规模空调负荷集群参与系统调峰的需求响应,和与分布式能源的优化互动问题进行了深入研究。主要研究成果如下:首先,本文基于等效热参数法(ETP)建立了个体空调负荷模型;根据空调房间的储热能力推出了空调房间虚拟储能模型,并通过算例对比了空调负荷的ETP模型和虚拟储能模型,验证了模型的正确性;基于蒙特卡洛抽样法,建立了大规模空调负荷集群的聚合模型,基于人体舒适度推导出了大规模空调负荷聚合模型的约束条件,为后续的需求响应和优化互动的研究奠定了基础。然后,本文针对大规模空调负荷集群参与系统调峰提出了一种新的需求响应能力评估指标,该指标同时兼顾了需求响应事件期间负荷削减深度及其持续时间。在MATLAB/OpenDSS环境下搭建了含大规模空调负荷集群的需求响应仿真平台,基于改进的离散型粒子群优化算法,对空调聚合负荷参与系统调峰的最大潜力进行了评估,并通过算例深度分析了不同温度条件对需求响应潜力的影响;对于每台空调的控制策略,提出了温度排序法,并基于空调开关次数最少改进了温度排序法,通过算例求得每一台空调一整天的最优控制策略,并分析了算例结果。最后,本文对主动配电网环境下大规模空调负荷集群与分布式能源的优化互动进行了研究。分析了主动配电网运行的主要评估指标,综合考虑这些评估指标,建立了以用电费用最低和网络损耗最低为目标的多目标优化模型,在MATLAB与OpenDSS仿真平台上,建立了含大规模空调负荷集群和分布式能源的主动配电网优化调度模型。基于改进的粒子群优化算法,以改进的IEEE37节点配电网作为算例,验证了主动配电网的调度模型中聚合起来的大规模空调负荷具有巨大的可调度潜力,得到了通过协调调度空调负荷与分布式储能系统,大大降低了峰谷差率、线路损耗,提高了用户满意度,提高了主动配电网运行的安全性和经济性的结论。

关键词：空调负荷需求侧响应聚合模型直接负荷控制离散型粒子群优化算法温度排序法

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多变流器并网发电系统控制策略与稳定性研究

多变流器并网发电系统控制策略与稳定性研究

作者：陈浩电子科技大学

学位级别：硕士

随着可再生能源应用需求的日益增长,分布式发电技术得到广泛应用。在分布式发电系统中,多变流器系统凭其发电容量大、器件利用率高等优点而获得广泛关注。目前该类系统的研究涉及其功率拓扑、控制策略、建模方法及稳定性分析等方面。本... 详细信息

随着可再生能源应用需求的日益增长,分布式发电技术得到广泛应用。在分布式发电系统中,多变流器系统凭其发电容量大、器件利用率高等优点而获得广泛关注。目前该类系统的研究涉及其功率拓扑、控制策略、建模方法及稳定性分析等方面。本文针对基于H桥变流器组成的多变流器并网发电系统的控制策略和稳定性展开研究。此外,由于基于H桥变流器的多变流器并联并网系统是基于光伏发电单元的多变流器系统的简化模型,所以本文也对基于光伏发电单元的多变流器系统的控制策略和聚合建模等内容展开研究。详细内容如下:(1)详细研究LCL型H桥变流器并网发电系统的功率拓扑、同步旋转坐标系下的比例积分(Synchronous Reference Frame Proportional-Integral,SRF-PI)控制器和混合坐标系下的双电流环并网控制策略。采用传统的s域建模法,建立系统在强电网下的s域模型。基于建立的系统模型,使用零极点法分析双电流环控制参数对系统稳定性的影响。最后以TMS320F28335 DSP为核心控制器搭建的小功率H桥变流器并网发电系统实验平台验证了所提控制策略和零极点分析结果的有效性。(2)在弱电网下对基于H桥变流器的级联并网发电系统展开稳定性分析。首先详细分析该系统的功率拓扑及其控制系统。然后,对混合调制方法展开小信号分析,建立其在有扰动时的等效模型。于是,通过Step-by-Step的方式建立系统的完整小信号模型,并由该模型依次建立系统的阻抗模型和等效级联电路。提出一种改进型阻抗判据用于该系统的稳定性评估,通过该判据可讨论锁相环带宽、功率因数角和电网电流参考幅值在弱电网下对系统的稳定性影响。推导出同时包含锁相环和双电流环的稳定性判据方程式,通过该式可同时考虑二者对系统稳定裕度的影响,同时还针对锁相环中的比例积分控制器提出一种可保证系统稳态和动态性能的参数设计方案。最后,搭建的多电平式多变流器级联并网发电系统测试平台在强弱电网下不同带宽的实验结果证明了有关PLL对系统稳定性影响的理论分析。此外,不同功率因素角下的稳态和动态实验结果验证了所选控制策略和参数设计方法的有效性。(3)为加深基于H桥变流器的多变流器并联并网系统来源的理解,对基于光伏发电单元的多变流器光伏并网发电系统的聚合建模和低电压穿越等问题展开研究。首先分析光伏发电单元基本的电压外环加电流内环的并网控制策略,再针对电网电压故障提出降荷电路及其控制方法。该法主要作用体现在电网电压故障时直流侧电压骤升能得到抑制及系统能发出无功用于支撑电网电压恢复。针对多变流器光伏并网发电系统容量过大,计算量增加导致的仿真分析效率低下问题,提出大容量系统聚合建模方法建立等效模型,基于该模型可减少系统中的开关器件,节约仿真时间。同时,给出光伏阵列参数、主电路参数和控制电路参数的等效计算方法。然后,在PSCAD仿真平台下分别搭建500kW光伏发电单元并网模型、3MVA多变流器光伏并网发电系统实际模型及其聚合模型。电网电压发生50%对称与非对称跌落的仿真结果验证了所提控制策略与聚合建模的有效性。(4)将微电网式多变流器光伏并网发电系统模型简化为多台单相H桥变流器并联并网发电系统,然后对其建模方法展开研究。采用状态空间法建立多变流器并联并网发电系统的小信号模型和采用控制理论中的框图变换及电路等效法建立多变流器并联并网发电系统的传递函数模型。根据所建模型的数学表达分析可看出当各变流器主电路和控制参数均一致时,对n台变流器并联时各变流器输出电流的相互影响可等效成电网等效导纳缩小n倍对单台变流器输出电流的影响及可通过分析单台的控制参数来得出并联系统的控制参数。最后,搭建多变流器直接并联并网系统实验平台对暂态特性、电网阻抗和控制参数变化等工况进行实验验证。

关键词：多变流器并网模式双环控制低电压穿越聚合模型变流器建模稳定性分析

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空调负荷参与系统调峰容量评估与应用研究

空调负荷参与系统调峰容量评估与应用研究

作者：张一荻山东大学

学位级别：硕士

由于电能不能存储的特性,电力系统中发电功率与电力负荷必须保证瞬时平衡,否则会对电网频率及电压造成极大影响,因此保证电网的功率平衡成为电力系统调控的重要内容。目前有主要有两类解决电力系统供给与需求矛盾的方法,一是从源侧增加... 详细信息

由于电能不能存储的特性,电力系统中发电功率与电力负荷必须保证瞬时平衡,否则会对电网频率及电压造成极大影响,因此保证电网的功率平衡成为电力系统调控的重要内容。目前有主要有两类解决电力系统供给与需求矛盾的方法,一是从源侧增加系统的备用容量,传统的调峰方式主要有火电机组调峰、抽水蓄能调峰、燃气轮机调峰、蓄电池调峰,随着技术发展,光伏、风电等新能源电站数量也在逐渐增多;另一种是从荷侧入手,研究负荷优化调峰策略,大力发展负荷资源的需求响应、控制技术。电力系统中存在大量具备储存能量能力的负荷,短时间内改变参数不会对用电体验造成太大影响,其中最为典型的是空调负荷。空调负荷的增长使得电网低谷负荷与高峰负荷的比例逐年拉大,且高峰负荷持续时间较短,为了维持高峰负荷的功率平衡,不得不增加系统备用容量,造成系统资源的浪费。空调负荷具有占比高、可控性强、响应速度快、可就地平衡、与高峰负荷相关性强等特点,因此研究空调负荷参与电力系统调峰具有重要意义。分析空调负荷的特性,根据能量守恒定律,建立了单台空调的一阶模型;采用拉丁超立方法建立空调负荷功率聚合模型,拉丁超立方法相比蒙特卡洛法改进了采样策略,能够做到以较小的采样规模获得较高的采样精度。在建立聚合模型后,对空调负荷的可控容量进行评估,得到可控容量与控制温度、室外温度之间的表达式。将电网实际参数代入空调负荷聚合模型进行仿真计算,从仿真计算结果可以得出空调负荷的聚合功率随着室外温度的上升而上升,在此基础上进一步求得可控容量,并进行误差分析。为了充分调动空调用户参与系统调峰积极性,应用非线性定价理论,对阶梯补偿价格进行了优化分析。在建立补偿定价模型基础上,以供电公司效益最大和用户收益最大为目标设定最优决策目标,考虑用户参与、中断量为正等约束条件,将双目标问题转化为单目标问题求解,通过非线性约束优化算法求得最优补偿价格与中断范围。基于柔性控制的智能有序用电管理系统,逻辑架构包括数据层、应用层、展现层,物理架构采用三层体系架构,包括设备层、现场控制层和网络层。将楼宇空调负荷分为中央空调、多联机空调及分散式空调三大类,分别设计调控技术路线。最后以芝罘区实际电网数据为例,分析空调用户参与系统调峰的效果,验证了本文所建立的数据模型、算法能够用于实际应用。

关键词：空调负荷聚合模型可控容量评估补偿定价模型参与系统调峰应用

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可控负荷提供系统备用的机制研究与容量评估

可控负荷提供系统备用的机制研究与容量评估

作者：李娜山东大学

学位级别：硕士

传统上,电力系统由区域内的发电机组以及区域间的联络线提供备用容量。随着发电构成的变化,特别是大容量火电机组与核电机组所占比例的提高,计及能效与环境等因素,发电侧备用的成本显著增加,同时,大容量间歇性能源的并网,以及负荷需求... 详细信息

传统上,电力系统由区域内的发电机组以及区域间的联络线提供备用容量。随着发电构成的变化,特别是大容量火电机组与核电机组所占比例的提高,计及能效与环境等因素,发电侧备用的成本显著增加,同时,大容量间歇性能源的并网,以及负荷需求的快速增加,使得电力系统对备用的总量与品质提出了更高的要求,因此,仅由发电侧提供备用容量的形式会有所转变,挖掘负荷侧备用的潜力开始倍受关注。加强对负荷侧提供备用的研究和利用,对促进智能电网的高效发展、保障我国电力系统的安全稳定运行有着重要的理论意义和实用价值。空调负荷是典型的可控负荷,具有一定储能特性。在不影响用户舒适度的前提下,可通过调整其设定温度,控制启停状态,为系统提供备用。为准确描述可控负荷的工作特性,需建立精确的物理模型。论文考虑影响空调负荷工作状态变化的多种因素,建立了基于三阶状态方程的空调负荷物理模型;提出了基于蒙特卡洛模拟的单区域空调负荷聚合模型,分析了关键参数的分布特性对聚合负荷功率动态特性的影响。为更准确的刻画外界环境参数的分布差异性,求取更精确的聚合负荷功率需求,提出了基于气象分区的聚合方法。应用泰森多边形法将聚合负荷所辖地理范围进行区域划分,各子区域由唯一的气象观测站提供外界温度等气象信息,使得外界参数更加精细化,所得聚合结果更准确。根据国际气象组织在山东境内的气象观测站数目和信息,对山东电网进行区域划分,并对各子区域内的空调负荷进行聚合仿真,求得多区域聚合的功率需求,与单区聚合的情况相比,验证了分区聚合的精确性。在分区聚合模型基础上,通过大量仿真实验,得到备用响应时间及容量与相关参数分布特性的数据,并利用非线性回归分析和曲线拟合等方法,建立聚合负荷提供备用的响应时间、备用容量大小与关键参数的非线性回归模型,仿真算例验证了所提方法和模型的有效性及精确性。

关键词：可控负荷空调负荷聚合模型泰森多边形法可信备用

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变频空调需求响应潜力评估及聚合控制研究

变频空调需求响应潜力评估及聚合控制研究

作者：范亚洲华北电力大学

学位级别：硕士

随着间歇式可再生能源渗透率的不断增加,电网功率波动加剧,电力系统运行调度面临新的挑战。需求响应作为物联网和智能电网的关键核心技术之一,能有效提高系统运行效率,而变频空调负荷作为优质的需求侧管理资源,通过合理调度有助于提升... 详细信息

随着间歇式可再生能源渗透率的不断增加,电网功率波动加剧,电力系统运行调度面临新的挑战。需求响应作为物联网和智能电网的关键核心技术之一,能有效提高系统运行效率,而变频空调负荷作为优质的需求侧管理资源,通过合理调度有助于提升电网的供需平衡能力。不过变频空调单体功率小、数量庞大,如何有效评估大规模变频空调负荷群的响应潜力并建立面向控制的聚合模型仍是亟待解决的问题。本文围绕变频空调负荷参与需求响应的控制方式、响应机理、响应潜力评估、聚合建模方法与集群控制策略展开研究,主要研究内容如下:首先,针对变频空调负荷功率波动的问题,提出了一种基于变斜率系数的频率控制策略。为了描述室内空气与固体物质间的热传导过程,提高模型精度,本文基于二阶等效热参数模型建立了变频空调负荷模型;在分析变频空调负荷参与需求响应的机理和控制方式的基础上,结合常规温度控制和频率控制的优点,并考虑用户舒适度,提出了一种以改变频率特性曲线斜率为基础的频率控制策略。仿真结果表明,所建立的变频空调负荷模型能够准确地描述室温和固体物质温度的变化情况,而基于变斜率系数的频率控制策略不仅消除了功率波动,还实现了对于频率的连续调节。其次,针对变频空调负荷缺乏统一的潜力评估方法的问题,提出了一种大规模变频空调负荷群的需求响应潜力评估方法。定义了相关的潜力评估指标,并且定量评估了大规模变频空调负荷群参与需求响应的各方面性能。与此同时,分析了不同外界因素对负荷群需求响应潜力的影响。仿真结果表明,所提出的需求响应潜力评估方法能有效评估大规模变频空调负荷群在不同环境和用户条件下参与需求响应的潜力,减小了由于变频空调负荷不可预测性带来的负载波动风险。最后,针对缺少直接面向控制的变频空调聚合建模方法的问题,建立了面向控制的聚合变频空调负荷模型,并设计了基于反推控制的聚合变频空调功率跟踪控制算法。大规模变频空调参与系统调控的关键是建立一个面向控制的聚合模型,本文以频率设定值变化率为基础,建立了变频空调负荷动态传输模型,进一步利用有限差分法离散得到聚合变频空调负荷自由响应模型和强制响应模型;基于反推控制原理,设计了聚合变频空调负荷功率跟踪的控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明其收敛性。仿真结果表明,聚合模型能够表征变频空调集群负荷特性,通过控制算法可改变频率与温度差的电气量关系,最终实现了对于功率参考曲线的快速准确跟踪,有效改善了需求响应效果。本文通过对变频空调负荷聚合模型和集群调控策略的研究,为变频空调负荷参与电力系统辅助服务提供了模型和控制基础,对于推动需求侧资源作为控制手段以支撑电力系统功率平衡提供了新的解决思路。

关键词：变频空调需求响应潜力有限差分聚合模型反推控制

基于电热水器负荷的电力系统调频控制策略研究

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基于电热水器负荷的电力系统调频控制策略研究

作者：柳阳青岛大学

学位级别：硕士

电力系统频率是反应系统电能质量的重要指标之一,但近年来大量新能源发电的并网对电力系统频率稳定造成了一定冲击,单纯依靠发电侧调频装置进行调频的方式已难以取得满意的调频效果。随着智能控制技术、高级通信技术等高新技术的不断发... 详细信息

电力系统频率是反应系统电能质量的重要指标之一,但近年来大量新能源发电的并网对电力系统频率稳定造成了一定冲击,单纯依靠发电侧调频装置进行调频的方式已难以取得满意的调频效果。随着智能控制技术、高级通信技术等高新技术的不断发展,各行各业纷纷进入信息化、智能化时代,电网也不例外。随着“智能电网”概念的提出与实施,利用需求响应负荷进行的需求侧调频变得更加容易实现,为电力系统调频问题开辟了一条新道路。本文就以需求响应负荷中典型的电热水器负荷为研究对象,对其参与需求侧调频的原理、调频潜力、聚合模型以及核心控制策略进行了细致的分析与研究。首先,分析了电力系统的调频机理,特别阐述了需求侧调频的相关原理。接着证明了电热水器负荷作为需求响应负荷参与电力系统调频的可行性与巨大潜力,并通过研究电热水器负荷的工作特性与单体物理模型,利用状态序列法构建了电热水器负荷聚合模型,获得了电热水器聚合群的相关容量信息,为电热水器负荷参与电力系统调频提供了相关的理论与模型基础。然后,在前文获得的理论与模型基础上提出了一种电热水器负荷参与电力系统调频的模糊自适应控制策略。该策略以电热水器负荷为控制对象,依据电热水器聚合模型,通过调温控制方式实现聚合群参与系统频率响应的自适应调节。同时为了使调节控制更加灵活,构建了一个模糊控制器,利用模糊规则对调频响应系数进行调整,实现了针对不同情况时能够达到不同调频效果的作用。最后通过算例仿真证实了该控制策略的有效性。最后,考虑到电热水器负荷构成的聚合群存在着丰富度的问题,进一步提出了一种在保持电热水器聚合群丰富度基础上参与调频的改进分组控制策略。该策略引入了聚合商机构,利用聚合商对电热水器负荷进行分组控制,首先通过对系统实际情况与电热水器聚合群运行状态信息进行分析实现负荷分组,然后利用基于模糊控制的弹性阀值法控制各负荷组响应系统频率调节,响应结束后再利用延时恢复机制使聚合群状态恢复,保证了聚合群在响应系统频率调节的同时丰富度不受干扰。最后通过算例仿真证实了该项改进分组控制策略的有效性与优越性。

关键词：需求侧调频电热水器负荷聚合模型模糊控制分组控制

Kinetics of an n—Species Aggregation Chain Model with Complete Annihilation

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Communications in Theoretical Physics 2003年第1期39卷 115-120页

作者： KEJian－Hong LINZhen－Quan DpeartmentofPhysicsandElectronicInformationScience WenzhouNormalCollegeWenzhou325027China DpeartmentofPhysicsandElectronicInformationScience WenzhouNormalCollegeWenzhou325027Chi

The kinetic behavior of an n-species (n ≥ 3) aggregation-annihilation chain reaction model is studied. In this model, an irreversible aggregation reaction occurs between any two clusters of the same species, and an irreversible complete annihilation reaction occurs only between two species with adjacent number. Based on the rnean-field theory, we investigate the rate equations of the process with constant reaction rates to obtain the asymptotic solutions of the clustermass distributions for the system. The results show that the kinetic behavior of the system not only depends crucially on the ratio of the aggregation rate I to the annihilation rate J, but also has relation with the initial concentration of each species and the species number's odevity. We find that the cluster-mass distribution of each species obeys always a scaling law. The scaling exponents may strongly depend on the reaction rates for most cases, however, for the case in which the ratio of the aggregation rate to the annihilation rate is equal to a certain value, the scaling exponents are only dependent on the initial concentrations of the reactants.

关键词： n种物质聚合聚合模型完全湮没

Research on stateful public key based secure data aggregation model for wireless sensor networks

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High Technology Letters 2017年第1期23卷 38-47页

作者：秦丹阳 Jia Shuang Yang Songxiang Wang Erfu Ding Qun Key Lab of Electronic and Communication Engineering Heilongjiang UniversityHarbin 150080P.R.China

Data aggregation technology reduces traffic overhead of wireless sensor network and extends effective working time of the network,yet continued operation of wireless sensor networks increases the probability of aggregation nodes being captured and probability of aggregated data being tampered.Thus it will seriously affect the security performance of the network. For network security issues,a stateful public key based SDAM( secure data aggregation model) is proposed for wireless sensor networks( WSNs),which employs a new stateful public key encryption to provide efficient end-to-end security. Moreover,the security aggregation model will not impose any bound on the aggregation function property,so as to realize the low cost and high security level at the same time.

关键词：无线传感器网络安全数据聚合模型状态公钥数据融合技术网络安全问题安全性能