考虑信息传输失效的电力物理信息系统连锁故障评估方法

本发明属于电力系统领域，具体的说是一种考虑信息传输失效的电力物理信息系统连锁故障评估方法。

背景技术：

1、由于信息设备和电力设备在地理位置上的高度重合和在功能上的高度依赖，依存关系和信息传输导致的故障跨网传播成为电力信息物理系统连锁故障的新特性。针对电力信息物理系统连锁故障的现有研究中，主要根据信息网络拓扑情况计算信息传输失败的概率，难以将信息网模型具象到报文传输，使连锁故障模拟存在较大误差。此外，现有的电力物理信息系统连锁故障评估指标大多仅考虑单一的网络拓扑，未考虑到两网间的耦合特性。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种考虑信息传输失效的电力物理信息系统连锁故障评估方法，以期能更精确地预测信息传输失败，模拟连续节点攻击下的连锁故障过程，从而能为电力物理信息系统连锁故障防控提供理论指导。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种考虑信息传输失效的电力物理信息系统连锁故障评估方法的特点在于，是按如下步骤进行：

4、步骤1、构建包含电网及信息网的电力信息物理系统：

5、所述电网共有np个电网节点，并包括：ng个发电机节点、nl个负荷节点；

6、所述信息网共有nc个信息节点，并包括：nc1个耦合信息节点、nc2个非耦合信息节点、1个调度中心；

7、步骤2、从电网节点中选取nt个节点，建立连续攻击节点集；初始化nt=1；

8、步骤3、从所述连续攻击节点集中选取第nt个电网节点作为新的攻击节点，并使攻击节点失效；当攻击节点失效后，根据依存关系，使对应的信息节点也失效，并根据拓扑关系，使对应电力线路也失效；

9、步骤4、判断当前电网是否解列；

10、若解列，则先对当前电网进行功率再平衡后，进入步骤5；

11、若未解列，则直接进入步骤5；

12、步骤5、对当前电网进行潮流计算，判断是否存在电力线路严重过载；

13、若存在电力线路严重过载，则立即断开相应线路，使得当前电网更新，并进入步骤6；

14、若不存电力线路严重过载，则进入步骤7；

15、步骤6、判断严重过载线路信息是否上传成功：

16、步骤6.1、根据信息网的节点有效状态，采用dijkstra算法计算各信息节点的最短路由路径，并建立最短路径有向图；

17、步骤6.2、根据最短路径有向图，建立信息网的节点排队模型，并计算各信息节点的队列长度；

18、步骤6.3、根据各信息节点的队列长度，计算严重过载线路信息的信息传输时延；

19、若信息传输时延超过允许传输的时间，则视为严重过载线路信息上传失效，返回步骤4；

20、若信息传输时延未超过允许传输的时间，则视为严重过载线路信息上传成功，并更新调度中心信息后，返回步骤4；

21、步骤7、对当前电网进行潮流计算，判断是否存在电力线路一般过载；

22、若存在电力线路一般过载，则进入步骤8；

23、若不存在电力线路一般过载，则进入步骤12；

24、步骤8、判断一般过载线路信息是否上传成功：

25、步骤8.1、根据信息网中节点的有效状态，采用dijkstra算法计算各信息节点的最短路由路径，并建立最短路径有向图；

26、步骤8.2、根据最短路径有向图，建立信息网的节点排队模型，并计算各信息节点的队列长度；

27、步骤8.3、根据各信息节点的队列长度，计算一般过载线路信息上传的信息传输时延；

28、若信息传输时延超过允许传输的时间，则视为一般过载线路信息上传失效，并进入步骤9；

29、若信息传输时延未超过允许传输的时间，则视为一般过载线路信息上传成功，并更新调度中心信息后，进入步骤9；

30、步骤9、调度中心根据当前信息制定控制策略，并通过信息节点下达至对应电网节点，使得当前电网更新；

31、步骤10、对当前电网进行潮流计算，用于判断是否消除电力线路一般过载；

32、若消除电力线路一般过载，则进入步骤11；

33、若未消除电力线路一般过载，则过载线路断开，并返回步骤4；

34、步骤11、计算电力物理信息系统的连锁故障评估指标，包括：源荷调整后果指标、耦合网络连通指标；

35、步骤12、若nt=nt，则结束连锁故障过程，否则，令nt+1赋值给nt，返回步骤3。

36、本发明所述的一种考虑信息传输失效的电力物理信息系统连锁故障评估方法的特点也在于，所述步骤6.2和步骤8.2中的节点排队模型是按如下过程进行建立：

37、步骤a、将信息网中传输的数据分为周期性报文、随机性报文和突发性报文；

38、所述周期性报文为报文到达时间具有周期性，且服从周期分布；

39、所述随机性报文为报文到达时间具有随机性，且服从泊松分布；

40、所述突发性报文为报文因电网故障事件产生；

41、步骤b、利用式(1)计算第个信息节点的实际处理速率：

42、   (1)

43、式(1)中，为第个信息节点的额定处理速率，为最短路径有向图中指向第个信息节点的信息节点集，为第个信息节点向第个信息节点发送周期性报文的传输速率，为第个信息节点的周期性报文的上传速率；

44、步骤c、若，表示第个信息节点拥塞，令；否则，利用式(2)计算第个信息节点的平均队列长度：

45、   (2)

46、式(2)中，为单位时间内第个信息节点向第个信息节点传输的平均随机性报文个数，为第个信息节点上传的平均随机性报文个数。

47、所述步骤6.3和步骤8.3中的信息传输时延是按如下过程进行计算：

48、利用式(3)计算信息传输时延；

49、   (3)

50、式(3)中，为通信链路传输的固有时延，并由式(4)得到，为信息随机时延，并由式(5)得到；

51、   (4)

52、式(4)中，为第个信息节点处理报文的固有时延，lc为通信链路集合，为信息链路l的长度，为光速；

53、   (5)

54、式(5)中，为第个信息节点处待转发报文的长度，为是第个信息节点的平均队列长度。

55、所述步骤11包括：

56、步骤11.1、利用式(6)计算源荷调整后果指标sev：

57、   (6)

58、式(6)中，和分别为发电机和负荷的单位调整代价，和分别为发电机和负荷因故障产生的调整量；

59、步骤11.2、利用式(7)计算耦合网络连通性指标eps：

60、   (7)

61、式(7)中，为f范数，为耦合矩阵，为电网的连通性指标，并由式(8)计算，为信息网，并由式(9)计算；

62、   (8)

63、式(8)中，vg、vl分别为电网中的发电机节点集合和负荷节点集合，path(i,j)为发电机节点i到负荷节点j潮流路径集合，为发电机节点i到负荷节点j之间路径k的电抗值；

64、   (9)

65、式(9)中，表示第个信息节点到调度中心的dijkstra最短路径长度。

66、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述电力物理信息系统连锁故障评估方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

67、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述电力物理信息系统连锁故障评估方法的步骤。

68、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

69、1、本发明基于电力信息物理系统的连锁故障因素，涵盖了电网和信息网两网故障类型，考虑了两网耦合关系导致的故障跨网传播，搭建了信息传输模型，建立了电力信息物理系统连锁故障仿真模型和评估指标，解决了难以将信息网模型具象到报文传输的问题，克服了评估指标仅考虑单一网络拓扑的问题，使连锁故障模拟更加精确，评估角度更加全面。

70、2、本发明将单一节点的队列模型推广到有向路由网络中，建立信息传输模型，并根据信息传输时延判断信息传输是否成功，解决了将信息网模型具象到报文传输的问题，能更加准确地模拟信息传输过程。

71、3、本发明建立了电力信息物理系统连锁故障仿真模型和评估指标，从源荷调整、耦合网络拓扑两个角度对连锁故障影响进行评估，克服了评估指标仅考虑单一网络拓扑的问题，使评估结果更加全面。