本发明专利技术公开了一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，主要包括：步骤一、求解考虑多重信息因素的信息系统控制功能可靠性，包括对信息系统硬件装置因素可靠性进行建模、对信息系统软件因素可靠性进行建模、对信息系统人员因素可靠性进行建模和基于状态空间法求解控制功能可靠性；步骤二、分析电力信息物理系统连锁故障的发生机理；步骤三、建立电力信息物理系统连锁故障搜索方法并计算系统风险。现有技术中针对电力信息物理系统连锁故障风险评估的难点在于建立信息系统可靠性模型和研究电力信息物理系统连锁故障的发生机理。本发明专利技术风险评估能够应用于优选最佳电力通信网络拓扑方案、辅助制定降低系统风险措施等方面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电网规划运行领域，尤其涉及一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法。
技术介绍
随着信息通信技术(InformationCommunicationTechnology,ICT)的应用，智能电网将发展成为电力系统和信息系统高度融合的电力信息物理系统(ElectricCyber-PhysicalSystem，ECPS)。电力通讯网的开放、兼容和互联，使得更多的风险因素被引入，由于通信网和电网故障在极端条件下存在相互促进作用，信息系统故障将使得控制中心失去对相关电力设备的控制能力，并导致事故的产生。2010年“震网”病毒对伊朗核电站的攻击与2015年的乌克兰停电事故证实了跨信息空间和电力空间的故障会造成严重后果。近年来连锁故障引起的大停电事故时有发生，连锁故障风险评估对防止电网出现大停电事故具有重要意义，有研究表明信息系统故障对连锁故障的发生有推波助澜的作用，但现有研究在连锁故障风险评估时鲜有考虑信息系统的影响。电力信息物理系统连锁故障可分为两种：一是电力系统原发故障引起的连锁故障；二是信息系统故障通过信息-电力作用传递到电力系统，引起电力系统发生故障，进而形成跨空间的电力信息物理系统连锁故障。实际上，绝大多数的停电事故都是因为电力系统某个元件退出运行后导致潮流发生大规模转移，进一步使更多元件退出运行从而引发连锁故障。因此，电力信息物理系统连锁故障风险评估的难点在于建立信息系统可靠性模型和研究电力信息物理系统连锁故障的发生机理。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，能够应用于优选最佳电力通信网络拓扑方案、辅助制定降低系统风险措施等方面。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，包括以下步骤：步骤一、求解考虑多重信息因素的信息系统控制功能可靠性，包括：1-1)对信息系统硬件装置因素可靠性进行建模：首先，将工作站、交换机、智能电子设备与相应的设备应用软件融合等效为串联的等效失效模型，然后，结合信息系统拓扑结构得到控制功能可靠性框图，信息系统硬件等效失效率λh通过串并联网络分析计算得到；1-2)对信息系统软件因素可靠性进行建模：信息系统软件包括操作系统、电网控制系统软件和设备应用软件，其中，设备应用软件融入到通信设备中，并采用Logarithmicexponential模型模拟信息系统软件可靠性，Logarithmicexponential模型软件失效率λs0为：λs0(u)＝λ0exp(-kε)(1)式(1)中：λ0为初始故障概率；k为故障减少率系数；ε为系统运行中累计发现的错误；将电网控制系统软件和操作系统等效为串联系统失效模型，并采用串并联网络分析计算计算所述串联系统失效模型的软件等效失效率λs；1-3)对信息系统人员因素可靠性进行建模：采用两参数威布尔分布拟合人员失效率λp：式(2)和式(3)中：t为响应时间；T0.5为人员完成某项任务所用中值时间；α、β分别为认知行为模型尺度、形状因素；1-4)基于状态空间法求解控制功能可靠性：设：①信息系统硬件、软件及人员失效相互独立；②信息系统硬件、软件、人员处于运行稳定期，而且相应的失效率视为常数；③对于工作站、交换机、智能电子设备及其通讯线路的失效包括可自检硬件失效和不可自检硬件失效，整个信息系统硬件的自检概率为C，可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ1；不可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ2；软件等效失效模型的修复率为μ3；人员操作失误的修复率为μ4；设：控制功能在控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率为P(n)＝[P0,P1,P2,P3,P4](4)式(4)中，P0,P1,P2,P3,P4分别表示控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率；平稳状态转移矩阵P为：联立式(6)和式(7)：P(n)P＝0(6)得控制功能的可用率P0：步骤二、确定电力信息物理系统连锁故障的发生机理，包括：2-1)分析电力信息物理系统连锁故障模式：电力信息物理系统连锁故障包括两种：一是电力系统原发故障引起的连锁故障；二是信息系统故障通过信息-电力作用传递到电力系统，引起电力系统发生故障，进而形成跨空间的电力信息物理系统连锁故障；2-2)以断路器为作用接口，信息-电力作用关系：控制功能失效包括拒动和误动，断路器控制功能失效导致的拒动发生在运行方式调整时，断路器控制功能失效导致误动中的误合情况发生时，断路器控制功能失效导致所属线路断开；2-3)建立考虑控制功能失效的线路可靠性模型：U'＝U(Uc,fP0,f)(Uc,tP0,t)(9)式(9)中：U'为考虑控制功能作用后的线路可用率；U为不考虑控制功能作用时线路的可用率；Uc,f、Uc,t分别为线路首末两端断路器的可用率；P0,f、P0,t分别为线路末端断路器控制功能的可用率；2-4)最终得到电力信息物理系统连锁故障的发生机理；步骤三、建立电力信息物理系统连锁故障搜索方法并计算系统风险，包括：3-1)选择初始故障线路；3-2)断开故障线路，计算系统潮流；3-3)判断是否有线路潮流过载，若有，断开过载线路，进入步骤3-4)；若无，则搜索结束，调用最优潮流程序计算系统风险指标；3-4)判断是否出现潮流不收敛或系统解列，若否，返回步骤3-3)；若是，则搜索结束，调用最优潮流程序计算系统风险指标；上述步骤3-3)和步骤3-4)所使用的风险指标相同，包括连锁故障概率Pcf和期望负荷损失量EENS，其中：连锁故障概率Pcf式(10)中：S为单元件故障集，pi为故障i发生的概率，Fi为表征故障i发生是否会导致连锁故障的标志，如果搜索过程中故障支路总数超过3条，则认为系统发生了连锁故障，令Fi＝1，否则Fi＝0；期望负荷损失量EENS，单位为MWh/y，式(11)中：Ci为故障i发生所导致的切负荷量；T为评估时间，单位为小时，T取值为1年。本专利技术的有益效果是：现有技术中针对电力信息物理系统连锁故障风险评估的难点在于建立信息系统可靠性模型和研究电力信息物理系统连锁故障的发生机理。本专利技术风险评估能够应用于优选最佳电力通信网络拓扑方案、辅助制定降低系统风险措施等方面。附图说明图1为变电站内部通信网络拓扑；图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为常用的电力通信网络拓扑，其中，图2(a)为星型结构，图2(b)为环型结构，图2(c)为总线型结构；图3为控制功能的可靠性框图；图4为控制功能的状态空间图；图5为本专利技术故障风险评估方法流程图；图6为RTS-79测试系统；图7(a)和图7(b)分别为硬件自检概率对系统风险的影响，其中，图7(a)是硬件自检概率对连锁故障概率的影响，图7(b)是硬件自检概率对期望负荷损失量的影响；图8为线路潮流限值对系统风险的影响。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图5所示，本专利技术提出的一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，包括以下步骤：步骤一、求解考虑多重信息因素的信息系统控制功能可靠性，包括：1-1)对信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、求解考虑多重信息因素的信息系统控制功能可靠性，包括：1‑1)对信息系统硬件装置因素可靠性进行建模：首先，将工作站、交换机、智能电子设备与相应的设备应用软件融合等效为串联的等效失效模型，然后，结合信息系统拓扑结构得到控制功能可靠性框图，信息系统硬件等效失效率λh通过串并联网络分析计算得到；1‑2)对信息系统软件因素可靠性进行建模：信息系统软件包括操作系统、电网控制系统软件和设备应用软件，其中，设备应用软件融入到通信设备中，并采用Logarithmicexponential模型模拟信息系统软件可靠性，Logarithmic exponential模型软件失效率λs0为：λs0(u)＝λ0 exp(‑kε) (1)式(1)中：λ0为初始故障概率；k为故障减少率系数；ε为系统运行中累计发现的错误；将电网控制系统软件和操作系统等效为串联系统失效模型，并采用串并联网络分析计算计算所述串联系统失效模型的软件等效失效率λs；1‑3)对信息系统人员因素可靠性进行建模：采用两参数威布尔分布拟合人员失效率λp：λp=exp(-(tT0.5α)β)---(2)]]>α=(ln2)-1β---(3)]]>式(2)和式(3)中：t为响应时间；T0.5为人员完成某项任务所用中值时间；α、β分别为认知行为模型尺度、形状因素；1‑4)基于状态空间法求解控制功能可靠性：设：①信息系统硬件、软件及人员失效相互独立；②信息系统硬件、软件、人员处于运行稳定期，而且相应的失效率视为常数；③对于工作站、交换机、智能电子设备及其通讯线路的失效包括可自检硬件失效和不可自检硬件失效，整个信息系统硬件的自检概率为C，可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ1；不可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ2；软件等效失效模型的修复率为μ3；人员操作失误的修复率为μ4；设：控制功能在控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率为P(n)＝[P0,P1,P2,P3,P4] (4)式(4)中，P0,P1,P2,P3,P4分别表示控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率；平稳状态转移矩阵P为：P=-(λh+λs+λp)Cλh(1-C)λhλsλpμ1-μ1000μ20-μ200μ300-μ30μ4000-μ4---(5)]]>联立式(6)和式(7)： P(n)P＝0 (6)Σi=0i=4Pi=1---(7)]]>得控制功能的可用率P0：P0=μ1μ2μ3μ4/(μ1λhμ3μ4+μ1μ2μ3λp+μ1μ2λsμ4+μ1μ2μ3μ4-Cμ1λhμ3μ4+Cλhμ2μ3μ4)---(8)]]>步骤二、确定电力信息物理系统连锁故障的发生机理，包括：2‑1)分析电力信息物理系统连锁故障模式：电力信息物理系统连锁故障包括两种：一是电力系统原发故障引起的连锁故障；二是信息系统故障通过信息‑电力作用传递到电力系统，引起电力系统发生故障，进而形成跨空间的电力信息物理系统连锁故障；2‑2)以断路器为作用接口，信息‑电力作用关系：控制功能失效包括拒动和误动，断路器控制功能失效导致的拒动发生在运行方式调整时，断路器控制功能失效导致误动中的误合情况发生时，断路器控制功能失效导致所属线路断开；2‑3)建立考虑控制功能失效的线路可靠性模型：U'＝U(Uc,fP0,f)(Uc,tP0,t) (9)式(9)中：U'为考虑控制功能作用后的线路可用率；U为不考虑控制功能作用时线路的可用率；Uc,f、Uc,t分别为线路首末两端断路器的可用率；P0,f、P0,t分别为线路末端断路器控制功能的可用率；2‑4)最终得到电力信息物理系统连锁故障的发生机理；步骤三、建立电力信息物理系统连锁故障搜索方法并计算系统风险，包括：3‑1)选择初始故障线路；3‑2)断开故障线路，计算系统潮流；3‑3)判断是否有线路潮流过载，若有，断开过载线路，进入步骤3‑4)；若无，则搜索结束，调用最优潮...
【技术特征摘要】
1.一种考虑多重信息因素的ECPS连锁故障风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、求解考虑多重信息因素的信息系统控制功能可靠性，包括：1-1)对信息系统硬件装置因素可靠性进行建模：首先，将工作站、交换机、智能电子设备与相应的设备应用软件融合等效为串联的等效失效模型，然后，结合信息系统拓扑结构得到控制功能可靠性框图，信息系统硬件等效失效率λh通过串并联网络分析计算得到；1-2)对信息系统软件因素可靠性进行建模：信息系统软件包括操作系统、电网控制系统软件和设备应用软件，其中，设备应用软件融入到通信设备中，并采用Logarithmicexponential模型模拟信息系统软件可靠性，Logarithmicexponential模型软件失效率λs0为：λs0(u)＝λ0exp(-kε)(1)式(1)中：λ0为初始故障概率；k为故障减少率系数；ε为系统运行中累计发现的错误；将电网控制系统软件和操作系统等效为串联系统失效模型，并采用串并联网络分析计算计算所述串联系统失效模型的软件等效失效率λs；1-3)对信息系统人员因素可靠性进行建模：采用两参数威布尔分布拟合人员失效率λp：λp=exp(-(tT0.5α)β)---(2)]]>α=(ln2)-1β---(3)]]>式(2)和式(3)中：t为响应时间；T0.5为人员完成某项任务所用中值时间；α、β分别为认知行为模型尺度、形状因素；1-4)基于状态空间法求解控制功能可靠性：设：①信息系统硬件、软件及人员失效相互独立；②信息系统硬件、软件、人员处于运行稳定期，而且相应的失效率视为常数；③对于工作站、交换机、智能电子设备及其通讯线路的失效包括可自检硬件失效和不可自检硬件失效，整个信息系统硬件的自检概率为C，可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ1；不可自检硬件失效的硬件失效修复率为μ2；软件等效失效模型的修复率为μ3；人员操作失误的修复率为μ4；设：控制功能在控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率为P(n)＝[P0,P1,P2,P3,P4](4)式(4)中，P0,P1,P2,P3,P4分别表示控制功能可用、可自检硬件失效、不可自检硬件失效、软件等效失效、人员失效状态的平稳状态概率；平稳状态转移矩阵P为：P=-(λh+λs+λp)Cλh(1-C)λhλsλpμ1-μ1000μ20-μ200μ300-μ30μ4000-μ4---(5)]]>联立式(6...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳丽，卢东旭，曾沅，侯恺，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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