在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法，该方法是在传统的单独对电力网络脆弱性分析和传统的对信息层网络的脆弱性基础上，通过对信息层网络和电力网络的交互影响分析，来综合信息层网络影响下的电力网络脆弱度分析。本方法能够通过求出负荷系统脆弱性指标来评判某一时间断面电力‑信息层复合系统的脆弱性程度。能够有效地分析复合系统的薄弱部分，提高复合系统的安全性和稳定性。

Power network vulnerability assessment method under the influence of information layer network

The present invention discloses an information network layer under the influence of power network vulnerability assessment method, this method is in the traditional single vulnerability analysis and traditional information layer network vulnerability based on power network, through the interactive influence on information layer network and power network response analysis, to comprehensive power network the information layer under the influence of network vulnerability analysis. This method can calculate the load of the system through the fragile degree of vulnerability index to judge a time section of power information layer composite system. It can effectively analyze the weak parts of the composite system, and improve the security and stability of the composite system.

【技术实现步骤摘要】
在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法
本专利技术属于电力系统自动化
，具体涉及一种考虑信息层网络影响下的电力系统的脆弱性方法。
技术介绍
随着电力系统的不断发展，我国电网正往跨区域、大规模的电网发展。这同时也提高了对电网和信息层网络的安全要求，电力技术的不断发展，同时信息层和电力系统的相互影响变得更加多，则电力系统在保持自身的稳定性的同时，对信息层网络安全的要求越来越高，网络脆弱性在一定程度上能够测量网络可靠性，可反映不同网络单元失效时网络性能的下降程度。以便于找出网络中的薄弱环节。关于对电力网络脆弱性和信息层网络脆弱性的专利技术和研究已经有不少，但对于信息层系统影响下的电力网络脆弱性专利技术几乎没有，为了进一步研究复合系统的脆弱性，需要对传统的的研究方法进行筛选和改进，提出新的脆弱性评估方法。本专利技术就是基于电气介数求出电力网络脆弱性和基于复杂网络求信息层网络脆弱性及负荷节点间的信息通道的脆弱性基础上，求出电力-信息层负荷系统的脆弱性。本专利技术以脆弱度为指标，在综合电力网络和信息层网络的基础上，提出复合系统的脆弱性指标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法，本专利技术考虑了信息层网络对电力系统的影响因素，提出一个良好有效的考虑信息层网络-电力系统复合网络评估方法，具体的是先通过考虑单独的电力系统和信息层网络脆弱性，再通过研究信息层网络-电力系统复合系统的脆弱性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤S1：先对原始数据输入后的电网进行拓扑化建模，再对所有需要评估的线路，节点和相应的保护进行分组，以求出电力系统线路和节点的保护脆弱度。基于基尔霍夫定律得到线路和节点的电气介数。利用平均电压传输能力E、电压相对裕度H、无功变化率W这三个指标来构成互补性指标集，E指标从全局性角度评估了事故链发生后电网的输电能力，H指标和W指标衡量了事故链发生对系统局部无功平衡的影响，并对E、H指标求倒后，将全部指标归一化处理定义保护k的第i条事故链的后果函数Ik,j。由事故链的后果函数可定义保护k的风险保护度R(k)。并由此可定义线路保护脆弱度λ(i,j)和节点保护脆弱度λ(i)步骤S2：结合电力系统连锁故障的扩大和继电保护装置的不正确动作，提出结合电气介数和单元保护脆弱度的评估模型。步骤S3：基于复杂网络计算信息层网络的效能函数。定义任两个节点间的距离为连接这两个节点的最短路径dij计算系统的总效能E(G)，考虑连通性改进效能函数。由业务矩阵Sij计算网络的总业务量S，再将最短路径矩阵Aij，其中aij是节点i和j之间的最短路径。通过统计每次仿真去除1个点时失去连接的业务数量，来计算改进后的效能函数E′，即考虑了业务联通性及业务分布对网络传输特性的影响。步骤S4：考虑电力系统层和信息层网络之间的业务信息交互通道层的通道脆弱性，融合信息传输的路由选择概率后计算复合节点间信息通道的脆弱性。步骤S5：综合考虑电力脆弱性指标、信息层脆弱性指标和信息交互层的通道脆弱性，可得到考虑信息层网络影响的电力系统脆弱性评估指标。在计算过程中电力脆弱性指标和信息层网络脆弱性评估指标和复合节点间信息通道的脆弱值均归一化。所述的步骤S1中对线路lij的电气介数定义为其中：G和L分别为发电机节点集合和负荷节点集合；(m,n)为发电机-负荷节点对；Imn(i,j)为在发电机-负荷节点对(m,n)间加上单位注入电流元后，在线路lij上引起的电流。节点i的电气介数定义为其中：(m,n)为发电-负荷节点对；Bmn(i)为(m,n)间加入单位注入电流源后在节点i上产生的电气介数。其中j为所有与节点i有支路直接相连的节点。表征了线路、节点的结构脆弱性。平均传输能力是衡量事故链发生后的最大连通子网的输电能力：式中：M为负荷节点的集合；Pv为负荷节点吸收的有功功率；l为任意一条线路；Pl为线路l上的有功功率；Xl为线路l的电抗值。相对裕度是衡量事故链发生后的负荷电压裕度水平。式中：P为所有点的集合；Vcr为临界状态电压标幺值；Vs为事故链发生后的电压标幺值。无功变化率为衡量事故链发生后的发电机无功出力的变化率。Qg和Qg0分别表示事故链发生后和事故链发生前发电机g的无功出力，将E.H求倒后，所有指标归一化处理后定义保护k的第i条事故链的后果函数Ik,i为：式中指标E求导后归一化的数值，指标H求导后归一化的数值,N(W)指标W归一化的数值,式中Ei为保护k的第i条事故链发生后的平均传输能力；Hi为保护k的第i条事故链发生后的电压相对裕度；Wi为保护k的第i条事故链发生后的无功变化率。定义保护k的风险重要度式中：Lk为保护k的事故链集合；PL(i)为保护k的第i条事故链的概率；Ik,i为保护k的第i条事故链的后果函数.若风险重要度越大，则保护k的不正确动作对电网安全影响越大。线路保护脆弱度是线路lij上的保护对其脆弱性的平均贡献程度。节点保护脆弱度是节点i的邻接线路上的保护对其脆弱性的平均贡献程度式中：R(k)和R(k+1)为线路lij两端保护的风险重要度；j为所有与节点i有线路直接相连节点；Ki为节点i的度。所述的步骤S2中，结合了电气介数与单元保护脆弱度的电网脆弱性评估模型：Q(i,j)＝B(i,j)λ(i,j)(11)Q(i)＝B(i)λ(i)(12)式中：Q(i,j)为线路lij的脆弱度；Q(i)为节点i的脆弱度。所述的步骤S3中，平均距离L，即反映了网络中节点之间信息传播的平均长度，即2个节点之间的最短距离：n为节点总个数，定义整个网络G的功效性指标为：假设εij表示2节点之间的通信效率，与这2节点之间的最短距离成反比，εij＝(1/dij)。改进后的效能函数为：其中E是原来的功效性指标效能函数，为正在传输的业务所占的比例。可看出修改后的信息层网络的脆弱性评估指标更全面。所述的步骤S5中，定义复合节点间信息通道的脆弱性时考虑了路由选择概率：式中：Cf[Ef(i,j)]是通信节点i和电力节点j间的通脆弱性，psk是第k类业务信息在该通道的路由选择概率。εt为通道传输实际延时和固有时延之比；n为通道中的业务量，vk为第k类业务的传输速率；Bsk为第k类通信业务的重要度指标。电力节点脆弱性和信息层节点脆弱值和信息交互通道的脆弱值三者叠加可以得到考虑信息层影响下的电力节点脆弱性指标：Cp'(Npi)＝Q(i)+[1-Q(i)]·maxj{max{Cf[Ef(i,j)]},E'}(17)在式中计算时，各指标均需要进行归一化处理，其中maxj就是与电力i节点相连的信息层通道的最大脆弱值。考虑到信息层的融入会对电力支路的脆弱性产生间接的影响，因此考虑了信息层网络的影响下的电力支路脆弱性指标：式中wik表示节点i的度数。本专利技术的有益效果是：本专利技术在传统的单独对电力网络脆弱性分析和传统的对信息层网络的脆弱性基础上，通过对信息层网络和电力网络的交互影响分析，来综合信息层网络影响下的电力网络脆弱度分析。本方法能够通过求出负荷系统脆弱性指标来评判某一时间断面电力-信息层复合系统的脆弱性程度。能够有效地分析复合系统的薄弱部分，提高复合系统的安全性和稳定性。附图说明图1是本专利技术流程图。具体实施方式下面将结本文档来自技高网...

【技术保护点】
在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：对原始数据输入后的电网进行拓扑化建模，对所有需要评估的线路、节点和相应的保护进行分组，求出电力系统线路和节点的保护脆弱度：基于基尔霍夫定律得到线路的电气介数B(i,j)和节点的电气介数B(i)，利用平均电压传输能力E、电压相对裕度H、无功变化率W三个指标构成互补性指标集，对E、H指标求倒后，将全部指标归一化后，获得保护k的第i条事故链的后果函数Ik,j，再由事故链的后果函数获得保护k的风险保护度R(k)，由此获得线路保护脆弱度λ(i,j)和节点保护脆弱度λ(i)；步骤S2：结合电力系统连锁故障的扩大和继电保护装置的不正确动作，建立结合电气介数和单元保护脆弱度的评估模型；步骤S3：基于复杂网络计算信息层网络的效能函数，定义任两个节点间的距离为连接这两个节点的最短路径dij，计算系统的总效能E(G)，并考虑连通性改进效能函数；步骤S4：考虑电力系统层和信息层网络之间的业务信息交互通道层的通道脆弱性，融合信息传输的路由选择概率后计算复合节点间信息通道的脆弱性；步骤S5：综合考虑电力脆弱性指标、信息层脆弱性指标和信息交互层的通道脆弱性，得到考虑信息层网络影响的电力系统脆弱性评估指标。...

【技术特征摘要】
1.在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：对原始数据输入后的电网进行拓扑化建模，对所有需要评估的线路、节点和相应的保护进行分组，求出电力系统线路和节点的保护脆弱度：基于基尔霍夫定律得到线路的电气介数B(i,j)和节点的电气介数B(i)，利用平均电压传输能力E、电压相对裕度H、无功变化率W三个指标构成互补性指标集，对E、H指标求倒后，将全部指标归一化后，获得保护k的第i条事故链的后果函数Ik,j，再由事故链的后果函数获得保护k的风险保护度R(k)，由此获得线路保护脆弱度λ(i,j)和节点保护脆弱度λ(i)；步骤S2：结合电力系统连锁故障的扩大和继电保护装置的不正确动作，建立结合电气介数和单元保护脆弱度的评估模型；步骤S3：基于复杂网络计算信息层网络的效能函数，定义任两个节点间的距离为连接这两个节点的最短路径dij，计算系统的总效能E(G)，并考虑连通性改进效能函数；步骤S4：考虑电力系统层和信息层网络之间的业务信息交互通道层的通道脆弱性，融合信息传输的路由选择概率后计算复合节点间信息通道的脆弱性；步骤S5：综合考虑电力脆弱性指标、信息层脆弱性指标和信息交互层的通道脆弱性，得到考虑信息层网络影响的电力系统脆弱性评估指标。2.根据权利要求1所述的在信息层网络影响下的电力网络脆弱性评估方法，其特征在于，步骤S1中，对线路lij的电气介数定义为其中：G和L分别为发电机节点集合和负荷节点集合；(m,n)为发电机-负荷节点对；Imn(i,j)为在发电机-负荷节点对(m,n)间加上单位注入电流元后，在线路lij上引起的电流；对节点i的电气介数定义为其中：(m,n)为发电-负荷节点对；Bmn(i)为(m,n)间加入单位注入电流源后在节点i上产生的电气介数，其中j为所有与节点i有支路直接相连的节点；平均电压传输能力E为：式中：M为负荷节点的集合；Pv为负荷节点吸收的有功功率；l为任意一条线路；Pl为线路l上的有功功率；Xl为线路l的电抗值；电压相对裕度H为：1式中：P为所有点的集合；Vcr为临界状态电压标幺值；Vs为事故链发生后的电压标幺值；无功变化率W为：Qg和Qg0分别表示事故链发生后和事故链发生前发电机g的无功出力，保护k的第i条事故链的后果函数Ik,i为：式中指标E求导后归一化的数值，指标H求导后归一化的数值,N(W)指标W归一化的数值,式中Ei为保护k的第i条事故链发生后的平均传输能力；Hi为保护k的第i条事故链发生后的电压相对裕度；Wi为保护k的第i条事故链发生后的无功变化率。保护k的风险保护度

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，温柏坚，卢建刚，文婷，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44