一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，在本技术方案中，提供的电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，展示了电力信息物理融合系统中信息与物理空间的交互影响与连锁故障。采用本发明专利技术方法考虑物理‑信息虚拟连接可以对电力信息物理融合系统的脆弱性进行有效评估，分析出系统的脆弱环节。

【技术实现步骤摘要】
一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法
本专利技术涉及电力系统领域，特别是涉及一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法。
技术介绍
目前，智能电网战略的推进，使得智能控制设备和通信网络逐渐融入传统电力系统，促进了电网自动化和信息通信的发展，进而大大提高了电力系统对能量的利用效率，并且维持着电力系统安全可靠运行。信息网络在许多方面改进了原有的物理系统。例如，从可靠性的角度来看，最重要的就是为物理系统提供了故障诊断、隔离与恢复的能力。随着电网数字化和信息化水平的提高，信息系统对电力系统运行的影响越来越不可忽略，传统电力系统逐渐发展成为由信息系统和物理系统构成的复合系统，即电力信息物理融合系统。随着信息网络在电网信息物理系统中的应用愈发广泛，信息设备的故障也会对电力系统产生较大影响。近年来对大停电的报告也证实了对信息网络的误操作以及信息网络本身的失效导致了电力系统可靠性的下降，并最终造成了大规模停电。由此可见，在电网信息物理系统中，对考虑监视和控制功能的信息网络与对传统电力设备进行可靠性与脆弱性评估同样重要。有关电力信息物理系统的可靠性与脆弱性分析已有部分研究。这些研究从不同角度研究了信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.信息与物理节点间的相互影响，将电网信息物理系统抽象建模为物理节点、物理‑物理连接、信息节点、信息‑信息连接与虚拟信息‑物理连接5类元素；S2.假设电网攻击者目标为造成系统有功负荷的损失，考虑系统受到电网攻击者对物理与信息层面同时展开攻击的场景；S3.分析导致的连锁故障的处理方法，以最小化物理负荷损失为目标确定处理物理网络故障的措施；S4.采用基于博弈论的双层数学规划模型分别对物理与信息环节进行了防御资源分配，以量化分析存在假想攻击下系统中各环节的重要程度；S5.根据物理网络的拓扑参数/电气参数和信息网络的拓扑参数构造系统...

【技术特征摘要】
1.一种电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.信息与物理节点间的相互影响，将电网信息物理系统抽象建模为物理节点、物理-物理连接、信息节点、信息-信息连接与虚拟信息-物理连接5类元素；S2.假设电网攻击者目标为造成系统有功负荷的损失，考虑系统受到电网攻击者对物理与信息层面同时展开攻击的场景；S3.分析导致的连锁故障的处理方法，以最小化物理负荷损失为目标确定处理物理网络故障的措施；S4.采用基于博弈论的双层数学规划模型分别对物理与信息环节进行了防御资源分配，以量化分析存在假想攻击下系统中各环节的重要程度；S5.根据物理网络的拓扑参数/电气参数和信息网络的拓扑参数构造系统并进行考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的脆弱性评估。2.根据权利要求1所述的电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，其特征在于：将电网信息物理系统抽象建模为物理节点、物理-物理连接、信息节点、信息-信息连接与虚拟信息-物理连接5类元素，具体包括：1)物理节点物理节点沿用了传统电力系统分析中的概念，即每个节点代表着一个负载或发电机；若一个物理节点失效，则其对应的负载无法执行切负荷操作，对应的发电机也无法调整出力；2)信息节点在现代电力系统中，每个物理设备(如负载/发电机)一般都配备有与之相连的信息元件，实现信息采集与控制等相关功能；信息元件的类型与分布都较复杂，可以将其整合为一个信息节点，并认为所有相关功能都在该节点实现；同时，可以认为信息节点的分布与物理节点相同，即每个物理节点都对应了一个信息节点；信息节点分为信息中心与终端两类，一个系统中仅存在一个信息中心；若一个信息节点失效，则认为它无法与其相邻的信息节点通信，即所有与之相连的信息-信息连接都失效；同时，由于该信息节点直接承担控制对应的物理节点的任务，也认为它对应的物理节点失效；3)物理-物理连接物理-物理连接沿用了传统电力系统分析中的概念，亦即输电线的简化，起到联络各物理节点的功能；若一个物理-物理连接失效，则无法通过该物理连接输送功率，对于整个系统需要重新计算潮流分布；若存在潮流越限的情况，则需要考虑切负荷、切断过载线路等操作；4)信息-信息连接信息设备之间需要通信，信息设备采用如光纤等有线通信方式或采用无线通信的方式；上述可以统一考虑为信息-信息连接；信息-信息连接的存在保证了每个信息节点与信息中心的通信成功与否；若一个信息节点被孤立(无法与信息中心通信)，则可认为该信息节点失效；5)物理-信息连接将每个物理节点配备的所有信息元件简化为一个信息节点；信息元件与物理设备之间存在着控制与信息采集的关联。对于物理节点与信息节点之间存在的虚拟关联，记为物理-信息连接；物理设备为本地信息设备供电，信息设备用于采集物理设备的负载、发电量等数据，以及控制负荷调节和发电调节；由于物理节点与信息节点之间存在这种关联，当物理节点完全失去供电(如与负荷相连的所有输电线路都被切断)时，对应的信息节点也失去供电，并停止工作，产生进一步影响；当信息节点失去与信息中心的连接(即无法与信息中心连接)时，信息中心失去了对物理节点的控制功能，因此该物理节点无法调整发电机出力，也无法切除负荷；所述的5个环节构成了考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的节点-连接模型。3.根据权利要求1所述的电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，其特征在于：确定系统受到潜在电网攻击者对物理与信息层面同时展开攻击时的场景与信息物理连锁故障，包括：电网攻击者为了对系统造成更大的损坏，往往会选择系统中薄弱的环节开展攻击；假设攻击者选取1条物理-物理连接进行攻击，导致线路破坏，改变系统潮流分布；此时，系统可能存在局部潮流越限的状况；在攻击成功后，攻击者再选取2个信息节点进行攻击，导致被攻击的信息节点受到破坏，相应的物理节点无法调整发电机出力，且导致切负荷拒动；同时，物理元件与信息元件受损可能会互相产生影响，进一步扩大损失，具体如下：1)信息-信息连接失效：需要重新验证信息节点是否能与通信中心联络，若不能则认为信息节点失效；2)信息-物理连接失效：导致其相关联的信息节点与物理节点都失效；3)物理-物理连接失效：影响系统的潮流分布，需要采取措施以保证系统潮流不越限；4)信息节点失效：所有与之相连的信息-信息连接、信息-物理连接都失效；5)物理节点失效：节点上的发电机无法改变出力，负荷无法执行切负荷操作；与之相连的信息-物理连接失效。通过循环分析以上5种影响直至系统稳定，判断系统的损失。4.根据权利要求1所述的电力信息物理融合系统的脆弱性评估方法，其特征在于：确定了以最小化物理负荷损失为目标的处理物理网络故障的策略，包括：通过循环分析电力物理信息融合系统交互影响直至系统稳定，判断系统的损失；每次在重新计算系统潮流分布并考虑切负荷与调整出力时，若出现线路潮流越限的情况，采取的策略为：1)仅执行1次切除当前越限最严重的线路；2)执行最小切负荷操作；在计算线路潮流及重新确定策略前，先通过循环判断以上5种影响造成的损失，确定当前系统可控负荷集合La、可控发电机集合Ga以及对应不可控元件集合Loff与Goff；基于直流潮流的最小切负荷的目标函数可表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨银国，陈柯任，文福拴，李力，谭嫣，向丽玲，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，浙江大学，
类型：发明
国别省市：广东,44