一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，包括以下步骤：步骤1，根据电力系统中负荷变化的动态行为和混杂行为，确定出描述系统的连续状态变量和离散状态变量；步骤2，利用petri网对电力系统中，有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述，建立起描述离散动态行为的petri网模型；步骤3，对负荷变化的连续行为进行数学描述，用微分方程来刻画连续状态并利用变迁条件刻画约束条件；步骤4，模型仿真与分析。本发明专利技术的方法不仅证明了有载变压器在配电系统中对电压的调节能够起到积极作用，也有利于解决混杂系统的大扰动问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法
本专利技术涉及一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，属于电力系统安全分析

技术介绍
随着我国能源互联网的发展战略的提出，学术界已开展了许多相关领域的研究。能源互联网可看作是由传统电力系统、分布式新能源。通讯网络等组成的具有互动性的电网物理信息融合系统，其中信息的安全性是保证能源互联网健康发展的垫脚石。基于智能电网信息技术平台的迅速发展，网络攻击是利用电力二次系统的信息网络安全漏洞对系统进行的攻击，电力通讯异构网络或者数据采集监控网络以及远程终端单元(RTU)是其攻击的直接目标。因为电力系统正常运行依赖于二次系统的可能性极高，所以网络攻击威胁到电力系统的安全稳定运行的可能性极大。另外，对电力系统二次网络攻击相对于一次网络具有以下几个优点：攻击范围广、攻击对象多、成本较低、攻击行为隐蔽等。因此网络攻击对电力系统来说已经成为一种不可忽视的威胁。在电力系统中电压质量是衡量电能质量的关键要素，而配电网担负着为社会各行各业分配电能的重要职责，它能否安全、稳定、可靠地运行直接关系到经济民生。近年来随着智能电网信息技术的发展，电力系统二次系统遭到网络攻击的可能性日益增大。因此，研究网络攻击下有载变压器调压对电压稳定的作用显得很有价值与意义。有载调压变压器是一种能在带负荷的情况下进行变比调节的变压器，电网中各节点电压都随着负荷变化而变化。在电能的传输中，会有电压损失和功率损耗，离电源越远，电压偏差和功率损耗越大。另外，电压偏移的大小可以影响到电气设备的使用效率和使用寿命，因此电力系统普遍采用有载调压手段，保证电力系统的稳定运行。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，在分析了调压过程中有载调压变压器的离散事件及负载的连续动态行为后，利用可编程时序petri网可以将离散与连续这两个不同性质的动态行为在建模过程中结合起来的特性，对调节过程的离散行为进行建模，再结合描述负荷变化这一连续动态行为的数学模型，从而得出电力系统在受到网络攻击后的混杂数学模型。本专利技术的方法不仅证明了有载变压器在配电系统中对电压的调节能够起到积极作用，也有利于解决混杂系统的大扰动问题。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，包括以下几个步骤：步骤1，根据电力系统中负荷变化的动态行为和混杂行为(混杂行为即调压器进行调节的离散行为所组成的)，确定出描述系统的连续状态变量和离散状态变量；步骤2，利用petri网对电力系统中，对有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述，建立起描述离散动态行为的petri网模型；步骤3，对负荷变化的连续行为进行数学描述，用微分方程来刻画连续状态并利用变迁条件刻画约束条件；步骤4，模型仿真与分析。步骤1中，有载调压器在电压发生扰动时自动调节过程中，所述连续状态变量为用户侧负荷的动态变化，所述离散状态变量为有载调压器的动态行为。步骤1中，负荷变化时，所述连续状态变量为有功和无功所述离散状态变量为变压器分接头位置n。步骤2中，对有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述后的数学模型如下：其中，V2为负荷侧电压、n(k)表示第k次调节分接头时有载调压器的变比；d表示变压器变比调节步长；ΔV表示电压偏差；Vr为参考电压；f(ΔV)表示分接头上调或下调，这一行为采用时序控制方式，在此控制方式下f(ΔV)表达式如下：其中，VDB为死区电压，t为延迟时间、Td为计时器延时、Tm为机械延时，表示分接头完成切换这样一个物理运动所需要的延时。步骤2中，利用petri网中的元素建立起描述离散动态行为的petri网模型，所述元素包括库所、变迁和有向弧。上述petri网模型的调节过程如下：受到攻击后，切除一条线路，当有载调压变压器二次侧母线电压V2将过低，即且位置Pup中权标不为0时，变迁T4被激活，位置Pok权标变为0，位置Pup中权标不变，位置t2中权标增加1；经过设定的延时后，如果电压恢复到正常范围或者系统闭锁，则位t2中权标减小1变为0，变迁T5被激活，位置Pok权标恢复为1；如果经过延时后电压依旧过低，且位置Pup中权标不为0，则变迁T6被激活，位置Pup和t2中权标减小1，位置Pdown和Pok中权标均增加1，回到初始状态，重新检测电压偏差；如果经过连续调高电压后，位置Pup中权标为0，则变迁T4不能激活，即有载调压变压器不能通过分接头上调电压；其中位置Pok用于描述电压正常时有载调压变压器的状态；位置Pup和位置Pdown分别描述有载调压变压器在允许上调和下调电压时的状态；位置t1和t2分别描述有载调压变压器进入上调和下调的延时状态；变迁T1、T2、T3均描述变压器分接头的降压调节过程；变迁T4、T5、T6均描述变压器分接头的升压调节过程；nstep为变压器分接头数目。步骤3中，负荷变化的连续行为的数学模型利用微分方程描述如下：利用变迁条件刻画的约束条件如下：本专利技术的方法利用离散事件动态理论对混杂电力系统过程中的离散事件动态行为进行建模，能更精确地描述离散事件动态与电力系统连续动态的相互交织过程。其中，Petri网模型具有直观、形象的优点，又是严格定义的数学对象，既可以用于静态的结构分析，又可以用于动态的行为分析，具有灵活的建模和强大的系统性能分析能力。另外，有载调压变压器的控制器具有离散动作、延时调节等动态特性。这些特性都有利于进行分析和电压控制。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是进行仿真的简单OLTC电力系统图；图3是简单Petri网的有载变压器离散调节模型；图4是PTPN模型的逻辑层示例图；图5是PTPN模型的连续层示例图；图6是系统仿真时的程序设计流程图；图7是示例一中负荷侧电压V2的变化曲线；图8是示例一中OLTC变比变化的曲线；图9是示例二中负荷侧电压V2的变化曲线；图10是示例二中OLTC变比变化的曲线。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本专利技术提出了一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，该方法在分析了调压过程中有载调压变压器的离散事件及负载的连续动态行为后，利用可编程时序petri网可以将离散与连续这两个不同性质的动态行为在建模过程中结合起来的特性，对调节过程的离散行为进行建模，再结合描述负荷变化这一连续动态行为的数学模型，从而得出电力系统在受到网络攻击后的混杂数学模型。这种方法不仅证明了有载变压器在配电系统中对电压的调节能够起到积极作用，也有利于解决混杂系统的大扰动问题，本专利技术提供一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，如图1所示：首先，对给出的电力系统的动态过程和混杂行为进行分析，确定出描述系统的连续状态变量和离散变量；其次，利用petri网对系统的离散动态行为进行描述，建立起离散行为的petri网模型；之后将对连续行为的描述加入到petri网模型中；最后用合式公式中的逻辑命题来刻画连续状态和约束条件，并进行程序的设计和模型的仿真分析。本专利技术提出的方法解决了混杂电力系统动态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1，根据电力系统中负荷变化的动态行为和混杂行为，确定出描述系统的连续状态变量和离散状态变量；步骤2，利用petri网对电力系统中，有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述，建立起描述离散动态行为的petri网模型；步骤3，对负荷变化的连续行为进行数学描述，用微分方程来刻画连续状态并利用变迁条件刻画约束条件；步骤4，模型仿真与分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1，根据电力系统中负荷变化的动态行为和混杂行为，确定出描述系统的连续状态变量和离散状态变量；步骤2，利用petri网对电力系统中，有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述，建立起描述离散动态行为的petri网模型；步骤3，对负荷变化的连续行为进行数学描述，用微分方程来刻画连续状态并利用变迁条件刻画约束条件；步骤4，模型仿真与分析。2.根据权利要求1所述的基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，步骤1中，有载调压器在电压发生扰动时自动调节过程中，所述连续状态变量为用户侧负荷的动态变化，所述离散状态变量为有载调压器的动态行为。3.根据权利要求1所述的基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，步骤1中，负荷变化时，所述连续状态变量为有功和无功所述离散状态变量为变压器分接头位置n。4.根据权利要求1所述的基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，步骤2中，对有载调压变压器的离散动态行为进行数学描述后的数学模型如下：其中，V2为负荷侧电压、n(k)表示第k次调节分接头时有载调压器的变比；d表示变压器变比调节步长；ΔV表示电压偏差；Vr为参考电压；f(ΔV)表示分接头上调或下调，这一行为采用时序控制方式，在此控制方式下f(ΔV)表达式如下：其中，VDB为死区电压，t为延迟时间、Td为计时器延时、Tm为机械延时，表示分接头完成切换这样一个物理运动所需要的延时。5.根据权利要求1所述的基于Petri网的在网络攻击下稳定负载侧电压的方法，其特征在于，步骤2中，利用petri网中的元素建立起描述离散动态行为的petri网模型，所述元素包括库所、变迁和有向弧。6.根据权利要求5所述的基于Petri网的在网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，盛立健，汝雁飞，付蓉，徐悦，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，国网电力科学研究院有限公司，南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32