一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，本发明专利技术首先建立电力信息物理系统风险传递路径，风险可沿信息空间或物理空间的链式单向传递，以及信息‑物理空间的层式跨空间传递等。在输入信息系统和物理系统数据后，确定风险变量为信息系统的信息变量或物理系统的物理变量；对变量进行风险传递影响因素的计算，确定风险传递方式；最后运用蒙特卡洛仿真方法，将系统电力不足概率和电力不足期望值作为可靠性指标，通过本发明专利技术可以有效的用于分析不同风险传递路径对系统可靠性的影响。

A reliability analysis method of power information physical system based on risk transfer path

【技术实现步骤摘要】
一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法
本专利技术涉及一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，属于电力信息物理系统的可靠性计算分析领域。
技术介绍
信息物理系统(cyberphysicalsystem，CPS)可通过分布式的信息系统计算元件和物理元件之间的耦合与环境交互，在电力信息物理系统中信息系统和物理系统深度交融、互相影响，但其自身的特点也将引入新的不确定因素。智能电网战略的持续发展，使电网每一个发电、输电、配电、用电环节都会增加复杂多样的元件，例如传感器和决策单元数量的增加，将带来更多不确定因素。在电网物理系统和信息系统融合的背景下，分析电网的安全性和可靠性显得十分重要。研究表明，当信息网络和电力网络关联融合之后，信息网络中原有的各类安全风险也可能被引入到电力网中并严重影响其安全稳定运行，复杂的交互机理会使得电力网由于一次事故而引发严重的连锁故障。这些大规模停电事故，说明了无论是信息系统发生故障或者是遭受攻击，都会同时影响到信息系统和物理系统的稳定安全运行。物理系统的失效会使信息系统失去电力供应而诱发双网的级联失效，扩大安全事故范围。另一方面，信息层潜在故障，可能不会即刻直接导致大停电，但可能导致物理系统元件误动或拒动，增加停电概率与范围，削弱电网可靠性。同时也可能由于天气灾害、人为攻击等原因信息层物理层发生协同故障，直接导致故障在两层间传播发展，引起连锁故障。今后电力系统的可靠性研究应该更加关注越来越复杂的信息系统与对物理系统的交互影响。因此，确保电力信息物理系统的稳定可靠运行是维持整个电网可靠运行的重要环节，研究电力信息物理系统的可靠性，对提高整个系统运行稳定性具有很好的实践价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，针对电力系统和信息系统之间风险传递途径，分析电力信息物理系统可靠性。本专利技术的技术方案是：一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，所述方法的具体步骤如下：所述方法的具体步骤如下：步骤1、电力信息物理系统从下到上依次为：物理层、信息物理耦合层、信息层；步骤2、计算电力信息物理系统风险传递影响因素D：其中，DC为信息系统影响指数，DP为物理系统影响指数，为信息-物理系统交互影响指数；步骤3、根据风险传递影响因素D，确定风险传递路径方式：若DC＝0且则D＝DP，风险传递路径为物理层链式传递；若DP＝0且则D＝DC，风险传递路径为信息层链式传递；若DC≠0且DP≠0，则风险传递路径为信息-物理层层式传递；步骤4、确定风险传递路径后，运用序贯蒙特卡洛方法对系统进行状态采样，计算系统可靠性指标；其中，可靠性指标是指系统电力不足概率和电力不足期望值；步骤5、判断可靠性指标是否收敛：若不满则重复步骤4，满足则最终得出电力不足概率和电力不足期望值。所述其中，信息系统内节点的集合表示为NC≡{c1,c2,…,cm}，物理系统内节点的集合表示为NP≡{p1,p2,…,pn}，cm表示信息系统内第m个节点，pn表示物理系统内第n个节点，信息系统和物理系统中节点数量为m和n；信息系统节点i的权重为ω(i)2，物理系统节点j的权重为ω(j)2；ωij＝ω(i)×ω(j)，MS为描述信息系统和物理系统间的交互矩阵，MS′表示发生故障后两个系统的交互矩阵，MS＝(mij)m×n，mij＝0或1，当mij＝0时，表示节点i和j之间不存在连接关系，当mij＝1时，表示节点i和j之间存在连接关系。本专利技术的有益效果是：本专利技术首先建立电力信息物理系统风险传递路径，风险可沿信息空间或物理空间的链式单向传递，以及信息-物理空间的层式跨空间传递等。在输入信息系统和物理系统数据后，确定风险变量为信息系统的信息变量或物理系统的物理变量；对变量进行风险传递影响因素的计算，确定风险传递方式；最后运用蒙特卡洛仿真方法，将系统电力不足概率和电力不足期望值作为可靠性指标，通过本专利技术可以有效的用于分析不同风险传递路径对系统可靠性的影响。附图说明图1是电力信息物理系统层次结构示意图；图2是本专利技术采用的电力信息物理系统风险传递路径示意图；图3是本专利技术的流程图；图4是可靠性指标EDNS收敛图。具体实施方式实施例1：如图1-4所示，一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，所述方法的具体步骤如下：步骤1、电力信息物理系统从下到上依次为：物理层、信息物理耦合层、信息层；在物理层输入物理系统设备的可靠性数据，信息层输入信息系统设备的可靠性数据，信息物理耦合层为收集物理层数据和信息层数据的耦合处理阶段；电力信息物理系统主要设备可靠性数据以设备平均故障时间(MeanTimeToFailure，MTTF/h)和平均修复时间(MeanTimeToRepair，MTTR/h)为主；步骤2、计算电力信息物理系统风险传递影响因素D：电力信息物理系统风险传递影响因素的计算需考虑信息系统影响、物理系统影响以及信息-物理系统跨空间交互影响：其中，DC为信息系统影响指数，DP为物理系统影响指数，为信息-物理系统交互影响指数；信息-物理系统交互影响指数定义为交互边相对于故障发生前后的加权损失；步骤3、根据风险传递影响因素D，确定风险传递路径方式：若DC＝0且则D＝DP，表明信息系统可靠，不产生信息-物理交互影响，仅考虑物理系统影响，风险传递路径为物理层链式传递；若DP＝0且则D＝DC，表明物理系统可靠，也不产生信息-物理交互影响，仅考虑信息系统影响，风险传递路径为信息层链式传递；若DC≠0且DP≠0，则表明信息系统和物理系统产生风险传递影响，此时考虑信息-物理系统跨空间交互影响，风险传递路径为信息-物理层层式传递；步骤4、确定风险传递路径后，运用序贯蒙特卡洛方法对系统进行状态采样，计算系统可靠性指标；其中，可靠性指标是指系统电力不足概率和电力不足期望值；步骤5、判断可靠性指标是否收敛：即经过多次迭代后得出的结果趋于某个数值；若不满则重复步骤4，满足则最终得出电力不足概率和电力不足期望值。进一步地，可以设置所述其中，信息系统内节点的集合表示为NC≡{c1,c2,…,cm}，物理系统内节点的集合表示为NP≡{p1,p2,…,pn}，cm表示信息系统内第m个节点，pn表示物理系统内第n个节点，信息系统和物理系统中节点数量为m和n；信息系统节点i的权重为ω(i)2，物理系统节点j的权重为ω(j)2(为保证量纲一致，权重为该节点的交互系数平方)；ωij＝ω(i)×ω(j)，MS为描述信息系统和物理系统间的交互矩阵，MS′表示发生故障后两个系统的交互矩阵，MS＝(mij)m×n，mij＝0或1，当mij＝0时，表示节点i和j之间不存在连接关系，当mij＝1时，表示节点i和j之间存在连接关系。再进一步地，给出如下实验过程：...

【技术保护点】
1.一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：/n步骤1、电力信息物理系统从下到上依次为：物理层、信息物理耦合层、信息层；/n步骤2、计算电力信息物理系统风险传递影响因素D：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于风险传递路径的电力信息物理系统可靠性分析方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
步骤1、电力信息物理系统从下到上依次为：物理层、信息物理耦合层、信息层；
步骤2、计算电力信息物理系统风险传递影响因素D：



其中，DC为信息系统影响指数，DP为物理系统影响指数，为信息-物理系统交互影响指数；
步骤3、根据风险传递影响因素D，确定风险传递路径方式：
若DC＝0且则D＝DP，风险传递路径为物理层链式传递；
若DP＝0且则D＝DC，风险传递路径为信息层链式传递；
若DC≠0且DP≠0，则风险传递路径为信息-物理层层式传递；
步骤4、确定风险传递路径后，运用序贯蒙特卡洛方法对系统进行状态采样，计算系统可靠性指标；其中，可靠性指标是指系统电力不足概率和电力不足期望值；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪亮，王一妃，刘志坚，梁宁，周于尧，徐慧，晏永飞，王雁红，王旭辉，余进，赵雨梦，陈新源，杨臣陈，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53