可控负荷被攻击下的电-气耦合系统多能流计算与分析技术方案

本发明专利技术属于电

【技术实现步骤摘要】
可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析


[0001]本专利技术属于电
‑
气耦合系统多能流计算
，尤其涉及一种可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析方法。

技术介绍

[0002]随着能源供给侧结构性改革，天然气的应用日益广泛，电转气技术和燃气轮机的不断发展使电力系统和天然气系统的耦合程度不断增加，电
‑
气互联系统在未来可能成为能源传输的新载体，而两个能源网络的互联也对整个系统的安全提出了新的要求，特别是目前可控负荷安全性相对薄弱，负荷侧安全防护措施薄弱或缺失，使得可控负荷极易被攻击者恶意控制以达到影响配电网安全稳定运行的目的。如果大量负荷被恶意控制，系统负荷将异常波动，对电
‑
气耦合系统的可靠运行造成威胁。能源网络的互联增加了整个系统的调控难度和安全风险，一个子系统中出现故障后，如果不及时进行修复和控制，则会影响其他的子系统，进而造成更大范围的故障。
[0003]目前考虑可控负荷被恶意攻击的电
>‑
气耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：包括负荷攻击模块和多能流计算分析模块；所述负荷攻击模块，用于模拟多种复杂可控负荷被攻击的场景，通过对负荷攻击成功率、负荷攻击类型、负荷攻击数量和负荷被攻击后的状态进行排列组合，构建负荷攻击场景预想集；所述多能流计算分析模块，在于提出一种适用于所有负荷攻击场景下的电
‑
气耦合系统多能流计算方法，针对不同类型负荷攻击，采用不同的工作模式计算多能流分布，以检测系统是否存在越限情况，是否恢复正常运行状态，一旦发现攻击所造成的故障不可恢复，则进行下一步负荷恢复调度。2.根据权利要求1所述的可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：所述负荷攻击模块包括：建立可控负荷多目标状态攻击模型，将攻击成功概率、攻击负荷类型、数量和负荷被攻击后的状态进行排列组合，构建负荷攻击场景预想集，模拟系统被攻击的场景：可控负荷被恶意攻击在耦合系统中的直接体现为电力子系统和天然气子系统负荷状态的变化，构建负荷多目标状态攻击矩阵如下：P
i
(t)＝{ΔL(t),T}将以负荷为对象的攻击记为Z，攻击控制命令记为P，命令发送时间记为t,则被攻击后的负荷异动可以表示为上述矩阵，其中ξ表示不同攻击类型攻击成功概率系数，P
i
(t)表示负荷被恶意攻击后的异动，ΔL(t)表示被攻击后负荷大小的异动，T为攻击命令维持时间；将整体电
‑
气耦合系统攻击模型表示为分块矩阵P：其中，Z
e
、Z
eg
、Z
ge
和Z
g
分别表示对电力系统、P2G机组、燃气轮机和天然气系统的恶意攻击。3.根据权利要求1所述的可控负荷被攻击下的电
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气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：所述多能流计算分析模块，包括：负荷攻击分析模块、解耦模块、电力子系统能流计算模块、天然气子系统能流计算模块和输出模块；其中：所述负荷攻击分析模块，用于复杂负荷攻击场景预想集的分类，基于历史数据及对应的评估因子，将负荷攻击集合分为不同类别；所述解耦模块，用于实现电
‑
气耦合系统的解耦，通过耦合元件工作模式转换以适应不同负荷类型攻击；
所述电力子系统能流计算模块，用于解耦后电力系统能流计算；所述天然气子系统能流计算模块，用于解耦后天然气系统能流计算；所述输出模块，输出多能流计算结果。4.根据权利要求3所述的可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：所述负荷攻击分析模块，包括以下步骤：步骤4.1：将历史负荷攻击类型及对应的评估因子作为输入数据集合θ＝{x1,x2,x3,
…
x
n
}，n为输入数据集合中样本数据个数；步骤4.2：计算数据集合中每两个数据的距离并求和，即其中υ为集合中两个样本x
p
和x
q
的关联系数，||x
p
‑
x
q
||为输入数据集合中样本数据x
p
与样本数据x
q
之间的欧式距离；步骤4.3：将S进行均值处理得到W，即步骤4.4：对于集合中数据样本x
p
，若S
i
＞W,则将其从原始数据集合中分离，原样本经过处理得到新的数据集合θ'，其中新集合的样本总数为n'，原始集合中分离出的数据作为备选集合，记为θ”；步骤4.5：将新集合θ'＝{x1,x2,x3,
…
x
n'
}分为k类，即{B1,B2,
……
B
n'
}，设第k个聚类数据样本总数为n'
k
，计算每个聚类B
i
的均值：其中ε为数据x
q
在聚类集合B
i
中的权重系数：设定b为聚类中心；步骤4.6：设定目标函数多次迭代，得出使目标函数最小的k个聚类结果；步骤4.7：设定聚类后每一类的动态距离阈值τ，计算新集合中每一类c
p
中心与聚类中心集合中的各聚类中心的欧式距离，若该欧式距离小于设定的距离阈值τ，则执行步骤4.8，否则，返回步骤4.2；步骤4.8：令聚类中心c'
q
＝c
p
，将聚类中心c'
q
归入到攻击数据集合；步骤4.9：对备选集合执行步骤4.5
‑
4.8，直到样本分类完成，输出所有攻击模式集合，假设被分为m个类别，则输出所有攻击类型集合，记为：P＝{A1,A2,A3,
……
,A
m
}，其评估因子系数记为：γ＝{γ1，γ2，γ3，
……
γ
m
}。5.根据权利要求3所述的可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：所述解耦模块，包括如下：(1)气负荷被攻击时：P2G机组为天然气系统的平衡节点，即压力恒定节点，燃气轮机接入节点设为PV或PQ节点，P2G功率变化ΔP
P2G
由多能流收敛后的节点平衡方程决定，燃气轮机功率变化ΔP
G
为零；
(2)电负荷被攻击时：P2G机组接入节点作为天然气系统流量恒定节点，燃气轮机组为电力系统平衡节点，电力系统为孤岛模式，P2G功率变化ΔP
P2G
为零，燃气轮机功率变化ΔP
G
由多能流收敛后的节点平衡方程决定；(3)电、气负荷同时被攻击时：P2G机组接入节点作为天然气系统流量恒定节点，燃气轮机接入节点设为PV或PQ节点。6.根据权利要求3所述的可控负荷被攻击下的电
‑
气耦合系统多能流计算与分析，其特征是：所述电力子系统能流计算模块，包括如下：(1)假设系统有N个节点，其中M个PQ节点，N
‑
M
‑
1个PV节点，1个平衡节点，构建电力系统功率平衡方程：上式中，ΔP
k
表示节点k注入有功功率与流出有功功率之差，ΔQ
k
表示节点k注入无功功率与流出无功功率之差；P
sk
和Q
sk
是注入到节点k的净有功功率和净无功功率，即注入到该节点的发电功功率减去负荷功率；V
k
为节点k的电压模值，V
l
为节点l的电压模值；δ
kl
为节点k、l电压的相位差；G
kl
、B
kl
分别为节点导纳矩阵中节点k、l对应元素的电导和电纳，N为系统节点个数；上述方程写为如下形式：其中：ΔP＝[ΔP1，ΔP2，...，ΔP
N
‑1]
T
，ΔQ＝[ΔQ1，ΔQ2，
…
，ΔQ
M
]
T
，δ＝[δ1，δ2，...，δ
N
‑1]
T
，V＝[V1，V2，...，V
M
]
T
；ΔP为有功功率矩阵，ΔP1、ΔP2、......

【专利技术属性】
技术研发人员：李占军，潘霄，胡博，孙秋野，刘鑫蕊，梁毅，姜萌萌，杨超，杨继业，何昕，张子信，杨天蒙，高凤喜，芦思晨，
申请(专利权)人：国家电网有限公司东北大学，
类型：发明
国别省市：