电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路识别方法技术方案

本发明专利技术涉及智能电网安全可靠运行保障领域，公开了一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，包括如下步骤：步骤1、建立智能电网控制系统与电力一次设备相依耦合的网络模型，所述网络模型电力网和信息网；步骤2、构建基于节点中心性的脆弱点辨识方法，从而得出所述电力网中各节点之间的节点电气中心性指标、所述信息网中各节点之间的有效信息长度的接近中心性指标；步骤3、计算出基于电力网

【技术实现步骤摘要】
电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路识别方法


[0001]本专利技术涉及智能电网安全可靠运行保障领域，具体涉及一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法。

技术介绍

[0002]智能电网现已发展成了由信息网(即：电力通信专网和电力设备监测/控制信息系统合称)和电力网(即：电力一次系统)深度融合而成的电网信息物理系统(cyber
‑
physical power system,CPPS)。随着通信和控制技术在电力系统中应用范围不断扩大，信息网与电力网间的相互依存关系不断加深，主要表现为：电力网节点为控制网节点提供能量支持，电力网的运行不仅受制于自身设备可靠性，电力网络结构和潮流分布的影响，还受制于施加其上的诸多监视和控制功能。控制网节点为电力网节点提供3C(通信、计算、控制)支持，控制系统运行不仅受制于自身设备可靠性，控制系统网络结构和数据流分布，还受到物理电网电气特性的约束。这种相依耦合关系一方面不仅完善了数据采集种类和通信效率，还增加了系统运行实时控制能力，使我们通过信息网对电力一次系统的量测、控制与调度更加灵活高效。然而另一方面它在某种程度上却让智能电网变得更加脆弱，为CPPS的安全性带来了隐患，如电力网或信息网的故障可能波及对方网络，产生相互之间的连锁故障传播，从而严重影响CPPS的安全运行。智能电网连锁故障一般由个别元件(输配电线路，变压器，移相器，开关等)故障开始并最终导致全系统崩溃。因此如何寻找这些薄弱点并优化电网拓扑结构，对保障电力系统安全和稳定运行具有重要的理论现实意义和研究价值。
[0003]针对智能电网中脆弱性耦合链路辨识的问题，国内外学者已经进行了一定研究。依据分析角度的不同可将研究方法大致分为两方面。第一方面主要从电网拓扑结构出发，利用复杂网络理论统计特性(度数、介数等)应用到智能电网中，建立其静态或动态模型，进而评估智能电网中的脆弱性耦合链路。如有的学者采用节点及支路的介数来辨识节点或耦合链路的脆弱性，并以此分析电力系统级联故障的演变过程；有的则通过分析北美电网和意大利电网拓扑特征，得到智能电网在高介数节点或者支路遭受蓄意攻击时十分脆性的结论。第二方面主要从物理电网特性出发，通过定义相关的指标来表征智能电网节点的脆弱程度。如有的研究者根据电力网中两节点之间的电气距离，从节点局部出发提出了节点电气耦合连接度的量化指标。有的学者从单侧电力网的功率传输特性出发，提出了互补性脆弱度指标，分别从无功和有功评估了线路故障对电力系统静态稳定性的影响。以上研究虽然具有一定的借鉴意义，但是没有兼顾耦合链路的全局和局部电力网运行状态特性。目前智能电网控制系统和电力网耦合程度不断加深，且相依耦合结构不尽合理，致使智能电网控制系统结构脆弱性和连锁故障日趋严重。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提出一种智能电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，在智能电网控制系统和电力网间普遍存在相依耦合作用的背景下，准确地
辨识智能电网控制系统与电力网之间的脆弱性耦合链路，以便能及时调整和优化智能电网控制系统与电力设备之间的量测控制关系，提升智能电网控制系统对电网的可控、可测、可视能力，从而最大限度的保证智能电网安全、稳定运行。本专利技术拟解决主要技术问题如下：一是如何依据电气特性和拓扑结构特性，构建能真实反映计及电力一次设备潮流分布特性的脆弱性输电链路辨识方法；二是如何依据控制系统中信息设备重要性，构建能真实反映智能电网控制系统节点重要度的脆弱性控制链路辨识方法；三是如何综合考虑智能电网控制系统与电力一次设备间相依耦合作用，构建能真实反映其不良影响在对侧网络相互传递的智能电网脆弱性耦合链路辨识方法。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、建立智能电网控制系统与电力一次设备相依耦合的网络模型，所述网络模型电力网和信息网，所述电力网包括若干电力网节点，所述信息网包括若干信息网节点，且所述电力网节点和信息网节点一一对应；
[0008]步骤2、根据所述电力网的电气约束特性和拓扑特性对所述智能电网控制系统的影响，构建基于节点中心性的脆弱点辨识方法，从而得出所述电力网中各节点之间的节点电气中心性指标、所述信息网中各节点之间的有效信息长度的接近中心性指标；
[0009]步骤3、根据所述节点电气中心性指标和有效信息长度的接近中心性指标构建物理域和信息域的综合脆弱性评估模型，计算出基于电力网
‑
信息网的综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)；
[0010]步骤4、计算所述综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)，并根据所述综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)找出所述电力网
‑
信息网的关键脆弱性耦合链路并移除。
[0011]作为优化，步骤2中，构建基于节点中心性的脆弱点辨识方法的具体方法如下：
[0012]步骤2.1、在所述电力网中，构建所述电力一次设备潮流分布特性和结构特性的脆弱性输电链路辨识方法；
[0013]步骤2.2、在所述信息网中，构建所述智能电网控制系统的节点重要度的脆弱性控制链路辨识方法。
[0014]作为优化，步骤2.1中，构建所述电力一次设备潮流分布特性和结构特性的脆弱性输电链路辨识方法的具体方法如下：
[0015]步骤2.1.1、对电力一次设备的全局性节点的重要度进行评估，计算出各个所述电力网节点之间的电气介数中心性评估指标；
[0016]步骤2.1.2、对电力一次设备的局部性节点的重要度进行评估，计算出各个所述电力网节点之间的特征向量中心性评估指标；
[0017]步骤2.1.3、根据所述电力网节点的电气介数中心性评估指标和特征向量中心性评估指标，计算出所述各个电力网节点之间的电气中心性综合评估指标。
[0018]作为优化，步骤2.1.1中，所述电力网节点之间的节点电气介数B
eb
(n)为：
[0019][0020]其中，G为发电节点集合；L为负荷节点集合；(i，j)为“发电
‑
负荷”节点对；W
i
为发电机节点i的权重，即取发电机额定容量或实际出力；W
j
为负荷节点j的权重，即取实际或峰
值负荷；B
eb，ij
(n)为(i，j)间加上单位注入电流源后在节点n上产生的电气介数，B
eb，ij
(n)具体为：
[0021][0022]其中I
ij
(m，n)为在(i，j)间加上单位注入电流源后在线路m
‑
n上引起的电流，m为所有与n有支路直接相连的节点；
[0023]对所述节点电气介数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立智能电网控制系统与电力一次设备相依耦合的网络模型，所述网络模型电力网和信息网，所述电力网包括若干电力网节点，所述信息网包括若干信息网节点，且所述电力网节点和信息网节点一一对应；步骤2、根据所述电力网的电气约束特性和拓扑特性对所述智能电网控制系统的影响，构建基于节点中心性的脆弱点辨识方法，从而得出所述电力网中各节点之间的节点电气中心性指标、所述信息网中各节点之间的有效信息长度的接近中心性指标；步骤3、根据所述节点电气中心性指标和有效信息长度的接近中心性指标构建物理域和信息域的综合脆弱性评估模型，计算出基于电力网
‑
信息网的综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)；步骤4、计算所述综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)，并根据所述综合风险度量指标DLC
C
(P
i
，C
i
)找出所述电力网
‑
信息网的关键脆弱性耦合链路并移除。2.根据权利要求1所述的一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，其特征在于，步骤2中，构建基于节点中心性的脆弱点辨识方法的具体方法如下：步骤2.1、在所述电力网中，构建所述电力一次设备潮流分布特性和结构特性的脆弱性输电链路辨识方法；步骤2.2、在所述信息网中，构建所述智能电网控制系统的节点重要度的脆弱性控制链路辨识方法。3.根据权利要求2所述的一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，其特征在于，步骤2.1中，构建所述电力一次设备潮流分布特性和结构特性的脆弱性输电链路辨识方法的具体方法如下：步骤2.1.1、对电力一次设备的全局性节点的重要度进行评估，计算出各个所述电力网节点之间的电气介数中心性评估指标；步骤2.1.2、对电力一次设备的局部性节点的重要度进行评估，计算出各个所述电力网节点之间的特征向量中心性评估指标；步骤2.1.3、根据所述电力网节点的电气介数中心性评估指标和特征向量中心性评估指标，计算出所述各个电力网节点之间的电气中心性综合评估指标。4.根据权利要求3所述的一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，其特征在于，步骤2.1.1中，所述电力网节点之间的节点电气介数B
eb
(n)为：其中，G为发电节点集合；L为负荷节点集合；(i,j)为“发电
‑
负荷”节点对；W
i
为发电机节点i的权重，即取发电机额定容量或实际出力；W
j
为负荷节点j的权重，即取实际或峰值负荷；B
eb,ij
(n)为(i,j)间加上单位注入电流源后在节点n上产生的电气介数，B
eb,ij
(n)具体为：
其中I
ij
(m,n)为在(i,j)间加上单位注入电流源后在线路m
‑
n上引起的电流，m为所有与n有支路直接相连的节点；对所述节点电气介数进行归一化处理得到电气介数中心性评估指标C
eb
(n)：。5.根据权利要求3所述的一种电网控制系统与电力一次设备间脆弱性耦合链路辨识方法，其特征在于，步骤2.1.2中，所述电力网节点之间的特征向量中心性评估指标E
i
为：其中M(i)是直接与节点i相连的节点集合，n是电力网中总节点数，λ是一个常数，W...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚实颖，罗劲瑭，董九玲，阳小龙，马天男，王紫淇，王玉东，张晨琳，吴明埝，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：