一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法技术

本发明专利技术公开了微电网运行控制与优化领域的一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，包括：提出通信网络结构生存性评价指标H1；得到第一阶段优化的网络拓扑结构；建立微电网通信网络关于通信延时鲁棒性的链路权重优化指标H2和微电网通信网络关于一致性收敛速度的链路权重优化指标H3；建立第二阶段优化的双目标半正定规划模型并求解，得到包含最优通信链路权重的通信网络；求解得到每个微电网对应的最优通信拓扑。本发明专利技术所提出的两阶段优化方法的计算成本性能较高，具有良好的实际应用潜力；提高系统在多重蓄意网络攻击下的系统弹性；提高了求解效率；平衡微电网一致性控制算法的收敛速度和对传输延迟的鲁棒性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法


[0001]本专利技术属于微电网运行控制与优化领域，具体涉及一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源危机和环境污染的加剧，构建更清洁、低碳的能源体系是人类的必然选择。微电网作为分布式发电(distributed generation，DG)单元的一种有效组织形式，在提高供电可靠性和灵活性方面发挥着越来越重要的作用，尤其是在偏远地区或海岛地区。然而，在新能源发电单元高渗透率下，传统单个微电网在可再生能源的消纳能力，抵御风险能力等方面均出现了瓶颈，难以满足系统稳定、可靠、高效的运行需求。随着微电网数量的不断增加，在一定区域内将多个邻近的微电网通过串联、并联、嵌套等方式互联形成的微网群(Microgrid Cluster,MGC)，可有效推动各类可调资源的协同互补运行、提升用户侧供电安全性和可靠性、优化定制电力供应和辅助服务。微网群的二次控制模式主要包括集中控制、分散控制和分布式控制，其中分布式控制以其灵活性和可扩展性越来越受欢迎。在分布式控制架构中，相邻DG之间通常依赖稀疏的通信网络实现信息交互，通信网络的状态将直接影响微网群的动态性能和运行稳定性。
[0003]一方面，随着5G、Wi
‑
Fi等公共无线通信技术被越来越广泛地应用在微网群通信领域，微网群的网络安全的问题也亟需重视。通信网络作为微电网分布式控制的关键，非常容易受到如虚假数据注入攻击、拒绝服务攻击、重放攻击等恶意网络攻击。除了上述以操纵通信信息和改变通信状态为目的的网络攻击外，需要引起重视的是一些更严重的破坏性网络攻击将直接导致通信节点故障。当通信网络中大量节点和相应链路因遭受网络攻击被迫中断后，具有较强抗毁性的通信网络仍可以保证其剩余通信节点实现信息交互，维持微网群分布式协调控制。因此，有必要研究如何通过设计通信网络拓扑来提高微网群的抗毁性。
[0004]另一方面，由于通信网络本身还存在，如数据包丢失、通信时延、通信噪声、信道拥塞等固有问题，这将对微网群的动态控制性能产生负面影响。其中，通信时延是工程应用中常见的重要问题，已经在微网群分布式控制领域引起了广泛关注。此外，系统收敛速度和对通信时延的鲁棒性同样重要，两者都极大地影响了微网群的动态性能，且两者都可以通过优化通信链路权重来进行改善。但是，在通信链路权重的优化中，收敛速度与对通信延迟的鲁棒性之间存在矛盾。通信网络的链路权重设计实际上是一个复杂的非凸优化模型，其最优性和计算效率都比较麻烦，目前还没有完全解决。为了提高系统抗毁性和动态收敛性能，有必要对无线通信网络的拓扑结构和链路权重进行优化设计。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，包括：
[0008]基于通信网络均匀性，基于通信节点数N和通信链路数E，首先提出通信网络结构生存性评价指标H1；
[0009]根据提出的通信网络结构生存性指标H1，建立基于凸松弛技术的混合整数半正定规划模型，进一步将其等价转化成整数二次规划问题和混合整数半正定规划可行性问题，求解得到第一阶段优化的网络拓扑结构；
[0010]基于微电网分布式一致性控制算法的对通信延时的鲁棒性和收敛速度，建立微电网通信网络关于通信延时鲁棒性的链路权重优化指标H2和微电网通信网络关于一致性收敛速度的链路权重优化指标H3；
[0011]然后根据建立的优化指标H2，H3以及第一阶段优化得到的网络拓扑结构，建立第二阶段优化的双目标半正定规划模型并求解，得到包含最优通信链路权重的通信网络；
[0012]最后根据微网群中每个微电网中不同的通信节点数和通信链路数，重复以上操作，求解得到每个微电网对应的最优通信拓扑。
[0013]优选地，所述通信网络结构生存性评价指标H1如下：
[0014][0015]优选地，所述第一阶段优化的网络拓扑结构建模过程如下：
[0016]先建立拓扑优化的混合整数半正定规划模型，然后基于图论理论，建立模型求解约束条件，将约束条件放宽，最后将模型P1的求解问题分解为一个整数二次规划问题和一个混合整数半正定规划可行性问题，为基于给定度矩阵找到相应连通拓扑的混合整数半正定规划可行性问题建模。
[0017]优选地，所述混合整数半正定规划模型如下：
[0018][0019]所述模型求解约束条件如下：
[0020][0021]1T
D
·
1＝2E
ꢀꢀꢀ
(4)
[0022]D＝diag(1
T
A)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0023]L＝D
‑
A
ꢀꢀꢀ
(6)
[0024]λ2(L)≥σ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0025][0026]采用凸松弛技术将约束条件(7)放宽为以下半正定的约束：
[0027]γI
°
L+ξ11
T
,γ≥σ
ꢀꢀꢀ
(9)
[0028]其中，ξ是一个辅助变量，γ是λ2的上界。
[0029]优选地，所述整数二次规划问题建模如下：
[0030][0031]混合整数半正定规划可行性问题建模如下：
[0032][0033]优选地，所述微电网通信网络关于通信延时鲁棒性的链路权重优化指标H2如下：
[0034][0035]所述微电网通信网络关于一致性收敛速度的链路权重优化指标H3如下：
[0036]H3＝λ2(L)
ꢀꢀꢀ
(13)。
[0037]优选地，所述通信网络得出的过程如下：
[0038]首先基于第一阶段优化所得的通信网络拓扑结构，建立第二阶段通信链路权重优化的目标函数，然后建立相应的双目标半正定规划模型并给出对应约束条件，再将双目标优化问题转化为单目标优化问题，建立半正定规划模型并求解，得到最优通信链路权重。
[0039]优选地，所述第二阶段通信链路权重优化的目标函数如下：
[0040][0041]所述约束条件如下：
[0042][0043]所述半正定规划模型如下：
[0044][0045]一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化系统，包括：
[0046]混合整数半正定规划模块，用于根据提出的通信网络结构生存性指标H1，建立基于凸松弛技术的混合整数半正定规划模型；
[0047]网络拓扑结构模块，用于转化成整数二次规划问题和混合整数半正定规划可行性问题，求解得到第一阶段优化的网络拓扑结构；
[0048]双目标半正定规划模块，用于根据建立的优化指标H2，H3以及第一阶段优化得到的网络拓扑结构，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，其特征在于，包括：基于通信网络均匀性，基于通信节点数N和通信链路数E，首先提出通信网络结构生存性评价指标H1；根据提出的通信网络结构生存性指标H1，建立基于凸松弛技术的混合整数半正定规划模型，进一步将其等价转化成整数二次规划问题和混合整数半正定规划可行性问题，求解得到第一阶段优化的网络拓扑结构；基于微电网分布式一致性控制算法的对通信延时的鲁棒性和收敛速度，建立微电网通信网络关于通信延时鲁棒性的链路权重优化指标H2和微电网通信网络关于一致性收敛速度的链路权重优化指标H3；然后根据建立的优化指标H2，H3以及第一阶段优化得到的网络拓扑结构，建立第二阶段优化的双目标半正定规划模型并求解，得到包含最优通信链路权重的通信网络；最后根据微网群中每个微电网中不同的通信节点数和通信链路数，重复以上操作，求解得到每个微电网对应的最优通信拓扑。2.根据权利要求1所述的一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，其特征在于，所述通信网络结构生存性评价指标H1如下：其中，D表示无向图G相应的入度矩阵，且满足D＝diag{d
i
}∈R
n
×
n
，N为通信节点总数，E为通信链路数，I为单位矩阵，d
i
表示与节点v
i
相连的邻居节点数目，H1的值越小，通信拓扑在多次蓄意网络攻击下的结构生存能力越强。3.根据权利要求1所述的一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，其特征在于，所述第一阶段优化的网络拓扑结构建模过程如下：先建立拓扑优化的混合整数半正定规划模型，然后基于图论理论，建立模型求解约束条件，将约束条件放宽，最后将模型P1的求解问题分解为一个整数二次规划问题和一个混合整数半正定规划可行性问题，为基于给定度矩阵找到相应连通拓扑的混合整数半正定规划可行性问题建模。4.根据权利要求3所述的一种考虑网络攻击和通信延时的微网群通信网络优化方法，其特征在于，所述混合整数半正定规划模型如下：所述模型求解约束条件如下：1
T
D
·
1＝2E
ꢀꢀ
(4)D＝diag(1
T
A)
ꢀꢀ
(5)L＝D
‑
A
ꢀꢀ
(6)λ2(L)≥σ
ꢀꢀ
(7)
其中，A表示无向图G的邻接矩阵，L表示无向图G的拉普拉斯矩阵，λ2(L)是L的第二特征值，约束条件(3)来自于邻接矩阵的性质，约束条件(4)定义了节点度和边数之间的关系，约束条件(5)定义了度矩阵和邻接矩阵之间的关系，约束条件(6)通过D和A来定义拉普拉斯矩阵，为确保图是连通的，约束条件(7)定义的特征值大于0，约束条件(8)基于谱图论定义了拉普拉斯矩阵的约束条件；采用凸松弛技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，盛丽娜，楼冠男，陆帅，陈哲，李志浩，林达，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：