配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端。该方法包括：基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得目标配电网在每种耦合关系下的最优规划方案；针对每种最优规划方案，基于预设初始网络攻击时刻和预设初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每种最优规划方案的运行状态集合；根据每种最优规划方案的运行状态集合和每个时刻物理节点的有功值，将计算出的综合弹性度量指标值最大的最优规划方案确定为目标配电网的网络拓扑优化结果。本发明专利技术获得的网络拓扑优化结果能够在提高系统弹性方面发挥重要作用。弹性方面发挥重要作用。弹性方面发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】
配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端


[0001]本专利技术涉及智能电网规划
，尤其涉及一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端。

技术介绍

[0002]随着现代信息通信技术的深度发展与应用，在传统的电力系统理论基础上形成了电网信息物理系统(Cyber Physical Power System，CPPS)。先进的信息技术优化能源利用效率、提高可靠性和安全性的同时也带来了负面影响。电力系统的运行将越来越依赖于信息系统，这种依赖会使电力系统在网络安全方面更加脆弱。当信息系统发生故障或遭受信息攻击时，会对信息系统和物理系统的安全稳定运行造成极大的影响。
[0003]然而，由于电力通信网络的拓扑脆弱性，很难从实时防御层面全面实现网络安全。随着信息技术的发展，网络攻击的手段也日渐增多和变强，网络攻击无法真正意义上的被成功防御。
[0004]因此，研究以弹性最大化为目标的网络攻击下的电网信息物理系统网络拓扑和防御资源优化对保障CPPS的安全运行具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端，以解决目前的配电网信息物理系统的网络拓扑的弹性不足以应对网络攻击的问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，包括：
[0007]基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得所述目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的最优规划方案；
[0008]针对每种最优规划方案，基于预设初始网络攻击时刻和预设初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态；记为每种最优规划方案的运行状态集合；
[0009]根据网络攻击过程中每种最优规划方案的运行状态集合和每个时刻物理节点的有功值，计算每种最优规划方案的综合弹性度量指标值，并将综合弹性度量指标值最大的最优规划方案确定为所述目标配电网的网络拓扑优化结果。
[0010]第二方面，本专利技术实施例提供了一种配电网信息物理系统网络拓扑优化装置，包括：
[0011]第一处理模块，用于基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得所述目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的最优规划方案；
[0012]第二处理模块，用于针对每种最优规划方案，基于预设初始网络攻击时刻和预设
初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态；记为每种最优规划方案的运行状态集合；
[0013]第三处理模块，用于根据网络攻击过程中每种最优规划方案的运行状态集合和每个时刻物理节点的有功值，计算每种最优规划方案的综合弹性度量指标值，并将综合弹性度量指标值最大的最优规划方案确定为所述目标配电网的网络拓扑优化结果。
[0014]第三方面，本专利技术实施例提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，执行如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
[0015]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
[0016]本专利技术实施例提供一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法、装置及终端，通过先基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的最优规划方案；再针对每种最优规划方案，基于预设初始网络攻击时刻和预设初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态；记为每种最优规划方案的运行状态集合；最后根据网络攻击过程中每种最优规划方案的运行状态集合和每个时刻物理节点的有功值，计算每种最优规划方案的综合弹性度量指标值，并将综合弹性度量指标值最大的最优规划方案确定为目标配电网的网络拓扑优化结果。以在提高目标配电网的系统弹性能力的基础上对有限的资源进行了合理的分配，为之后的电网信息物理系统弹性规划模型提供参考。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术实施例提供的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法的实现流程图；
[0019]图2是本专利技术实施例提供的配电网信息物理系统模型示意图；
[0020]图3是本专利技术实施例提供的信息层连接矩阵示意图；
[0021]图4是本专利技术另一实施例提供的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法的实现流程图；
[0022]图5是本专利技术实施例提供的电力系统弹性梯形模型；
[0023]图6是本专利技术实施例提供的信息系统弹性梯形模型；
[0024]图7是本专利技术实施例提供的配电网信息物理系统网络拓扑优化装置的结构示意图；
[0025]图8是本专利技术实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
[0026]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0028]参见图1，其示出了本专利技术实施例提供的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法的实现流程图，详述如下：
[0029]在步骤101中，基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的最优规划方案。
[0030]结合图2，配电网的信息物理系统(Cyber Physical System，CPS)模型主要由信息层(决策分析层、通信网络层和二次设备层)、物理层组成，可表示为G＝(V,E),其中V＝{V
c
,V
p
}表示信息层和物理层中所有节点的集合，E＝{E
c
,E
p
}表示为信息层和物理层中各个节点间的通信链路与电网线路的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，其特征在于，包括：基于目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的网络拓扑模型，对以规划成本和失负荷风险最小为目标的多目标规划模型进行求解，获得所述目标配电网在每种耦合关系下的信息物理系统的最优规划方案；针对每种最优规划方案，基于预设初始网络攻击时刻和预设初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态；记为每种最优规划方案的运行状态集合；根据网络攻击过程中每种最优规划方案的运行状态集合和每个时刻物理节点的有功值，计算每种最优规划方案的综合弹性度量指标值，并将综合弹性度量指标值最大的最优规划方案确定为所述目标配电网的网络拓扑优化结果。2.根据权利要求1所述的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，其特征在于，基于预设初始网络攻击时刻和预设初始网络攻击节点进行网络攻击模拟和故障传播模拟，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态，包括：将预设初始网络攻击时刻作为当前时刻，将预设初始网络攻击节点作为目标节点，对所述目标节点进行网络攻击模拟，并根据网络攻击模拟结果确定当前时刻各个物理节点的供能水平；根据当前时刻各个物理节点的供能水平更新因供能不足而退出运行的信息节点的运行状态；基于所述目标节点和运行状态更新后的信息节点进行故障传播模拟，并根据故障传播模拟结果确定该最优规划方案对应的下一时刻的各个信息节点的运行状态；将下一时刻作为新的当前时刻，将新的当前时刻运行状态为故障的各个信息节点作为目标节点，按照确定该最优规划方案对应的下一时刻的各个信息节点的运行状态的方法，确定该最优规划方案对应的新的下一时刻的各个信息节点的运行状态，直到新的下一时刻为网络攻击结束时刻时，获得网络攻击过程中每个时刻该最优规划方案的各个信息节点的运行状态。3.根据权利要求2所述的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，其特征在于，基于所述目标节点和运行状态更新后的信息节点进行故障传播模拟，并根据故障传播模拟结果确定该最优规划方案对应的下一时刻的各个信息节点的运行状态，包括：基于所述目标节点和运行状态更新后的信息节点确定当前时刻该最优规划方案中的各个信息节点的临近节点中被成功入侵的节点数目；基于当前时刻该最优规划方案中的各个信息节点的临近节点中被成功入侵的节点数目以及对应的信息节点的漏洞特性，计算下一时刻该最优规划方案中的各个信息节点被成功入侵的概率；基于当前时刻该最优规划方案中的各个信息节点的临近节点中被成功入侵的节点数目以及对应的信息节点的防御资源分配信息，计算该最优规划方案中的信息节点在当前时刻被入侵后对应的修复时间；根据下一时刻该最优规划方案中的各个信息节点被成功入侵的概率以及该最优规划方案中的信息节点在当前时刻被入侵后对应的修复时间，确定该最优规划方案对应的下一时刻的各个信息节点的运行状态。
4.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，其特征在于，所述基于当前时刻该最优规划方案中的各个信息节点的临近节点中被成功入侵的节点数目以及对应的信息节点的漏洞特性，计算下一时刻该最优规划方案中的各个信息节点被成功入侵的概率，包括：基于计算下一时刻该最优规划方案中的各个信息节点被成功入侵的概率；其中，Pr
j
(t+1)为t+1时刻该最优规划方案中的信息节点j被成功入侵的概率，j＝1,2，
…
，m，m为该最优规划方案中信息节点的数目，X
j
为当前时刻t信息节点j的网络攻击难度，χ
j
(t+1)为t+1时刻信息节点j被选为攻击目标的概率，S(j,t)为当前时刻t信息节点j的运行状态，S(j,t)＝0表示信息节点j正常运行，S(j,t)＝1表示信息节点j故障，N
j
表示与信息节点j存在通信链路的所有信息节点的集合，χ
i,j
(t+1)为t+1时刻信息节点i攻击信息节点j的概率，S(i,t)为当前时刻t信息节点i的运行状态，S(i,t)＝0表示信息节点i正常运行，S(i,t)＝1表示信息节点i故障，μ
i,j
为信息节点i向信息节点j发起网络攻击的概率，X
k
为当前时刻t信息节点k的网络攻击难度，N
i
表示与信息节点i存在通信链路的所有信息节点的集合，AV
j
、AC
j
、AU
j
为信息节点j的漏洞特性，分别为攻击途径、攻击复杂度和认证次数，表征漏洞评分的静态分数值，ω1、ω2、ω3为相应漏洞特性的攻击难度权重，M
j,t
为当前时刻t信息节点j的临近节点中被成功入侵的节点数目。5.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统网络拓扑优化方法，其特征在于，所述基于当前时刻该最优规划方案中的各个信息节点的临近节点中被成功入侵的节点数目以及对应的信息节点的防御资源分配信息，计算该最优规划方案中的信息节点在当前时刻被入侵后对应的修复时间，包括：
基于计算该最优规划方案中的信息节点在当前时刻被入侵后对应的修复时间；其中，MTTR
i,t
为最优规划方案中的信息节点i在当前时刻t被入侵后对应的修复时间，t＝1表示当前时刻t为预设初始网络攻击时刻，t>1表示当前时刻t为预设初始网络攻击时刻之后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗会峰，李均强，陈天英，李铁成，王献志，刘清泉，李宣义，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网河北能源技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：