电力信息物理系统连锁故障建模方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电力信息物理系统连锁故障建模方法及装置。该方法包括：对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型；在初始电力网络中随机选取至少一个电力节点或线路设置初始故障，在电力信息网络中随机选取至少一个电力信息节点注入病毒；基于预设的病毒传播模型对所述电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型，并计算负荷损失率。本发明专利技术通过考虑电力网络社团分区及网络之间耦合的模块化，建立网络节点功能差异的模块化的网络模型，弥补了以往研究对电力信息物理系统模块性影响考虑的不足。模块性影响考虑的不足。模块性影响考虑的不足。

【技术实现步骤摘要】
电力信息物理系统连锁故障建模方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力信息网络安全
，尤其涉及一种电力信息物理系统连锁故障建模方法及装置。

技术介绍

[0002]信息通信技术的快速发展和应用使传统电力系统演变为典型的信息物理系统，信息系统作为电网的监控和管理者，实现了电网的智能调控和故障缓解。连锁故障作为电力系统中常见的动态现象，其源于电力元件间的相互依赖性以及系统运行的物理规律约束，连锁故障通常由小规模故障引起，并且往往会导致大规模的停电事件。然而，与信息系统的深度耦合使得电力系统连锁故障的演化机制不同于传统的电力网络。
[0003]信息系统对保证电力系统的安全运行起着至关重要的作用，信息系统将电网测量数据和设备状态信息等实时数据发送到调度中心，调度中心对接收到的数据进行分析和决策，并通过电力信息网络将相应的调控命令发送回相关设备。此外，许多分布式控制系统也作为本地决策单元，在调度中心的监督下执行本地控制。当信息系统因遭受病毒攻击而导致信息元件功能失效，会破坏调度中心与电网之间的联系，使电网处于不安全的运行状态。
[0004]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现，当前相关研究多是基于复杂网络方法来研究信息物理系统中的各种连锁和交互机制，在建模过程中对电力信息物理系统的物理动态行为和功能特性考虑不充分，并且忽略了耦合系统社团分布特性以及网络病毒传播在连锁故障传播过程中的影响。事实上，电力信息网络病毒传播会受到网络模块化拓扑结构的影响并且往往会破坏信息系统在电网运行过程中的实际监测与控制功能，当前研究不能揭示电力信息网络病毒传播影响下的耦合系统连锁故障动态机制。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种电力信息物理系统连锁故障建模方法及装置，以解决现有技术中无法揭示电力信息网络病毒传播影响下的耦合系统连锁故障动态机制的问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种电力信息物理系统连锁故障建模方法，包括：
[0007]对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于所述模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型；
[0008]在所述初始电力网络中随机选取至少一个电力网络节点或线路设置初始故障，在所述电力信息网络中随机选取至少一个电力信息网络节点注入病毒；
[0009]基于预设的病毒传播模型对所述电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型；
[0010]计算连锁故障后的电力网络相对于所述初始电力网络的负荷损失率。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供了一种电力信息物理系统连锁故障建模方法的装置，包括：
[0012]模块建立装置，用于对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于所述模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型；
[0013]病毒注入装置，用于在所述初始电力网络中随机选取至少一个电力网络节点或线路设置初始故障，在所述电力信息网络中随机选取至少一个电力信息网络节点注入病毒；
[0014]模型更新装置，用于基于预设的病毒传播模型对所述电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型；
[0015]计算装置，用于计算连锁故障后的电力网络相对于所述初始电力网络的负荷损失率。
[0016]第三方面，本专利技术实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序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。
[0017]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。
[0018]本专利技术实施例与现有技术相比的有益效果在于：本专利技术通过对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型；在初始电力系统网络中随机选取至少一个电力网络节点或线路设置初始故障，在电力信息网络中随机选取至少一个电力信息网络节点注入病毒；基于预设的病毒传播模型对电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型；计算连锁故障后的电力网络相对于初始电力网络的负荷损失率。本专利技术实施例建立耦合的网络模型，通过考虑电力网络社团分区及网络之间耦合的模块化，建立计及网络节点功能差异的异质模块化相依网络模型，弥补了以往研究对电力信息物理系统模块性影响考虑的不足，能够应用于电力信息物理系统连锁故障分析、网络安全分析、鲁棒性评估等领域。
附图说明
[0019]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。
[0020]图1是本专利技术实施例提供的电力信息物理系统连锁故障建模方法的实现流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的考虑功能差异的模块化电力信息物理系统网络模型示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例提供的电力信息网络节点状态转换关系图；
[0023]图4是本专利技术实施例提供的不同信息网络病毒传播参数时的电力信息物理系统连锁故障结果；
[0024]图5是本专利技术实施例提供的另一种不同信息网络病毒传播参数时的电力信息物理系统连锁故障结果；
[0025]图6是本专利技术实施例提供的不同电力信息网络社团连接概率时的电力信息物理系统连锁故障结果；
[0026]图7是本专利技术实施例提供的电力信息物理系统连锁故障建模方法的实现流程图；
[0027]图8为本专利技术实施例提供的电力信息物理系统连锁故障建模方法的装置；
[0028]图9是本专利技术实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]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。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的电力信息物理系统连锁故障建模方法的实现流程图，参照图1，详述如下：
[0032]在步骤101中：对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力信息物理系统连锁故障建模方法，其特征在于，包括：对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于所述模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型；在所述初始电力网络中随机选取至少一个电力网络节点或线路设置初始故障，在所述电力信息网络中随机选取至少一个电力信息网络节点注入病毒；基于预设的病毒传播模型对所述电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型；计算连锁故障后的电力网络相对于所述初始电力网络的负荷损失率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对初始电力网络进行社团划分，利用社团划分结果建立模块化的电力信息网络，并基于所述模块化的电力信息网络和初始电力网络构建模块化的电力信息物理系统网络模型，包括：基于社团发现算法对所述初始电力网络进行社团划分；基于所述社团划分的结果和无标度网络生成算法，建立模块化的电力信息网络模型；基于所述初始电力网络和所述电力信息网络的拓扑相似性，并将所述初始电力网络和所述电力信息网络的节点以所述社团划分的结果进行耦合，得到模块化的电力信息物理系统网络模型。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的病毒传播模型对所述电力信息物理网络模型进行连锁故障模拟，得到连锁故障后的电力信息物理网络模型，包括：利用预设的病毒传播模型模拟所述病毒在所述电力信息网络中进行动态传播；识别所述电力网络中是否存在过载的电力线路；若是，则删除所述过载的电力线路，更新电力信息物理系统网络模型，跳转到利用预设的病毒传播模型模拟所述病毒在所述电力信息网络中进行动态传播的步骤；若否，则输出连锁故障后的电力信息物理系统网络模型。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，识别所述电力网络中是否存在过载的电力线路，包括：根据所述电力网络的发电机节点和负荷节点的功率分布，计算频率偏差；根据所述频率偏差与预设的频率极限的关系，判断所述频率偏差是否越限；若所述频率偏差越限，则根据电力信息网络调度中心识别到的电力网络的信息执行潮流优化策略；并利用所述潮流优化的结果和预设的直流潮流模型计算所述电力网络的实际潮流；根据所述电力网络的实际潮流判断所述电力网络中是否存在过载的电力线路；若所述频率偏差不越限，则基于所述电力网络的静态功频特性，调整所述发电机节点和所述负荷节点的功率分布，并根据预设的直流潮流模型计算电网潮流；根据所述电网潮流判断所述电力网络是否存在过载的可观电力线路；其中，所述可观电力线路为所述电力网络中的电力线路连接的两个电力节点对应的耦合信息节点至少有一个处于健康状态的电力线路；若所述电力网络中存在过载的可观电力线路，根据电力信息网络调度中心识别到的电力网络的信息执行潮流优化策略；并利用所述潮流优化的结果和预设的直流潮流模型计算所述电力网络的实际潮流；根据所述电力网络的实际潮流判断所述电力网络中是否存在过载的电力线路；
若所述电力网络中不存在过载的可观电力线路，则根据所述电网潮流判断所述电力网络中是否存在过载的电力线路。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述电力网络的电网潮流，判断所述电力网络是否存在过载的可观电力线路，包括：若所述电力网络的电网潮流超过预设的潮流极限，则确定所述电力网络存在过载的可观电力线路；否则，确定所述电力网络不存在过载的可观电力线路；根据所述电力网络的实际潮流判断所述电力网络中是否存在过载的电力线路，包括：若所述电力网络的实际潮流超过预设的潮流极限，则确定所述电力网络存在过载的电力线路；否则，确定所述电力网络不存在过载的电力线路；其中，所述直流潮流模型为：P＝BθF＝(b
×
A)θ其中，P为节点注入功率向量；B为导纳矩阵，B＝A
T
×
b
×
A；θ为母线电压相角向量；F为电网支路潮流向量；b为电导对角矩阵，b＝diag(1/x1,1/x2,...,1/x
m
)；A为节点线路的关联矩阵；所述潮流优化策略的优化目标为：其中，N
P
为电力节点数；ΔP
Li
为电力节点i的负荷切除量；所述潮流优化策略...

【专利技术属性】
技术研发人员：高星乐，张骥，王朔，张红梅，李亮玉，邵华，郑紫尧，邢琳，杨宏伟，路宇，张妍，高铭，王丽欢，
申请(专利权)人：国家电网有限公司河北汇智电力工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：