一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，包括：获得分布式电力系统的无向加权图，将各边的权重拆分为两个正整数因子，为与边相关的两个发电机各分配其一作为分解权重；各发电机作为传输发起方与邻居发电机基于各自的状态信息和分解权重，利用基于半同态加密的Paillier算法的信息传输方法执行信息加密传输步骤，获得与各邻居发电机的状态信息的加权差值；各发电机利用预先构建的新分布式经济调度算法模型执行经济调度步骤：作为传输发起方的发电机利用与所有邻居发电机的状态信息的加权差值及新分布式经济调度算法模型，确定自身更新后的状态信息并确定发电量；本发明专利技术能实现电力系统分布式安全经济调度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法


[0001]本专利技术属于电力系统安全资源分配领域，具体涉及一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法。

技术介绍

[0002]经济调度是电力系统运行和控制的关键问题之一，随着网络技术的不断发展，先进信息技术在电力系统得到加速应用，逐渐形成能源互联的新生态，集中式方法已经不能满足信息化背景下电力系统经济调度的需要。而分布式经济调度方案强调每个参与调度的单元进行独立决策，每个单元根据预设协议通过网络与邻居交换信息，对比调整己方输出，协同实现电力系统发电成本的最小化。分布式经济调度利用稀疏通信结构实现网络中各单元的分散协作，具有灵活、高效、可扩展性强、鲁棒性强等优点。以分布式发电为调控对象，需求侧涌现出越来越多的虚拟电厂或负荷集成商等第三方新主体，而其控制多经由开放的信息环境实现。随着新型第三方调控主体的广泛接入，未来新型电力系统的部分控制将构建在开放网络空间之上，更容易暴露在恶意网络攻击之下。
[0003]另一方面，未来需求侧的新型调控主体涉及到大量用户的隐私信息，其中优化调度将涉及跨多主体的协同计算与数据分析，为实现成本最小化这个经济调度目标，发电机通常会将重要且敏感的信息传递给邻居进行分布式计算，在这个过程中一旦有攻击者侵入通信链路，就能轻易窃取传输信息，因而对系统安全造成极大威胁，很容易造成隐私信息的泄露，进而造成更大经济损失。除此之外，邻居的一些不当行为也有可能造成隐私信息的泄露。因此，在电力系统调控主体愈加复杂多元的环境下，用户数据使用权与所有权分离、信息资源与计算资源分离的特征使得多主体协同过程中的隐私保护问题日益突出。网络安全与隐私保护作为信息安全的重要组成部分将直接影响电力系统的安全稳定运行。
[0004]针对上述隐私保护问题，现有技术中比较流行的方法有基于噪声注入的数据混淆方法与基于区块链的安全保护方法等。其中，基于噪声注入的数据混淆方法只考虑了分布式电力系统面临的外部威胁，邻居仍可获得相邻节点状态信息，隐私问题依然没有解决。并且该方法是一种以准确性换取安全性的行为，会对数据准确性造成一定影响。而基于区块链的安全保护方法由于技术本身的缺陷，当前不具备大规模实施的条件，区块链中每一次信息判断都需要经过大多数节点的认可，因而会造成较大延迟。此外，区块链还要求每个节点必须能够维护完整的区块链账本，这会给分布式电力系统带来额外的支出。可见，目前电力系统的分布式经济调度如何有效实现隐私保护，尚未有较佳的解决方案。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，应用于多个节点组成的分布式电力系统，每个节点包含独立的发电机与负载；所述方法包括：
[0007]获得分布式电力系统的无向加权图；
[0008]针对所述无向加权图中每条边，将该条边的权重拆分为两个正整数因子，为该条边相关的两个发电机各分配其中一个正整数因子作为分解权重；
[0009]各发电机执行信息加密传输步骤，包括：每个发电机作为传输发起方，与邻居发电机基于各自的状态信息和分解权重，利用基于半同态加密的Paillier算法的信息传输方法进行信息加密传输，使得作为传输发起方的发电机获得与各邻居发电机的状态信息的加权差值；其中，所述状态信息包括各时刻发电机的增量成本、发电量与用电量的局部失配；
[0010]各发电机利用预先构建的新分布式经济调度算法模型执行经济调度步骤，包括：作为传输发起方的发电机利用与所有邻居发电机的状态信息的加权差值以及所述新分布式经济调度算法模型，确定自身更新后的状态信息，并利用自身更新后的状态信息确定发电量；
[0011]其中，所述新分布式经济调度算法模型是针对分布式电力系统经济调度中发电成本最小化的优化问题，利用发电机的状态信息确定初始分布式经济调度算法模型，各发电机执行信息加密传输步骤，各发电机利用所述初始分布式经济调度算法模型执行经济调度步骤后，为分析信息加密传输对所述初始分布式经济调度算法模型的影响将其建模为时延效应，分析时延对所述初始分布式经济调度算法模型的影响后，进行算法模型更新得到的。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述初始分布式经济调度算法模型的构建过程，包括：
[0013]针对所述分布式电力系统，确定发电机的发电成本函数为：其中，C
i
(p
i
)表示发电机i的发电成本；p
i
表示发电机i的发电量；α
i
、β
i
、γ
i
表示针对发电机i拟合的成本系数；N表示所述分布式电力系统的节点总数；i＝1,2,...,N；
[0014]利用所述发电成本函数，构建所述分布式电力系统的经济调度中发电成本最小化的优化问题为：
[0015][0016]其中，所述分布式电力系统的通信拓扑以无向加权图表示；P
d
表示所述分布式电力系统的总负载用电需求；和分别表示发电机i的功率输出下限和功率输出上限；
[0017]确定发电机的增量成本的迭代公式为：其中，N
i
表示发电机i的邻居发电机集合；∈1表示恒定的第一步长，∈1≤1/q，q表示拉普拉
斯矩阵L的最大特征值；i≠j时，L中第i行第j列的元素为
‑
a
ij
，i＝j时，L中第i行第j列的元素为该行其余a
ij
之和；a
ij
表示所述无向加权图中连接发电机i和j边的权重；λ
i
(k)表示k时刻发电机i的增量成本；
[0018]确定依据发电机的增量成本调整发电量的公式为：p(k+1)＝Bλ(k+1)
‑
[σ1,σ2,...,σ
N
]T
；其中，p(k)＝col{p1(k),p2(k),...,p
N
(k)}；p
i
(k)表示k时刻发电机i的发电量；λ(k)＝col{λ1(k),λ2(k),...,λ
N
(k)}；col表示列向量；σ
i
＝β
i
/2γ
i
；B＝diag(1/2γ
i
)；diag表示对角矩阵；当时，令当时，令
[0019]为保证系统发电量与负载用电量相匹配，引入发电量与用电量的局部失配：m(k)＝col{m1(k),m2(k),...,m
N
(k)}；并确定发电量与用电量的局部失配的迭代表达式为：m(k+1)＝m(k)
‑
∈2Lm(k)
‑
[p(k+1)
‑
p(k)]；其中，m(k)表示k时刻发电量与用电量的局部失配；∈2表示恒定的第二步长，∈2≤1/q；
[0020]将所述发电量与用电量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，其特征在于，应用于多个节点组成的分布式电力系统，每个节点包含独立的发电机与负载；所述方法包括：获得分布式电力系统的无向加权图；针对所述无向加权图中每条边，将该条边的权重拆分为两个正整数因子，为该条边相关的两个发电机各分配其中一个正整数因子作为分解权重；各发电机执行信息加密传输步骤，包括：每个发电机作为传输发起方，与邻居发电机基于各自的状态信息和分解权重，利用基于半同态加密的Paillier算法的信息传输方法进行信息加密传输，使得作为传输发起方的发电机获得与各邻居发电机的状态信息的加权差值；其中，所述状态信息包括各时刻发电机的增量成本、发电量与用电量的局部失配；各发电机利用预先构建的新分布式经济调度算法模型执行经济调度步骤，包括：作为传输发起方的发电机利用与所有邻居发电机的状态信息的加权差值以及所述新分布式经济调度算法模型，确定自身更新后的状态信息，并利用自身更新后的状态信息确定发电量；其中，所述新分布式经济调度算法模型是针对分布式电力系统经济调度中发电成本最小化的优化问题，利用发电机的状态信息确定初始分布式经济调度算法模型，各发电机执行信息加密传输步骤，各发电机利用所述初始分布式经济调度算法模型执行经济调度步骤后，为分析信息加密传输对所述初始分布式经济调度算法模型的影响，将其建模为时延效应，分析时延对所述初始分布式经济调度算法模型的影响后，进行算法模型更新得到的。2.根据权利要求1所述的半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，其特征在于，所述初始分布式经济调度算法模型的构建过程，包括：针对所述分布式电力系统，确定发电机的发电成本函数为：其中，C
i
(p
i
)表示发电机i的发电成本；p
i
表示发电机i的发电量；α
i
、β
i
、γ
i
表示针对发电机i拟合的成本系数；N表示所述分布式电力系统的节点总数；i＝1,2,...,N；利用所述发电成本函数，构建所述分布式电力系统的经济调度中发电成本最小化的优化问题为：其中，所述分布式电力系统的通信拓扑以无向加权图表示；P
d
表示所述分布式电力系统的总负载用电需求；和分别表示发电机i的功率输出下限和功率输出上限；确定发电机的增量成本的迭代公式为：其
中，N
i
表示发电机i的邻居发电机集合；∈1表示恒定的第一步长，∈1≤1/q，q表示拉普拉斯矩阵L的最大特征值；i≠j时，L中第i行第j列的元素为
‑
a
ij
，i＝j时，L中第i行第j列的元素为该行其余a
ij
之和；a
ij
表示所述无向加权图中连接发电机i和j边的权重；λ
i
(k)表示k时刻发电机i的增量成本；确定依据发电机的增量成本调整发电量的公式为：p(k+1)＝Bλ(k+1)
‑
[σ1,σ2,...,σ
N
]
T
；其中，p(k)＝col{p1(k),p2(k),...,p
N
(k)}；p
i
(k)表示k时刻发电机i的发电量；λ(k)＝col{λ1(k),λ2(k),...,λ
N
(k)}；col表示列向量；σ
i
＝β
i
/2γ
i
；B＝diag(1/2γ
i
)；diag表示对角矩阵；当时，令当时，令为保证系统发电量与负载用电量相匹配，引入发电量与用电量的局部失配：m(k)＝col{m1(k),m2(k),...,m
N
(k)}；并确定发电量与用电量的局部失配的迭代表达式为：m(k+1)＝m(k)
‑
∈2Lm(k)
‑
[p(k+1)
‑
p(k)]；其中，m(k)表示k时刻发电量与用电量的局部失配；∈2表示恒定的第二步长，∈2≤1/q；将所述发电量与用电量的局部失配引入所述发电机的增量成本的迭代公式，作为总发电量调整的反馈，得到更新后发电机的增量成本的迭代公式为：λ(k+1)＝λ(k)
‑
∈1Lλ(k)+ιm(k)；其中，ι为反馈系数；将所述依据发电机的增量成本调整发电量的公式、所述发电量与用电量的局部失配的迭代表达式、所述更新后发电机的增量成本的迭代公式进行联立，得到初始分布式经济调度算法模型为：其中，I表示单位矩阵。3.根据权利要求1所述的半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，其特征在于，所述针对所述无向加权图中每条边，将该条边的权重拆分为两个正整数因子，为该条边相关的两个发电机各分配其中一个正整数因子作为分解权重，包括：针对所述无向加权图中连接发电机i和发电机j的一条边对应的权重a
ij
，根据公式a
ij
＝a
i
‑
j
×
a
j
‑
i
将a
ij
拆分为a
i
‑
j
和a
j
‑
i
两个正整数因子；其中，
×
表示乘号；i和j为发电机的编号；将a
i
‑
j
分配给所述发电机i作为分解权重，将a
j
‑
i
分配给所述发电机j作为分解权重。4.根据权利要求2或3所述的半同态加密的电力系统分布式经济调度方法，其特征在于，所述各发电机执行信息加密传输步骤，包括：发电机i作为传输发起方，利用半同态加密的Paillier算法生成公钥k
pi
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞生，姬毓明，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：