[发明专利]一种电力信息物理系统韧性计算方法

说明书

本发明涉及一种电力信息物理系统韧性计算方法，其特征在于：构建电力信息物理系统的初始网络架构；构建信息系统与电力系统的节点多状态模型和支路状态模型，生成初始状态下电力信息物理系统的故障元件集合及有效网络；构建信息系统中的故障传播动力学模型；构建故障在电力系统中传播的节点功率平衡模型；构建故障在信息系统和电力系统间传播的病毒感染动力学模型；迭代求解获得故障在电力信息物理系统传播的稳定状态，计算电力信息物理系统的韧性指标。本发明通过综合分析电力系统与信息系统的运行结构差异，模拟故障在两个系统内部以及两个系统之间的传播机理，克服传统电力信息物理系统韧性研究的单一性和适应性问题。

技术领域

本发明涉及电力信息领域，尤其涉及一种电力信息物理系统韧性计算方法。

背景技术

伴随着信息技术的不断提升与智能电网的快速发展，电力系统与信息系统的耦合日渐紧密，进而构成电力信息物理系统，实现信息网络与电力物理实体的数据交互与协调控制。一方面，信息系统对电力系统进行实时监测与控制，保证电力系统的优化调度和安全运行；另一方面，电力系统对信息系统中的信息系统进行供电，以维持通讯设备的正常工作。随着电力系统与信息系统在数据与控制功能上的深度融合，使得故障(包括信息网络故障及电力系统物理故障)在两个系统间的传播更加容易，导致故障影响范围扩大，降低电力信息物理系统运行的韧性，增加电力信息物理系统的安全风险。当信息系统遭受信息攻击后，部分信息节点功能失效导致电力系统失去监测和控制，进一步造成电力系统潮流过载从而引发连锁故障；同样的，当电力系统遭受物理攻击后，部分电力节点功能失效导致信息系统中通讯设备的工作电源缺失，无法正常工作，进一步导致信息系统故障传播。例如，在2003年9月28日意大利的大停电事故中，因部分电力节点故障导致信息系统中的通讯设备失去工作电源而失效，信息网因为这些失效的通讯设备发生解列，大量通讯设备无法正常工作，进一步导致电力系统失去控制能力，从而引发电网大停电。

在传统的电力信息物理系统韧性研究中，主要以最终稳定运行状态下系统网络拓扑中的最大连通性子网规模作为衡量指标。受信息系统的运行模式影响，因故障形成的若干微小子网失去与主网的联络，导致通信中断及相关功能失效，仅有最大连通性子网可保持正常运行。然而，最大连通性子网规模仅适用于分析信息系统的韧性，无法准确分析电力系统韧性。当电力系统因故障形成若干微小子网时，各电力系统子网仍能保持稳定运行。此外，目前的电力信息物理系统韧性研究主要通过简单、统一的网络模型对电力系统、信息系统进行模拟，未考虑两个系统在物理运行特性及故障传播机制方面的差异。在信息系统中，故障(例如恶意代码、木马软件)通过基于病毒感染的概率性传播机理扩大故障范围；而在电力系统中，故障传播受物理运行拓扑的影响较大，故障(例如电厂停电、输电线路断线)通过影响其他线路的载流量，导致部分线路过载及用户失电，从而扩大故障范围。

因此，有必要综合考虑电力系统与信息系统的运行结构与故障传播机制的差异，对电力信息物理系统的韧性进行计算。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种电力信息物理系统韧性计算方法，通过综合分析电力系统与信息系统的运行结构差异，模拟故障在两个系统内部以及两个系统之间的传播机理，从不同维度对电力信息物理系统的韧性进行计算。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种电力信息物理系统韧性计算方法，包括：

步骤1：构建电力信息物理系统的初始网络架构；

其中，所述电力信息物理系统包括信息系统和电力系统，电力信息物理系统的初始网络架构包括信息系统的初始网络架构和电力系统的初始网络架构，信息系统初始网络架构包括信息节点集合V_c和信息支路集合L_c，电力系统的初始网络架构{V_p,L_p}包括电力节点集合V_p和电力支路集合L_p；