[发明专利]一种计及负荷优化重配的电力CPS可生存性量化评估方法

摘要

本发明针对电力信息物理融合系统(CPS)规模不断扩大且现有级联失效模型忽略信息流和潮流转移特性，使得可生存性难以快速有效评估的问题，提出一种计及负荷优化重配的电力CPS可生存性量化评估方法，首先，根据系统拓扑结构和关联关系，通过定义度函数和电气介数建立了度‑介加权电力CPS关联矩阵，实现了耦合CPS的形式化表征。然后，从CPS级联失效的结构连通性变化和风险传播范围两个维度出发，基于节点负荷容量限制、信息流择优分配策略、潮流优化方程和系统安全运行等约束条件设计了可生存性评估模型，最后，提出混沌Lévy搜索的萤火虫算法对评估模型进行高效求解，量化评估了电力CPS的可生存性。

主权项

1.一种计及负荷优化重配的电力CPS可生存性量化评估方法，其特征是，它包括以下步骤:步骤1)根据系统拓扑结构和关联关系，构建度‑介加权的电力CPS关联矩阵，实现耦合CPS的形式化表征；(1.1)将信息网表示为m个信息节点和n条通信链路的无向稀疏有权拓扑图Gc，边权定义为与边相连接两节点的度数函数，根据信息网内连接关系构建信息网关联矩阵；(1.2)将发电厂、变电站和负荷抽象为发电、联络和负荷节点；节点间输电线路抽象为边，不考虑多环路输电，区分不同节点的性质差异和传输方向，输电边集为有向，将信息网表示为m个信息节点和n条输电线路的有向稀疏有权拓扑图Gp，边权定义为电气潮流介数，根据物理网内连接关系构建物理网关联矩阵；(1.3)采用物理网高介节点和信息网高度节点的一对一方式相耦合，信息流在调度中心和各厂站信息系统间按最优路径流动，潮流起始于发电机节点经由联络节点传输到各个负荷节点，双网间实现能量与信息的交互；步骤2)从CPS级联失效的结构连通性变化和风险传播范围两个维度出发，基于节点负荷容量限制、信息流择优分配策略、潮流优化方程和系统安全运行等约束条件设计一种可生存性评估模型；(2.1)定义电力CPS初始负荷信息节点初始负荷Lci(0)、物理节点初始负荷Lpi(0)和信息节点容量Cci和物理节点容量Cpi，节点正常工作约束为其承载负荷不超过容量限制；(2.2)设定信息网节点攻击模式：随机攻击Arandom(RandomAttack)、静态度数排列攻击Asdr(Static Degree RankingAttack)、静态负荷排列攻击Aslr(Static Load RankingAttack)和动态负荷排列攻击Adlr(Dynamic Load RankingAttack)模式，并攻击一定比例的信息网节点，考虑最短路径长度、负荷分配范围和均匀性约束条件，设计信息网介于全局和最近邻之间的高负荷偏好分配策略；(2.3)信息网节点失效会以一定概率ω使与之耦合的物理节点失效，引起物理网负荷重配，考虑潮流优化条件约束，目标是使电力负荷切除最少，提出负荷切除优化的目标函数为：Np为物理节点集合，Lpi_cut为物理节点i的电力负荷切除量；步骤3)定义可生存性评估指标节点生存率Rns、电力负荷生存率Rpls，建立电力CPS可生存性Vcs评估模型为：步骤4)提出基于混沌Lévy搜索萤火虫的模型求解算法，对步骤3)的评估模型进行求解：(4.1)产生初始群体，每个萤火虫对应一个位置，即负荷重配优化问题的潜在解(k＝0)；(4.2)更新吸引项参数、吸引力系数γ和Lévy随机项的随机步长；(4.3)根据约束条件进行负荷切除优化计算，求得各粒子的适应度值，即目标函数值(k＝0)；(4.4)比较各粒子的适应度值，记录自身最好个体和全局最好个体；(4.5)结合改进后的更新公式更新位置(k＝k+1)，得到新的种群；(4.6)如果k>kmax，转至(4.7),否则转至(4.2)；(4.7)得到全局最优解并输出结果。