[發(fā)明專利]基于相依馬爾可夫鏈的電力CPS風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010015735.7
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111191955B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊巍;曲朝陽;謝千慧;王蕾;曹杰;崔鳴石;胡可為;徐鵬程;孫建;薛凱;蘇有權(quán);呂洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué);國網(wǎng)吉林省電力有限公司白山供電公司;國網(wǎng)吉林省電力有限公司;國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司信息通信分公司;國網(wǎng)東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/18;H02J3/00
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

一種基于相依馬爾可夫鏈的電力CPS風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測方法，其特點(diǎn)是，包括提出一種非均勻電力信息物理耦合網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷及約束建模方法，最大限度的簡化電力CPS耦合網(wǎng)絡(luò)，使模型能夠動(dòng)態(tài)反映耦合網(wǎng)絡(luò)中故障節(jié)點(diǎn)負(fù)荷重配過程和機(jī)理；考慮電力信息物理系統(tǒng)雙網(wǎng)交互及負(fù)荷重配過程，提出相依馬爾可夫概率框架，基于動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)模型；在原灰狼群算法的基礎(chǔ)上提出交叉自適應(yīng)灰狼群模型求解算法，引入自適應(yīng)度位置調(diào)整策略和交叉最優(yōu)解策略對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化求解。具有方法科學(xué)合理，適應(yīng)性強(qiáng)，效果佳等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域，是一種基于相依馬爾可夫鏈的電力CPS風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測方法。

背景技術(shù)

隨著多種能源的加入以及智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的不斷發(fā)展，大量的電氣設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算設(shè)備通過電網(wǎng)、信息網(wǎng)兩個(gè)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)相連接，傳統(tǒng)的以物理設(shè)備為核心的電力系統(tǒng)已逐漸演變?yōu)楦叨锐詈想娏π畔⑽锢砣诤舷到y(tǒng)(Cyber Physical Systems，CPS)。這種變化在為電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析及智能決策帶來實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持的同時(shí)，也使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行愈發(fā)受到信息系統(tǒng)的影響。一旦信息網(wǎng)絡(luò)受到網(wǎng)絡(luò)攻擊發(fā)生元件節(jié)點(diǎn)失效的情況，即使是很小范圍的風(fēng)險(xiǎn)也有可能沿耦合網(wǎng)絡(luò)蔓延，其產(chǎn)生的蝴蝶效應(yīng)會(huì)波及很大范圍，甚至造成大規(guī)模的停電事故。目前針對電力CPS風(fēng)險(xiǎn)傳播過程的研究鮮少能夠綜合考慮耦合網(wǎng)絡(luò)間的相互影響及元件實(shí)際運(yùn)行特性差異，這就導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果與實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)傳播有較大差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有電力CPS風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測分析過程中大都忽略元件實(shí)際運(yùn)行特性差異，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果與實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)傳播有較大差距的問題，提出一種科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，效果佳的基于相依馬爾可夫鏈的電力風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種基于相依馬爾可夫鏈的電力CPS風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測方法，其特征是，它包括以下步驟:

1)提出一種非均勻電力信息物理耦合網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷及約束建模方法，將電力信息物理系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷及容量限制進(jìn)行形式化表征，同時(shí)構(gòu)建非均勻耦合的一對多相依網(wǎng)絡(luò)，最大限度的簡化電力CPS耦合網(wǎng)絡(luò)，使模型能夠動(dòng)態(tài)反映耦合網(wǎng)絡(luò)中故障節(jié)點(diǎn)負(fù)荷重配過程和機(jī)理：

(a)將電力信息物理系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、站點(diǎn)抽象為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的輸電線路及通信線路抽象為邊；

(b)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及物理節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)具體運(yùn)行特性，對節(jié)點(diǎn)負(fù)荷及約束進(jìn)行形式化表征，若一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，則其承載的負(fù)荷就回重新分配轉(zhuǎn)移給其相鄰節(jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)承載負(fù)荷超過其約束容量，則也發(fā)生失效，不能夠正常運(yùn)行；

(c)通過改進(jìn)的加權(quán)球倉模型對(b)構(gòu)建的信息網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)耦合成為電力信息物理系統(tǒng)；

其中，一個(gè)電力節(jié)點(diǎn)最多能夠支持的信息節(jié)點(diǎn)數(shù)與其初始負(fù)荷有關(guān)，則如公式(1)所示：

物理網(wǎng)絡(luò)G_p中的節(jié)點(diǎn)為球倉，信息網(wǎng)絡(luò)G_C中的節(jié)點(diǎn)為球，節(jié)點(diǎn)集G_p和G_C的大小分別為S_p和S_C，那么球可以選擇的位置就為S_PN_i，表示節(jié)點(diǎn)度的概率分布，將球分配到初始負(fù)荷L_ni的概率如公式(2)所示為:

通過計(jì)算一個(gè)電源節(jié)點(diǎn)能夠承載的有限物理節(jié)數(shù)量，對信息節(jié)點(diǎn)和物理節(jié)點(diǎn)耦合關(guān)系進(jìn)行非均勻“一對多”分配，最終得到符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)連接情況的動(dòng)態(tài)非均勻電力CPS網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷及約束表征模型；

2)考慮電力信息物理系統(tǒng)雙網(wǎng)交互及負(fù)荷重配過程，提出相依馬爾可夫概率框架，基于動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)模型：

(d)通過類比單鏈異構(gòu)馬爾可夫概率框架，得到相依馬爾可夫鏈中綜合狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率如公式(3)所示為：