[發(fā)明專利]一種基于多種攻擊策略的電力網(wǎng)絡(luò)脆弱性評估方法

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• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112507552A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧喜豐;王淑良;陳辰
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進(jìn)

一種基于多種攻擊策略的電力系統(tǒng)脆弱性評估方法，包括：1)構(gòu)建電網(wǎng)模型。2)分別從節(jié)點度、介數(shù)、局部中心性、節(jié)點故障損失四個方面來評估網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要性來完成攻擊策略的制定。3)建立介數(shù)虛擬流模型來模擬電力系統(tǒng)中級聯(lián)故障傳播的過程。4)基于介數(shù)虛擬流模型，建立脆弱性指標(biāo)，采用多種攻擊策略模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊，根據(jù)脆弱性指標(biāo)變化評估IEEE300電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的脆弱性。本發(fā)明針對多種攻擊策略的情況時電力網(wǎng)絡(luò)的脆弱性，建立介數(shù)虛擬流模型以及多種攻擊策略來分析級聯(lián)失效下電網(wǎng)的性能變化。不僅可以識別對電力網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性，對電力系統(tǒng)管理人員的維護(hù)工作和設(shè)計人員在進(jìn)行電力系統(tǒng)故障防范時提供決策支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力網(wǎng)絡(luò)的脆弱性和應(yīng)急管理領(lǐng)域，具體涉及一種基于多種攻擊策略的電力網(wǎng)絡(luò)脆弱性評估方法

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)的保護(hù)是促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)、民生等方面穩(wěn)定發(fā)展的重要支柱。電力系統(tǒng)受到破壞將導(dǎo)致社會多個方面受到影響，甚至發(fā)生部分地區(qū)整體基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)發(fā)生癱瘓，為了防止電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)受到破壞，許多國家都在推行政策來防止電力系統(tǒng)破壞事件的發(fā)生。同時，電網(wǎng)中初始的微小故障可能引發(fā)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)崩潰導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)大面積癱瘓的現(xiàn)象。例如，2003年意大利停電，2003年北美停電和2012年印度停電，都是初始故障在電力網(wǎng)絡(luò)中蔓延導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)多個區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障，并因此引發(fā)了其他基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的同時發(fā)生大規(guī)模癱瘓，對國家民生、經(jīng)濟(jì)和社會穩(wěn)定方面造成極大負(fù)面影響。因此，研究電力網(wǎng)絡(luò)故障傳播情況，降低電力網(wǎng)絡(luò)脆弱性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種基于多種攻擊策略的電力網(wǎng)絡(luò)脆弱性評估方法，用于評估網(wǎng)絡(luò)中的重要的站點，對電力系統(tǒng)管理人員的維護(hù)工作和設(shè)計人員在進(jìn)行電力系統(tǒng)故障防范時提供決策支持。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案；

S1：首先根據(jù)收集的IEEE300電力系統(tǒng)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)來構(gòu)建電網(wǎng)模型。

S2：分別從節(jié)點度、介數(shù)、局部中心性、節(jié)點故障造成系統(tǒng)性能損失四個方面來評估網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要性來完成攻擊策略的制定。

S3：建立介數(shù)虛擬流模型來模擬電力系統(tǒng)中級聯(lián)故障傳播的過程。

S4：基于介數(shù)虛擬流模型，建立脆弱性指標(biāo)，采用多種攻擊策略模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊，根據(jù)脆弱性指標(biāo)變化評估IEEE300電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的脆弱性。

進(jìn)一步地，所述步驟S1的所述步驟S1的對于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建模規(guī)則具體為:

電網(wǎng)建模方法是以自然網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將電力網(wǎng)絡(luò)中的電站抽象為節(jié)點，將連接兩電站之間的電力線抽象為邊，當(dāng)兩個電站間存在相連的時，那么在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中這兩個節(jié)點間具有一條連邊，反應(yīng)兩者之間的直接相連關(guān)系。采用該方法構(gòu)建的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，反映了網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)便于分析網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣饕约肮?jié)點的拓?fù)鋵傩浴?/p>

對于電網(wǎng)的建模，通常我們分別將電站抽象為節(jié)點，電力傳輸線首相為邊，一般來說，電力網(wǎng)絡(luò)可以用圖G＝{V,E}來表示，這里V＝{v_i|i＝1,2,…,N}表示節(jié)點的集合，E＝{l_ij|l_ij＝(v_i,v_j)}表示為邊得集合，N是節(jié)點的數(shù)量，當(dāng)節(jié)點i和節(jié)點j直接相連的時，l_ij＝1，反則當(dāng)節(jié)點i和j不直接相連時，l_ij＝0。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的節(jié)點度、介數(shù)、局部中心性、節(jié)點故障損失具體為：

節(jié)點度表示節(jié)點連接的邊的數(shù)量，節(jié)點i的節(jié)點度表示如下：

節(jié)點度D_i表示與節(jié)點i直接相連的邊的數(shù)量，站點的度可用來反應(yīng)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點局部影響性。