[發明專利]電力系統網絡安全風險的雙層評估模型、系統及計算方法

有效

• 申請號: 202110505002.6
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113283064B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 劉絢;杜敏;田建偉;褚旭;朱宏宇
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F111/10
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 王娟;馬強

本發明公開了一種電力系統網絡安全風險的雙層評估模型、系統及計算方法，包括以下步驟：步驟S1，設定主問題目標函數值的下界LB和子問題目標函數值的上界UB，建立網絡安全風險評估的主問題模型；步驟S2，求解上層模型，松弛攻擊向量和更新下限LB；步驟S3，建立網絡安全風險評估子問題模型；步驟S4，求解下層模型，更新上限UB，構建割集約束；步驟S5，計算收斂誤差，判斷收斂性。本發明克服了目前計算方法效率低、收斂性不足、求解范圍局限和無法適用于大規模系統等問題，實現了大規模電力系統網絡安全風險的雙層評估模型計算。本發明具有計算復雜度低、迭代次數少、收斂快的優勢，可以有效的評估電力系統面臨的網絡攻擊風險。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域，特別是一種電力系統網絡安全風險的雙層評估模型及其計算方法。

背景技術

近年來，信息技術和通信技術的高度集成促使了電網的智能化，同時也導致電網面臨著嚴重的網絡攻擊威脅。近年來,世界范圍內的電力系統遭受網絡攻擊事件時有發生，例如，巴基斯坦、烏克蘭及以色列等電網均遭受過物理或網絡攻擊。網絡攻擊者可以有效地篡改電力系統中的工況數據，從而直接影響到電力調度中心的決策，導致傳輸線路過載、切負荷甚至發生級聯故障。因此，從電力系統防御角度而言,需要對潛在的網絡攻擊風險進行量化分析判斷，以制定合理的電力系統調度和防御方案。一般而言，為了有效地分析攻擊-防御之間的博弈關系，電力系統網絡安全風險評估問題可以描述為一個雙層優化問題。

目前雙層優化模型存在計算難題,現有方法求解大規模系統存在求解速度慢、搜索效率低和收斂性差等問題。現有方法求解雙層評估模型會引入大量的輔助變量和非線性問題，導致計算方法時間復雜度高。基于啟發式方法求解大規模系統容易陷入局部最優震蕩而低估系統潛在風險，導致系統面臨更為嚴重的潛在攻擊風險。因此，如何高效的求解電力系統網絡安全風險的雙層評估模型是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種電力系統網絡安全風險的雙層評估模型及其計算方法，解決傳統方法計算效率低和收斂性不足的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種電力系統網絡安全風險的雙層評估計算方法，包括以下步驟：

S1、建立網絡安全風險評估主問題的初始模型：

s.t.

其中，表示為網絡攻擊風險程度，其中為求解子問題獲取得到的優化解；α是輔助變量，取值范圍為[0,M]，M為正數；H,L分別是初始模型等式約束中變量x,的系數矩陣，A,B分別是初始模型中不等式約束中變量x,的系數矩陣；r、v均為常數矩陣；為雙層模型中的主問題的目標函數，即為網絡攻擊風險程度；主問題模型，即為雙層模型中的上層模型；

S2、計算上述初始模型，獲取初始值和主問題目標函數值的下界LB，利用初始值獲得松弛攻擊向量x′，得到：其中，w₁和w₂分別為輔助松弛變量；

S3、利用松弛攻擊向量x′建立網絡安全風險評估子問題模型：

s.t.

Ux′+Ty＝b

Ex′+Fy≤h