电力耦合网络抵御级联失效负载重分配方法

摘要

本发明公开了电力耦合网络抵御级联失效负载重分配方法。包括：将通信网络和电力网络中的设备抽象简化为耦合网络拓扑模型；根据耦合网络的特点建立节点容量模型；根据节点失效后负载的分配方法建立负载重分配模型；根据耦合网络节点失效特点建立级联失效模型；攻击通信网节点，耦合网络稳定后获取电网节点的最大功能组，选取最优负载重分配方法。本方法提高了电力耦合网络抵御级联失效的能力，有利于降低维护成本，从而提高电力系统的经济效益和社会效益。

主权项

一种电力耦合网络抵御级联失效负载重分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：将获取通信网络和电力网络中的设备信息抽象简化为耦合网络拓扑模型G；具体包括：步骤1.1：获取电网中正常工作的发电机和35kV及以上的变电站信息，将其抽象成电力节点V_p；步骤1.2：获取电力通信网络的通信机房和无线基站信息，将其抽象成通信节点V_c；其中通信节点包括：为抽象的电力节点提供通信服务的节点及其业务流上行经过的节点，为抽象的电力节点以下电气设备提供通信服务的节点作为抽象通信节点的负载；步骤1.3：获取电网节点之间的高压输电线抽象成节点之间的边E_p，不考虑配电网和发电厂、变电站的主接线，合并同杆并架的输电线，消除自环和多重线路，至此电力网络拓扑模型构建完毕，用G_p＝(V_p,E_p)表示；步骤1.4：获取通信节点间的通信线路或无线信道抽象成通信节点之间的边E_c，至此通信网络拓扑模型构建完毕，用G_c＝(V_c,E_c)表示；步骤1.5：获取给各个通信节点提供电力的电网节点，抽象成电网节点到通信网节点的单向边E_pc；步骤1.6：获取给各个电力节点提供通信支持的通信节点，抽象成通信网到电网的单向边E_cp，至此耦合网络拓扑模型构建完毕,用G＝(G_p,G_c,E_pc,E_cp)表示；步骤2：根据耦合网络的特点建立节点容量模型；具体包括：步骤2.1：确定通信网节点的容量模型通信网的负载依赖于电网，电网正常工作节点越多，通信网的负载越大；交替分析耦合网络的级联失效过程，设迭代N次级联失效停止，第n次迭代称为状态n；其中，n＝0,1,2,3…,N；在状态n单位时间内通信网承担的总业务量为：其中：Φ表示状态n电网中正常工作的节点集合，k_pni表示状态n电网节点i的连接度，表示电网节点产生通信业务量的影响因子；通信节点i的业务量表示为：其中：Ι表示状态n通信网中正常工作的节点集合，k_cni表示状态n通信网节点i的连接度，E_n表示Ι中节点的连接度之和，表示通信节点承担业务量的影响因子；每个通信节点在状态n的业务量构成通信节点负载向量其中：m_c表示通信网的节点数；通信网节点的最大业务容量与初始负载成正比，表示为：其中：δ_c为通信网节点的容限系数，取值范围(0.5‑1)，CL_0i,K_c0i为初始状态通信节点i的业务量和连接度，W₀,E₀为初始状态通信网总的业务量和总连接度；步骤2.2：确定电网节点的容量模型电网节点i初始负载取电网正常工作时节点i近期负载的均值：PL_0i＝(L₁+L₂+…+L_n)/n其中：L_n是时间段n内节点的平均负载；状态n电网节点i负载构成电网节点负载向量：${\mathrm{PL}}_n=({\mathrm{PL}}_{n1},{\mathrm{PL}}_{n2},{\mathrm{PL}}_{n3},...,{\mathrm{PL}}_{{\mathrm{nm}}_p}),$其中：m_p表示电网的节点个数；电网节点i的容量为：PC_i＝(1+δ_p)PL_e其中：PL_e是电力节点的额定容量或额定负荷；δ_p为电网节点的容限系数，取值范围(0.3‑0.5)；步骤3：根据节点失效后其负载的分配方法建立负载重分配模型；具体包括以下步骤：步骤3.1：确定失效的节点的集合S、正常工作节点的集合Z和网络的负载向量集合L；步骤3.2：确定节点i失效后，在节点j上负载增量：$\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta L}}_{ij}=ϵ·L_i·L(D_{ij},\theta ,k_j,\phi )\\ =ϵ·L_i\frac{D_{ij}^{-\theta }{k}_j^{\phi }}{\underset{m\in \Omega }{\Sigma }{D}_{im}^{-\theta }{k}_m^{\phi }}\end{array}$其中:i是失效的节点的集合S中节点，j是正常工作节点的集合Z中节点，L_i为负载向量集合L中节点i的负载，L(D_ij,θ,k_j,φ)表示负载增量定义函数，D_ij为两节点之间的距离，k_j为j的节点度，θ,φ为负载重分配影响因子，分别控制重分配的范围与均匀性，ε为负载分配系数，Ω表示所有正常工作节点的集合；步骤3.3：计算节点j负载总增量：${\mathrm{\Delta L}}_j=\underset{i\in \Phi }{\Sigma }{\mathrm{\Delta L}}_{ij}$Φ表示所有失效节点的集合；步骤3.4：计算负载重分配后各节点的负载量：L_j＝L_j+ΔL_j，并与其容量C_j比较，C_j为通信网节点的最大容量；如果L_j>C_j，视为该节点失效，在每个状态后设置失效节点的负载为0，不再参与负载重分配；调节重分配范围参数θ的值，把分配规则分为三种情况:最近临分配θ＝inf，inf表示正无穷、中间状态0<θ<inf和全局分配θ＝0；步骤4：根据耦合网络节点失效特点建立级联失效模型；具体步骤为：步骤4.1：攻击通信网中的节点，引起通信网节点和边的失效，直到通信网达到稳定状态，更新网间连接矩阵E_cp，称这一过程为状态1；网内节点和边的失效具体为：状态n的节点失效包括：丢失网间连接(E_cp，E_pc)节点失效、丢失网内(E_c，E_p)连接节点失效和过载失效，其过程分别用P_O，P_I和P_L表示；其中P_I和P_L是一个交互过程，丢失网内连接节点失效，会引起负载重分配导致节点过载失效，过载失效又会丢失网内连接，导致网内连接节点失效，直到稳定状态，所以状态n结束后的最大功能组表示为GNZ_n＝X_n‑2P_OP_IP_L＝X_n‑2P_OP_IL，抽象表示了级联失效过程；其中，X_n‑2表示稳定状态n‑2的最大功能组，n‑2状态到n状态需要经历网内级联失效过程，P_IL为网内节点失效引起负载重分配的节点过载失效过程；当分析状态n节点和边的失效过程时，假设另一个网络保持n‑1的稳定状态不变；其中，丢失连接节点失效具体包括：1)丢失网间连接节点失效为：通信网节点丢失网间连接失效指节点失去电力支持，视为此通信节点在级联失效时间段内失效；电网节点丢失网间连接失效指节点失去通信支持，导致设备故障，视为此电网节点在级联失效时间段内失效；2)丢失网内连接节点失效为：通信网或电网节点失去与本网络其它节点的连接，成为孤立的节点，视为此节点在级联失效时间段内失效；其中，过载失效为：通信网中节点过载失效指节点收到的数据包远大于其处理能力导致大量数据包被丢弃，视为此通信节点在级联失效时间段内失效；电网节点的过载失效是指变压器超过其最大容量或发电机的负荷超过其最大负荷导致设备故障，视为此电力节点在级联失效时间段内失效；步骤4.2：上一状态中连接矩阵E_cp发生变化，引起电网网内节点和边的失效，直到电网达到稳定状态，状态数加1，判断网间连接E_pc是否改变，若有变化，更新E_pc，执行下一步；若不变则级联失效结束，跳到步骤4.4；步骤4.3：上一状态中连接矩阵E_pc发生变化，引起通信网网内节点和边的失效，直到通信网达到稳定状态，状态数加1，判断网间连接E_cp是否改变，若有变化，更新E_cp，返回步骤4.2；若不变则级联失效结束，执行下一步；步骤4.4：耦合网络级联失效结束，获得电网节点的最大功能组GNZP；步骤5：随机或蓄意攻击通信网中的节点，得到不同分配规则下级联失效结束后电网节点的最大功能组GNZP，选取最优负载重分配方法。