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专利号: 2022102682387
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述建立方法具体包括以下步骤:构建一次侧电网拓扑,并以所述一次侧电网拓扑为基础,生成电力通信融合网络电力层模型;

以复杂网络理论的负荷‑容量模型为基础,同时考虑电力通信融合网络中每个节点的容量限值差异,构建考虑电力层潮流分布特性的电力通信融合网络电力层负荷‑容量模型,并基于电力层能量流传播满足能量守恒原则,计算节点流介数指标,通过计算电力层节点容限系数,得到电力通信融合网络电力层节点容量限值;

基于复杂网络理论的负荷重分配机制,建立电力通信融合网络电力层负载重分配模型,即:计算结构脆弱流分配系数,考虑电力层脆弱流的再分配,得到电力层结构脆弱流增量,电力层节点上的结构脆弱流增量以及故障结束后电力通信融合网络电力层节点结构负荷;

以所述一次侧电网使用的通信网络拓扑为基础,生成电力通信融合网络通信层模型;

以复杂网络理论的负荷‑容量模型为基础,同时考虑网络中每个节点的容量限值差异,构建电力通信融合网络通信层负荷‑容量模型,即:计算电力通信融合网络通信层节点初始结构负荷,并通过计算通信层节点容限系数,得到电力通信融合网络通信层节点容量限值;

基于复杂网络理论的负荷重分配机制,考虑通信层信息流再分配,建立电力通信融合网络通信层负载重分配模型,即:计算通信层节点的结构负荷,判断该节点所处状态,包括正常态、阻塞态以及失效态,并计算该节点的结构阻塞流;

根据电力层接入层节点的最大度值、最低失效概率、最小度值、最高失效概率,计算电力层接入层节点的网间失效概率,根据通信层接入层节点的最大度值、最低失效概率、最小度值、最高失效概率,计算通信层接入层节点的网间失效概率,构建电力通信融合网络电力层和电力通信融合网络通信层之间融合节点的失效机制,所述融合节点包括电力通信融合网络电力层接入层节点、电力通信融合网络通信层接入层节点以及电力通信融合网络融合节点对,并根据电力层接入层节点的网间失效概率及通信层接入层节点的网间失效概率,计算融合节点对的网间失效概率;

基于所述电力通信融合网络电力层负荷‑容量模型、电力通信融合网络电力层负载重分配模型、电力通信融合网络通信层负荷‑容量模型、电力通信融合网络通信层负载重分配模型以及电力通信融合网络电力层和电力通信融合网络通信层之间融合节点的失效机制,构建电力通信融合网络级联失效模型,所述电力通信融合网络级联失效模型分别构建了满足电力层能量流传输特征的电力层负荷‑容量模型以及满足通信层信息流传输特征的通信层负荷‑容量模型,并在此基础上分别定义了包括电力层结构脆弱流的级联失效机制以及包括通信层结构阻塞流的级联失效机制,考虑电力通信融合网络电力层和电力通信融合网络通信层的拓扑互相似性,并依据电力层接入层节点和通信层接入层节点在各自网络中的关键性程度计算融合节点对的网间失效概率,模拟连锁故障在电力通信融合网络间的交互传播。

2.根据权利要求1所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述电p c pc cp力通信融合网络模型采用拓扑图G=(G ,G ,B ,B )来描述;

p p p p

其中,G=(V ,B),G表示将获取的电力通信融合网络电力层中的设备信息抽象简化为p p融合网络电力层拓扑图,V表示电力通信融合网络电力层拓扑节点集合,B表示电力通信融合网络电力层拓扑支路集合;

c c c c

G=(V ,B),G表示将获取的电力通信融合网络通信层中的设备信息抽象简化为融合c c网络通信层拓扑图,V表示电力通信融合网络通信层拓扑节点集合,B表示电力通信融合网络通信层拓扑支路集合;

pc

B 表示电力通信融合网络电力层拓扑节点到电力通信融合网络通信层拓扑节点的单cp向边,B 表示电力通信融合网络通信层拓扑节点到电力通信融合网络电力层拓扑节点的单向边。

3.根据权利要求2所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,将电力通信融合网络电力层节点用 描述, 所述节点流介数指标作为所述电力通信融合网络电力层负荷‑容量模型的初始结构负荷,所述节点流介数指标的数学表达式为:a

式(1)中,D表示电力通信融合网络电力层网络直径,Vi 为电力通信融合网络电力层节p点 的邻接节点下标集合,λj为节点 的邻接节点分配系数, ki为节点 的度,p p为第t次迭代传播时,电力通信融合网络电力层节点vj的节点流介数, 为节点vj的邻接节点下标集合,所述电力通信融合网络电力层节点 的初始结构负荷 表示为

根据所述节点流介数指标计算电力通信融合网络电力层节点容量限值,所述电力通信融合网络电力层节点容量限值的计算过程包括:根据单边三角模糊隶属度函数,计算电力通信融合网络电力层节点 容限系数 所述容限系数 的计算公式为:p p

式(2)中m为电力通信融合网络电力层节点最高的容限系数,n 为电力通信融合网络电力层节点最低的容限系数, 为电力通信融合网络电力层中电源节点、传输节点和广义负荷节点初始结构负荷集合;

计算电力通信融合网络电力层节点 容量限值 所述容量限值 的计算公式为:

4.根据权利要求3所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述电力通信融合网络电力层负载重分配实质上是电力层结构脆弱流的重分配,当节点 由于结构脆弱流的重分配使得节点 结构负荷超过其容量限值 即 时,节点 失效,此时将节点 从电力通信融合网络电力层中移除,节点 上的负荷将分配给电力通信融合网络电力层节点 计算节点 上的电力层结构脆弱流增量 所述电力层结构脆弱流增量的计算公式为:式(4)中εij为电力通信融合网络电力层节点 在电力通信融合网络电力层节点 上的结构脆弱流分配系数,lj为电力通信融合网络电力层节点 的度,dij为电力通信融合网络电力层节点 与节点 的距离,μ和ν为结构脆弱流控制参数,所述结构脆弱流分配系数εij的计算公式为:remain

式(5)中,V 表示电力通信融合网络电力层中所有正常运行节点的集合;

当电力通信融合网络电力层发生连锁故障时,电力通信融合网络电力层节点 上的结构脆弱流增量 为lose

式(6)中,V 表示电力通信融合网络电力层中所有失效节点集合;

连锁故障结束后电力通信融合网络电力层节点 结构负荷 为:按电力通信融合网络电力层负载重分配模型,即式(4)‑式(7)进行新一轮的结构脆弱流再分配。

5.根据权利要求4所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述电力通信融合网络通信层的路由规则是基于最短路径的,所述电力通信融合网络通信层节点的负荷处理能力正比于电力通信融合网络通信层的节点介数;

将电力通信融合网络电力层节点用 描述, 所述电力通

信融合网络通信层初始结构负荷的计算过程包括:

设一个数据包通过电力通信融合网络通信层节点 的概率为 则到达电力通信融合网络通信层节点 的平均数据包数量Ψi为式(8)中,Bi表示电力通信融合网络通信层节点 的节点介数,rj为除电力通信融合网络通信层节点 外电力通信融合网络通信层节点 的数据包产生率,L为电力通信融合网络通信层网络特征路径长度,Nc表示电力通信融合网络通信层总节点个数,到达节点 的平均数据包数量Ψi可进一步表示为:c

式(9)中,kj为除电力通信融合网络通信层节点 外电力通信融合网络通信层节点 的度, 则Ψi可表示为:电力通信融合网络通信层节点 初始结构负荷 可表示为

所述电力通信融合网络通信层节点容量限值的计算过程包括:

根据负荷‑容量模型的线性关系,计算电力通信融合网络通信层节点 的容限系数所述容限系数 的计算公式为:c c

式(11)中m 为电力通信融合网络通信层节点最高的容限系数,n 为电力通信融合网络通信层节点最低的容限系数, 为电力通信融合网络通信层所有节点初始结构负荷集合;

计算电力通信融合网络通信层节点 的容量限值 所述容量限值 的计算公式为:

6.根据权利要求5所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述结构阻塞流用于表征电力通信融合网络通信层信息流在路由过程中通过通信层节点的“困难c程度”,t时刻电力通信融合网络通信层节点vi的结构阻塞流ωi(t)为:式(13)中, 为t=0时刻通信层节点 的初始结构负荷;

当 时,节点 处于正常态,节点 无故障不存在阻塞,此时节点 的结构阻塞流为1;

当 时,节点 处于阻塞态,此时处于阻塞态的节点 的结构阻塞流为当 时,此时处于失效态的节点 的结构阻塞流为N‑1;

若在电力通信融合网络通信层中有节点 处于失效态,将节点 从电力通信融合网络通信层中移除,生成更新的电力通信融合网络通信层模型;

当t=t+1时,在更新后的电力通信融合网络通信层中,计算电力通信融合网络通信层节点 的结构负荷根据t=t+1时电力通信融合网络通信层节点 的结构阻塞流ωi(t+1)计算公式,计算节点 的结构阻塞流ωj(t+1);

若在电力通信融合网络通信层中有新的节点处于失效态,则重复结构阻塞流计算过程,直至电力通信融合网络通信层中没有新的节点处于失效态,级联失效结束。

7.根据权利要求6所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法,其特征在于,所述融合节点包括电力通信融合网络电力层接入层节点、电力通信融合网络通信层接入层节点以及电力通信融合网络融合节点对,所述电力通信融合网络电力层接入层节点的最大度值为对应于最低失效概率 所述电力通信融合网络通信层接入层节点的最大度值为对应于最低失效概率 所述电力通信融合网络电力层接入层节点的最小度值为1,对应于最高失效概率 所述电力通信融合网络通信层接入层节点的最小度值也为1,对应于最高失效概率所述电力通信融合网络电力层和电力通信融合网络通信层之间融合节点的失效机制的构建过程包括:根据单边三角模糊隶属度函数,得到电力通信融合网络融合节点对的网间失效概率,p‑c计算电力通信融合网络电力层接入层节点vi 的网间失效概率 所述电力层接入层节点p‑cvi 的网间失效概率 的计算公式为:

c‑p

计算电力通信融合网络通信层接入层节点vi 的网间失效概率 所述电力层接入层c‑p节点vi 的网间失效概率 的计算公式为:

p‑c c‑p

式(14)(15)中 表示电力层接入层节点vi 的度,表示通信层接入层节点vi 的度;

所述电力通信融合网络融合节点对的网间失效概率βi的计算公式为:p‑c c‑p

式(16)中f表示电力层接入层节点vi 的网间失效概率 和通信层接入层节点vi 的网间失效概率 的运算函数。

8.一种基于权利要求7所述电力通信融合网络级联失效模型建立方法的节点脆弱性评估方法,其特征在于,该评估方法包括构建考虑电力通信融合网络级联失效的节点脆弱性评估指标,该评估方法具体步骤包括:S1:计算电力通信融合网络节点在遭受攻击后的节点存活比例:p c

将电力通信融合网络中任意节点表示为vi∈V,V={V|vi∈V,V ∪V},电力通信融合网络正常运行时含有电力层节点数Np、通信层节点数Nc,基于建立的电力通信融合网络级联失效模型,通过电力通信融合网络级联失效仿真,得出在电力通信融合网络中任意一个节点vi遭受攻击和由其引发的可能的连锁故障结束后,电力层存活节点数 以及通信层存活节点数 计算节点存活比例Si,所述节点vi在遭受攻击后电力通信融合网络节点存活比例Si的计算公式为:S2:计算电力通信融合网络节点在遭受攻击后的电力层网络特征距离以及通信层网络特征距离:计算电力通信融合网络中节点vi在遭受攻击后的电力通信融合网络电力层网络特征距p p离Fi,所述电力层网络特征距离Fi的计算公式为:

计算电力通信融合网络中节点vi在遭受攻击后的电力通信融合网络通信层网络特征距c c离Fi,所述通信层网络特征距离Fi的计算公式为:

式(18)、(19)中, 为电力通信融合网络电力层初始网络平均距离, 为电力通信融合网络中节点vi在遭受攻击后电力层网络平均距离, 为电力通信融合网络通信层初始网络加权平均距离, 为电力通信融合网络中节点vi在遭受攻击后通信层的网络加权平均距离;

S3:计算电力通信融合网络中节点在遭受攻击后的综合特征距离脆弱性指标:p c

基于得到的电力层网络特征距离Fi以及通信层网络特征距离Fi ,计算电力通信融合网络中节点vi在遭受攻击后的电力通信融合网络综合特征距离脆弱性指标 所述综合特征距离脆弱性指标 的计算公式为:p c

式(20)中g表示Fi和Fi的运算函数;

S4:计算节点脆弱性评估指标:

融合节点在遭受攻击后电力通信融合网络的节点存活比例以及电力通信融合网络综合特征距离脆弱性指标,计算节点综合脆弱性指标,所述节点vi综合脆弱性指标Ii的计算公式为:S5:获取综合脆弱性指标集合:

通过对电力通信融合网络电力层和电力通信融合网络通信层的每一个节点vi进行攻击,计算以该节点作为初始故障的节点综合脆弱性指标Ii,得到节点综合脆弱性指标集合S6:获取重点保护节点集合:对集合 中所有元素进行降序排序,选取集合

中排名靠前N的节点添加到重点保护节点集合P中,得到重点保护节点集合。

9.根据权利要求8所述基于电力通信融合网络的级联失效模型建立方法的节点脆弱性评估方法获得的重点保护节点集合,其特征在于,所述重点保护节点集合