[发明专利]一种基于关联矩阵的电力信息物理耦合建模方法

说明书

本发明公开了一种基于关联矩阵的电力信息物理耦合建模方法，属于电力信息物理系统分析技术领域。本发明首先把电力信息物理系统抽象形成三层框架，包括物理实体层、信息物理耦合层、信息系统层，然后针对各层中的物理实体、二次设备、通信网络进行建模，并在此基础上，通过关联矩阵将物理实体层、信息物理耦合层、信息系统层联通起来，形成完整的电力信息物理系统单元模型。本发明可以准确描述通信性能，对电力系统安全稳定分析有重大意义。

技术领域

本发明属于电力信息物理系统分析技术领域，具体地说本发明涉及一种基于关联矩阵的电力信息物理耦合建模方法。

背景技术

信息物理系统(CPS，Cyber-Physical Systems)，又称信息物理融合系统、信息物理耦合系统，是指通过3C技术将计算系统、通信网络和物理环境融为一体，形成实时感知、动态控制与信息服务融合的多维异构复杂系统。近年来，随着智能电网建设的不断发展，电网传感器数量、信息网络规模和决策单元数量都迅速增加，电力系统的自动化程度大大提高。此外，能源互联网的推广使得越来越多的外部信息通过各种业务途径直接或间接影响着电力系统控制决策，电力网络与信息网络的交互机理日益复杂。现代电力系统已不再是传统意义上的电力设备网络，而是发展成为具备各种CPS典型特征的电力CPS。

如何面向电力系统控制应用进行信息物理耦合建模与评估，成为电力系统新形势下亟需研究的课题。电力流交互是对物理网络连续过程的描述，信息流交互则是以离散化数据结构为基础的计算机科学，这种异构性给电力CPS系统的分析和运用带来了巨大的挑战。传统电力系统分析与控制方法基本是将两者割裂开的，迫切需要一种精确的模型来描述信息系统与物理世界的交互行为，准确反映通信性能对电力CPS中安全稳定的影响。

目前，绝大多数关于电力信息物理耦合系统(电力CPS)建模方面的研究都侧重于对信息的映射关系的反映，而事实上对通信性能的准确描述才是研究通信网络对电力信息物理融合系统影响所真正关心的，但却缺少相关研究和成熟的技术方案。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的不足，提出一种基于关联矩阵的电力信息物理耦合建模方法，以求准确反映通信性能对电力CPS中安全稳定的影响。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的：把电力信息物理系统抽象成物理实体层、信息物理耦合层、信息系统层，针对各层中的物理实体、二次设备、通信网络进行建模，并在此基础上，通过关联矩阵将物理实体层、信息物理耦合层、信息系统层联通起来，形成完整的电力信息物理系统单元模型。

上述技术方案的进一步特征在于，对二次设备采用以下方法建模：

基于二次设备功能对其进行建模，对包含n个二次设备节点且任意两个二次设备功能之间没有相关性的二次设备网络，构造功能矩阵W进行表示，其结构定义如下：

其中，W_ii表示第i个二次设备节点的功能特性，其取值范围采用多元组(F(input),t(F))表征，其中F(input)对应相应二次设备的信息处理算法，input表示相应二次设备的输入数据，t(F)表示信息处理算法本身的处理延时。

上述技术方案的进一步特征在于，对通信网络采用以下方法建模：

将通信网络中的通信设备抽象为通信节点，将通信线路抽象为通信支路，采用矩阵来描述通信网络的拓扑连接关系，对包含k个通信节点的通信网络，采用邻接矩阵C来描述通信网络，邻接矩阵C的结构定义如下：

其中，邻接矩阵C中的各元素表示相应两个通信节点间通信性能的评估指标，如果两个通信节点之间没有交互关系，则相应位置的元素为0。