[发明专利]一种考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由优化方法

权利要求书

1.一种考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由优化方法，其特征在于，该方法首先计算信息流的信息物理系统CPS重要性指标；并构建CPS不确定集该集合包含物理侧的功率波动、物理侧可能的N-1断线故障及信息侧可能的N-2断线故障；定义CPS不确定集下的每个子站信息流的CPS重要性指标；建立考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由模型；然后线性化模型中的目标函数的非线性部分及非线性约束；利用鲁棒优化求解方法，求解线性化后的考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由模型，并将结果用于电力通信网的主、备路由方式制定。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)计算信息流的CPS重要性指标，该指标由信息变量对物理状态变量的影响和物理状态变量重要性构成；具体包括：

1.1)计算信息变量对物理状态变量的影响：

其中，x为物理状态变量；为下一个控制周期的物理状态变量；u为物理控制变量；为物理控制变量对下一个控制周期的物理状态变量的灵敏度；y为信息控制变量；λ为信息变量；

C是物理控制变量u与信息控制变量y的控制映射矩阵，为对角矩阵，满足如下关系：

y＝C·u (2)

当不考虑故障时，C为对角元素全为1的对角矩阵，当考虑控制单元故障时，将对应的对角元修改为0；

1.2)计算物理状态变量重要性SI(x)；

1.3)计算信息流的CPS重要性指标；

第k个子站信息流的CPS重要性指标通过如下公式计算：

其中，E_k为第k个子站信息流的CPS重要性指标，λ_k是λ中第k个元素，表示第k个信息变量；

2)构建CPS不确定集该集合包含物理侧的功率波动、物理侧可能的N-1断线故障及信息侧可能的N-2断线故障，表达式如下：

其中，表示通信侧可能的N-2断线故障矩阵，为中第(i,j)个元素，E为通信网拓扑所有边的集合，当发生N-2断线时，对应的链路其他均为0；表示物理侧的功率波动不确定集，满足D_p为功率波动下限，为功率波动上限；表示物理侧可能的N-1断线故障矩阵，将原始电力网络的拓扑关联矩阵A中开断支路所对应的元素修改为0；表示整数集合；表示实数集合；

3)定义CPS不确定集下的每个子站信息流的CPS重要性指标；

其中，CPS不确定集下的第k个子站信息流的CPS重要性指标表达式如下：

其中，为CPS不确定集下的物理状态变量；

基于电力系统的潮流方程f(x,u,D_p,D_c,p,A)＝0

及隐函数定理，当系统稳定时在CPS不确定性集下由如下公式计算：

其中，f(·)表示电力系统的潮流方程函数关系，D为扰动变量集合，p为电力网络元件参数，A为原始电力网络的拓扑关联矩阵；

4)建立考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体包括：

4.1)建立考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由模型的目标函数，如式(7)所示：

其中和分别为第k个子站信息流的主、备路由在链路(i,j)上的决策0-1变量，为1则表示选择该链路；K为子站信息流的总数；E_k为第k个子站信息流的CPS重要性指标；Λ为使得被乘的目标函数值小于鲁棒目标函数量纲的系数；e为使得主路由的优先级高于备用路由的系数；d_ij为链路(i,j)的长度；R_ij为链路(i,j)的故障概率的倒数；表示考虑CPS不确定集下，第k个子站信息流的中断指示变量，为0-1变量，发生中断为1，未中断为0；为CPS不确定集下的第k个子站信息流的CPS重要性指标；

4.2)约束条件；

4.2.1)通信网拓扑约束，如式(8)-(9)所示：

其中，下标s^k和d^k分别表示第k个信息流的起点和终点所在的节点编号；

4.2.2)主备路由分离约束，如式(10)所示：

4.2.3)带宽约束，如式(11)所示：

其中，c_ij为链路(i,j)的带宽；

4.2.4)中断信息流判别约束，如式(12)所示：

其中，和分别为CPS不确定集下第k个子站信息流的主、备路由中断判断变量，为1则中断，为0则不受影响；M为设定的常数；

5)线性化步骤4)建立的模型中的目标函数的非线性部分及非线性约束；具体步骤如下：

5.1)线性化目标函数中的非线性部分如式(13)所示：

其中，用来替代

5.2)线性化中断信息流判别约束，表达式如下：

其中，为主路由中间变量，用来替代为备路由中间变量，用来替代

6)利用鲁棒优化求解方法，求解经过步骤5)线性化后的考虑信息物理耦合的电力通信网鲁棒路由模型，得到主路由的决策变量矩阵M^k,k＝1,...,K和备用路由决策变量变量矩阵N^k,k＝1,...,K；基于矩阵M^k和N^k制定第k个子站信息流在电力通信网中的主、备路由方式，优化完毕。