[发明专利]基于可达矩阵的电力信息物理系统鲁棒性分析方法

说明书

本发明公开一种基于可达矩阵的电力信息物理系统鲁棒性分析方法，包括如下步骤：输入电力网的邻接矩阵Ep、信息网的邻接矩阵Ec、电力网及信息网间的相依矩阵Epc；确定电力网中的攻击节点，攻击节点即为故障传播的起点，基于相依矩阵Epc删除故障传播后出现在邻接矩阵Ep、邻接矩阵Ec中故障节点，输出的邻接矩阵Ep*、邻接矩阵Ec*及相依矩阵Epc*；更新相依矩阵Epc，基于邻接矩阵Ep*、邻接矩阵Ec*及更新后的相依矩阵Epc*形成攻击后的増广邻接矩阵；基于増广邻接矩阵计算此次攻击后的系统鲁棒性指标。能够降低相互耦合网络的建模复杂度，将系统中网络连接的结构特性变化以及动力学规律清楚直观地表现出来，降低了攻击图的复杂度，方便安全人员的理解分析。

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于可达矩阵的电力信息物理系统鲁棒性分析方法。

背景技术

传统的以一次电网为主的电力系统已逐渐发展为电力网与信息网并存且紧密融合的系统，即电力信息物理系统(Power Cyber-physical System,PCPS)。PCPS引入了先进信息通信技术，在加深信息系统和电力系统融合的同时，也使得系统面临严峻的安全考验，其中系统鲁棒性是首要问题。这是因为信息系统在遭受黑客网络攻击发生故障时必然波及电力系统，而电力系统发生故障时又会导致相关信息设备失去电力供给而发生信息通信故障，信息通信故障反过来又会导致相关电力设备不可测或不受控，从而导致故障因为电力系统与信息系统之间的耦合关系而发生级联传播，使得系统鲁棒性急剧下降直至整个系统瘫痪。

历史上几起影响较大的停电事故都是由于这样的故障级联传播导致的。如2003年的北美大停电事故、2004年罗马大停电、2008年中国南方冰灾造成的电力故障以及2017年发生“8.15”中国台湾大停电事故。因此研究电力系统的故障级联船舶机理及其鲁棒性分析具有重要意义。

目前，学界普遍采用图论的方法研究电力信息物理系统的鲁棒性，首先基于图论建立系统中物理网络、信息网络各自的数学模型，然后挖掘两种网络之间的耦合关系，建立整个系统的相依网络模型，并基于渗流理论分析系统鲁棒性。但是这种基于图论的建模仿真分析方法不易呈现出复杂网络的结构特性及动力学规律。

发明内容

本发明提供一种基于可达矩阵的电力信息物理系统鲁棒性分析方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的，一种基于可达矩阵的电力信息物理系统鲁棒性分析方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、输入电力网的邻接矩阵Ep、信息网的邻接矩阵Ec、电力网及信息网间的相依矩阵Epc；

S2、确定电力网中的攻击节点，攻击节点即为故障传播的起点，基于电力网及信息网间的相依矩阵Epc删除故障传播后出现在邻接矩阵Ep、邻接矩阵Ec中故障节点，输出的邻接矩阵Ep*、邻接矩阵Ec*及相依矩阵Epc*；

S3、更新相依矩阵Epc，基于邻接矩阵Ep*、邻接矩阵Ec*及更新后的相依矩阵Epc*形成攻击后的増广邻接矩阵；

S4、基于増广邻接矩阵计算此次攻击后的系统鲁棒性指标P。

进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、在邻接矩阵Ep删除攻击节点所在行及列；

S22、确定邻接矩阵Ep中的最大连通矩阵Ⅰ，检测邻接矩阵Ep中是否存在不属于最大连通矩阵Ⅰ的行和列，若检测结果为是，则在邻接矩阵Ep中删除不属于最大连通矩阵Ⅰ的行和列，执行步骤S23，若检测结果为否，则直接执行步骤S23；

S23、基于相依矩阵Epc判断出邻接矩阵Ec中与邻接矩阵Ep删除行列相依的节点，在邻接矩阵Ec中删除上述相依节点所在行和列；