1.一种考虑通信脆弱度的互联电网连锁故障风险评估与告警方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:构造通信链路和通信节点的脆弱度,即:步骤1.1:采用通信链路的发送延时、传播延时、队列延时、链路利用率4个通信指标,构造通信链路ij的脆弱度指标,称为链路脆弱度指标Eij,在不同时间断面下动态对通信链路进行脆弱度评估;
步骤1.2:构造通信节点i的性能脆弱度、拓扑脆弱度、业务关键度3个指标,构造通信节点i的脆弱度指标,称为节点脆弱度指标Ei;在不同时间断面下动态对每个通信节点进行脆弱度评估;
步骤2:构造考虑通信脆弱性的互联电网连锁故障停运概率模型,即:步骤2.1:构造连锁故障路径的发生概率PL‑ev, 式中,c表示故障级数,Fk(c)表示第c级电力支路k的支路停运概率;N表示该路径经历的总级数;
步骤2.2:对通信网络脆弱性进行多角度的监视和告警及考虑通信延时下互联电网支路停运概率的重新计算;
1)对各业务通信脆弱度的监视与告警首先检查所有业务的端到端通信延时,如果业务k的端到端通信延时超过通信延时需求上限、或者超过该通信延时需求的80%但是小于通信延时需求,就由业务路由矩阵Rmn的第k行中元素值为1的各元素,得到业务k路由经过的各通信节点编号,形成业务k的通信节点集合Ck,再计算得到该集合中各通信节点的脆弱度,构造该集合中通信节点i的脆弱度激增率Ai,为该通信节点当前时刻脆弱度Ei(t)和上一时刻脆弱度Ei(t‑1)的差值与上一时刻脆弱度Ei(t‑1)的比值乘以100所得值,即Ai=(Ei(t)‑Ei(t‑1))/Ei(t‑1)×100;
针对业务k,收集源头节点和与其直接连接通信节点之间的通信链路、所经通信节点之间的通信链路、目标通信节点和与其直接连接通信节点之间的通信链路、Ck中各通信节点的脆弱度,从大到小进行排列,找到脆弱度最大的通信链路、通信节点,用于说明是由于它们的脆弱度变大造成该业务的延时变大;
当某通信节点的脆弱度激增率超过激增率阈值,则确定该通信节点的状态为告警状态,向工作人员发出“通信节点脆弱度激增”告警;
2)如果发现在同一个时刻下多个通信节点的脆弱度激增率都超过激增率阈值,则判断此时通信网络多点同时遭受分布式拒绝式攻击,发出“遭受分布式拒绝式攻击”告警;然后提取与这些通信节点相连的各通信链路的脆弱度,对它们从大到小进行排序,找到脆弱度激增率排在前列的通信链路,用于说明是由于它们的脆弱度激增造成对应通信节点的脆弱度激增;
3)对于端到端延时超过服务质量需求的业务,将其源头的通信节点,定义为不可观测通信节点,对应源头电力节点的潮流数据变为不可观测,就沿用前一时刻的节点潮流数据,重新进行潮流计算,得到考虑业务通信延时下各支路的停运概率;并向工作人员发出“通信延时超时”告警;
同样,针对通信延时超时的业务,收集源头节点和与其直接连接通信节点之间的通信链路、所经通信节点之间的通信链路、目标通信节点和与其直接连接通信节点之间的通信链路、Ck中各通信节点的脆弱度,从大到小进行排列,找到脆弱度激增率排在前列的通信链路和通信节点,用于说明是由于它们的脆弱度变大造成该业务的延时变大;
步骤3:对互联电网连锁故障路径的综合风险进行评估与告警,即:步骤3.1:定义连锁故障路径L的综合风险度为RiskL‑ev,RiskL‑ev=PL‑ev*CL‑ev,PL‑ev为连锁故障路径L的发生概率指标,CL‑ev为连锁故障路径L的综合后果指标;
步骤3.2:考虑通信网络的脆弱性,对互联电网连锁故障路径进行综合风险评估当电力元件发生故障跳闸后,利用考虑通信网络脆弱性的支路停运概率,对该支路的相邻支路和次相邻支路、互联电网关键断面支路的停运概率分别计算,从大到小进行排序,将排在前列的支路停运概率大的支路,分别作为下一级故障支路断开,直至互联电网崩溃或解列,形成多条互联电网连锁故障路径;采用综合风险度对不同时间断面下各连锁故障路径的综合风险值进行排序,统计获得排在前列的最能发生的互联电网连锁故障路径;
步骤3.3:考虑通信网络不可观测率给出综合风险评估的告警在互联电网连锁故障路径评估过程中,如果发现通信网络的不可观测率超过阈值,就判断通信网络此时遭受了严重的攻击或损坏,发出“综合风险评估可疑”严重告警。
2.如权利要求1所述的一种考虑通信脆弱度的互联电网连锁故障风险评估与告警方法,其特征在于,所述步骤1.1具体为:
1)对一个通信网络进行通信性能参数的收集,得到不同时间断面下通信链路ij的发送延时Bij、传播延时Lij、队列延时Qij、链路利用率Uij4个通信链路性能指标;
2)针对这4个通信链路性能指标,分别构造相应的统一的经验最值,再将各通信指标x按照式(1),进行线性归一化处理,获得归一化后指标:式中,x为归一化目标变量, 分别为变量x变化范围内统一的经验最大值和经验最小值;
对不同时间断面下各通信链路进行动态的归一化处理,获得一个通信链路在同一标准下不同时刻的4个通信性能指标;
3)将归一化后的4个通信链路的性能指标进行去零化处理,即将归一化后指标值f(x)当作自变量x通过式(2),映射为归一化且去零化的指标值g(x):g(x)=x·(1‑Δ)+Δ (2)去零化的指标值g(x)在区间[Δ,1]上,其中,Δ为适当选取的较小值;
4)将处理后指标进行等权重相加,得到通信链路ij的链路脆弱度指标Eij;
5)在不同时间断面下对各通信链路进行脆弱度评估,获得各时刻下各通信链路的脆弱度。
3.如权利要求2所述的一种考虑通信脆弱度的互联电网连锁故障风险评估与告警方法,其特征在于,所述步骤1.2具体为:
1)构造每个通信节点i的性能脆弱度Ki、拓扑脆弱度Ti、业务关键度θi3个指标;
a)基于节点度数的通信节点的性能脆弱度Ki将通信节点i所连接的各通信链路的脆弱度之和作为通信节点i的局部性能脆弱度Ki;
式中,J为所有与节点i相连的通信节点集;
b)基于业务路由矩阵的通信节点的拓扑脆弱度Ti构造通信节点i的拓扑脆弱性Ti;
式中,P为业务源节点集,Q为业务目标节点集,如果业务节点对p、q之间所传输的业务经过节点i,则ti=1,否则为ti=0;
为了直观得到各电力业务的路由情况和通信节点的介数,给出由m个业务n个通信节点组成m行n列的业务路由矩阵Rmn:式中,如果第j组业务节点对所传输业务经过通信节点i,则rji=1;否则rji=0;业务路由矩阵Rmn的下标的行号代表某业务编号,下标的列号代表某个通信节点编号;将业务路由矩阵第i列元素相加得到的介数,作为通信节点i的拓扑脆弱度Ti;
c)基于重要度的通信节点的业务关键度θii
根据电力业务的服务质量需求,得到各电力业务的相对重要度a (z);将业务的端到端延时与重要度相乘得到通信节点i的关键度;
式中,P为业务源节点集,Q为业务目标节点集,Z为所有类型的业务集合; 表示由i
业务节点对p、q之间所传输且经过通信节点i的第z类业务的端到端延时;a (z)表示经过通信节点i的第z类业务的相对重要度;
2)针对通信节点的3个指标,分别定义对应的统一的经验最值;
3)对3个通信节点指标,按照式(1)进行归一化处理,获得归一化后指标;
4)对3个归一化后通信节点指标,按照式(2)进行去零化处理,得到通信节点的归一化且去零化的指标值;
5)将3个处理后的通信节点指标进行等权重相加,作为通信节点i的节点脆弱度指标Ei;
6)在不同时间断面下对各通信节点进行脆弱度评估,获得各时刻下各通信节点的脆弱度。
4.如权利要求3所述的一种考虑通信脆弱度的互联电网连锁故障风险评估与告警方法,其特征在于,所述步骤2.1具体为:
1)互联电网支路停运概率模型
考虑互联电网连锁故障发展过程中潮流的大规模转移,构造第c级故障跳闸时故障支路l断开后剩余支路k的潮流冲击因子δlk(c),得到剩余支路k的故障度Rlk(c);
一个支路的初始负载率越大,则受到潮流冲击后该支路越容易发生故障,定义ηk(c‑1)为支路k在系统发生第c级故障潮流转移之前的负载率:式中,Pk(c‑1)为第c级故障支路l断开前支路k的实际潮流,Pkmax为支路k的有功潮流裕度;
构造第c级故障跳闸后故障支路l对正常支路k的潮流冲击因子δlk(c):式中, 是正常支路k的潮流转移量;
2)从互联电网支路的有功潮流和无功潮流入手,将发生故障后剩余支路k的有功负载率的相对值和电压波动量的相对值相加,构造支路k的健康度Hk(c);
3)将归一化处理后的电力支路故障度Rlk(c)和电力支路健康度Hk(c)取平均值,构造正常电力支路k受到第c级故障影响发生第c+1级故障的支路停运概率Fk(c);
假设有N级故障支路断开,形成某连锁故障路径,构造某连锁故障路径的发生概率PL‑ev:式中,c表示故障级数,Fk(c)表示该连锁故障路径第c级电力支路k的支路停运概率。
5.如权利要求4所述的一种考虑通信脆弱度的互联电网连锁故障风险评估与告警方法,其特征在于,所述步骤3.1具体为:
1)互联电网连锁故障路径停运概率指标将连锁故障发展过程中一条故障路径的各级故障支路的停运概率的乘积,定义为该互联电网连锁故障路径的停运概率;
2)互联电网连锁故障路径综合后果指标考虑通信网络脆弱性的连锁故障路径综合后果指标,包括电力运行后果指标和通信运行后果指标;电力运行后果指标包括系统累积失负荷量LL‑load(c)、累积电压波动度VL(c);
构造系统累积失负荷量LL‑load(c)表示互联电网连锁故障发展到第c级时造成失负荷的后果规模;
式中,d为连锁故障级数;Ps为系统初始总负荷;Plost(d)为第d级故障后系统失负荷量;
构造互联电网连锁故障发展到第c级时累积电压波动度VL(c);
式中,e为连锁故障级数;M为电力节点总数;Δuf(e)为第e级故障发生后电力节点f的电压波动量;Ufmax、Ufmin分别为节点j的电压上限、下限值;
通信运行后果指标包括平均通信链路利用率 通信不可观测率构造平均通信链路利用率 它表示互联电网连锁故障发展到第c级时通信网络的平均拥塞严重程度;
式中,Nl为通信链路总数,Uj(c)为发生第c级连锁故障后第j条通信链路的利用率;
将通信脆弱度排在前几名且所经过业务端到端延时超过其服务质量需求的通信节点,视为不可观测通信节点;将不可观测通信节点数与总通信节点数的比值定义为互联电网连锁故障发展到第c级时通信不可观测率式中,Nu为总通信节点数,δ(c)为发生第c级连锁故障后通信系统不可观测节点数;
综合考虑互联电网连锁故障发展过程中累积失负荷量、累积电压波动度、平均通信链路利用率、通信不可观测率4个分项后果指标,得到连锁故障路径L的综合后果指标CL‑ev:式中, 分别为4个分项指标的权重;
3)互联电网连锁故障路径的综合风险度指标将连锁故障路径L的发生概率指标PL‑ev和综合后果指标CL‑ev相乘,定义为连锁故障路径L的综合风险度RiskL‑ev:RiskL‑ev=PL‑ev*CL‑ev (17)。