[发明专利]基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障分析模型的建立方法

权利要求书

1.基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建电力CPS的信息网络拓扑；

S2、将电力CPS中的所有元件元胞化，并确定其元胞间的状态转换形式；

所述电力CPS元件元胞化后，其包括物理元胞和信息元胞；

S3、分别建立物理元胞自动机模型和信息元胞自动机模型；

S4、融合物理元胞自动机模型和信息元胞自动机模型，根据其耦合方式与耦合强度，确定电力CPS连锁故障模型。

2.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S1中采用IEEE30节点标准模型，搭建29×29的信息网络拓扑。

3.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S2中电力CPS包括物理层和信息层两大系统，将其包含的元件分别分为物理元胞和信息元胞；

所述物理元胞包括正常物理细胞和故障物理细胞，信息元胞包括正常信息细胞和故障信息细胞；

所述物理元胞和信息元胞的状态转换形式为：

故障信息细胞单向传输至故障物理细胞，故障信息细胞和正常信息细胞、正常信息细胞和正常物理细胞之间以及正常物理细胞和故障物理细胞之间均为双向传输。

4.根据权利要求3所述的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S3中建立所述物理元胞自动机模型时，电力CPS对应的电网的初始故障为永久性故障，其输电线路的最大传输容量为1.5倍额定有功功率；

所述物理元胞自动机模型为：

式中：为物理元胞极限容量；

为物理元胞额定容量；

为物理元胞t+1时刻的状态；

P_i,j为物理元胞有功功率参数矩阵

状态1表示正常状态；

状态0表示故障状态；

其中，物理元胞有功功率参数矩阵P＝(P_i,j)_n×n，n为对应电网的n个物理元胞，每个物理元胞对应一个具体的电力原件j；

当i＝j时，P_i,j表示节点i上注入的有功功率；

当i≠j时，P_i,j表示从节点i流向节点j的有功功率，P_i,j的正负表示有功流向。

5.根据权利要求4所述的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S3中；

所述信息元胞自动机模型中：

在t+1时刻，信息元胞j的所有邻接元胞都不向元胞j传递故障的概率ω_j(t+1)为：

式中：N_j表示信息元胞j的邻接元胞；S_i(t)为元胞i在时刻t的状态；

信息元胞j在t+1时刻被传递故障的概率p_j(t+1)为：

p_j(t+1)＝1-ω_j(t+1)

信息元胞j在t+1时刻被成功感染的概率q_j(t+1)为：

q_j(t+1)＝p_j(t+1)×λ_j

在考虑信息元件的自愈性以及事件随机性的条件下，信息元胞i的状态判断函数g为：

式中：β_i为自愈系数；

r为随机系数，且r∈[0,1]；

信息元胞在t+1时刻的状态S_i(t+1)为：

式中：g为状态判断函数；表示取相反状态。

6.根据权利要求5所述的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，其特征在于，所述步骤S4中：

所述耦合方式为物理元胞和信息元胞一对一关系耦合；

所述耦合强度包括极高、高、中、低和无耦合，耦合强度越大，电力CPS信息层向物理层跨空间故障传播概率γ越大，5种所述耦合强度对应的故障传播概率取值分别为：0.9，0.7，0.5，0.3，0；

所述电力CPS连锁故障模型中：

判断函数f_i为：

物理元胞在t+1时刻的状态为：

式中：为物理元胞极限容量；

为物理元胞额定容量；

为t时刻对应于物理元胞的信息元胞状态。