[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

说明书

本发明公开了基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型用于对电力系统的连锁故障分析，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；该电力CPS元件元胞化后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。最终得到电力CPS双层系统交互影响下的电力系统故障结果，并以可视化的故障分布、扩散情况输出。

技术领域

本发明属于电力CPS故障分析技术领域，具体涉及一种基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法。

背景技术

作为能源互联网的核心系统，现代电力系统在很大程度上发展成了一类由信息网(通信系统信息和监测/控制系统)和电力网(电力一次系统)深度融合而成的电力CPS(Cyber Physical System)。信息网与电力网的深度融合，使得电力系统具备灵活性、自治性和高效性等优点，更好的为能源互联网服务，但是也使得电力CPS面临基础理论和系统模型不完善、脆弱性、安全性和标准化等挑战。

一方面，信息网和电力网的深度融合增加了电力系统网架结构的脆弱性，当信息网或者电力网网架结构出现故障时，信息网和电力网的耦合关系导致两者之间的故障可以互相转化，更容易发生连锁故障；另一方面，信息网和电力网的深度融合使得电力系统面临网络攻击的风险。

传统的电力系统连锁故障分析主要以电力网为研究对象，分析方法主要采用模式搜索法，该方法通过蒙特卡洛搜索法、解析法和重点抽样法等方法对电力连锁故障进行仿真模拟，然后搜索出导致连锁故障的故障模式，但是由于故障模式比较多，故障参数形式各异，并且需要模拟保护动作性能和紧急控制措施，因此，故障模式的搜索和后果分析十分困难。

近年来，随着复杂科学理论的快速发展，提出了一系列基于复杂科学理论的连锁故障模型，目前主要从网络拓扑结构和电力动态特性两个角度展开研究，其中基于网络拓扑结构的研究方法着重与网络拓扑参数和拓扑结构等因素与连锁故障的内在关联，从电力网的网络结构上寻找连锁故障的发生根源。其中一种采用元胞自动机理论对电力CPS的安全风险传播机制的研究中，其最大不足在于其模拟仿真所选的模型为三机九节点网络，其所对应的信息网络节点很少，信息链路拓扑过于简单，很大程度上无法准确有效地模拟电力CPS信息层的故障反应和双层系统的交互连锁故障机制。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法解决了采用三机九节点网络模型进行电力CPS安全风险研究过程中无法准确有效地模拟电力CPS信息层的故障反应和双层系统的交互连锁故障机制的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

基于元胞自动机的电力CPS的连锁故障模型的建立方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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；