[发明专利]一种基于复杂网络的电力系统与交通网络脆弱性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于复杂网络的电力系统与交通网络脆弱性评估方法，该方法包括：对交通网络道路旅行时间的计算；对交通网络的道路流量进行TAP优化，建立UE模型；对电力系统与交通网络分别进行脆弱性指标计算；系统组件失效后，电力系统与交通网络的脆弱性评估。该方法以复杂网络为基础，建立了交通网络的UE模型，对电力系统与交通网络的脆弱性指标在受攻击前后进行计算，实现系统关键组件的识别，保证识别的准确性，为指定关键组件的保护策略提供依据。

技术领域

本发明涉及网络脆弱性评估方法，具体涉及一种基于复杂网络的电力系统与交通网络脆弱性评估方法。

背景技术

随着行业的发展，电力与交通网络的规模不断扩大，拓扑结构日益复杂。由于电动汽车的发展，电力与交通系统不断呈现出相互耦合的趋势。与任何其他网络一样，电力-交通系统中存在某些节点和链路，由于其位置、功能或承载的负载，这些节点和链路非常关键，并且可能使系统非常容易受到攻击。

为保证电力-交通系统的稳定运行，需要识别这些关键的节点，预先保护关键部件，提高系统应对极端事件中的弹性。因此，对网络进行脆弱性评估具有重要的意义。目前已有的方法主要通过结合使用网络拓扑和中心性度量以及系统的真实和物理特性，并基于最短路径的介数和效率等基本概念进行脆弱性评估。然而，这些方法中做出的功率、交通流沿最短路径流动、在所有节点组合之间流动的假设与现实有一定差异，可能导致脆弱性的识别存在较大误差，从而失去参考意义。因此，需要考虑网络特性的新技术、建立新的中心度来识别系统中的关键部位。

考虑到功率、交通流在系统中的流动是沿着从一个节点到另一个节点的所有可用线路，近年来提出的使用基于最大流的中心性进行系统脆弱性分析的思想可发挥作用。该理论基于网络流定义了一个介数测度，并对通过网络的可行流进行了重要研究，使其值最大，较好地模拟了电力-交通网络的现实情况，对脆弱性识别具有重要的实用价值。

发明内容

本发明目的：在于提供一种基于复杂网络的电力系统与交通网络脆弱性评估方法，该方法以UE模型为基础，对电力系统和交通网络的脆弱性指标进行计算，并模拟受到攻击后，某些组件失效后，电力系统和交通网络的脆弱性指标变化，实现对关键组件的识别，采取有效措施，提高电力系统和交通网络的稳定性。

为实现以上功能，本发明设计一种基于复杂网络的电力系统与交通网络脆弱性评估方法，针对目标区域的交通网络、电力系统，执行以下步骤S1-步骤S6，完成交通网络、电力系统的脆弱性评估：

步骤S1：获取目标区域交通网络中各条道路的基本参数，包括各条道路的容量、道路初始旅行时间、以O-D对形式表示的道路起点-终点集合、各O-D对间的道路总流量，即出行需求；

步骤S2：根据各条道路的基本参数，基于BPR函数，分别计算各条道路上的旅行时间；

步骤S3：基于各条道路上的旅行时间，构建以旅行时间成本最小为目标的目标函数，基于Wardrop UE原则对目标区域交通网络中各条道路的流量进行TAP优化，获得交通网络的UE模型；

步骤S4：基于交通网络的UE模型，以及各条道路的基本参数，计算交通网络的初始网络性能、交通网络中某预设组件失效后的网络性能，以及重要性系数，将三者作为交通网络脆弱性的评估指标；

步骤S5：基于交通网络的UE模型，以及目标区域中的各充电站，计算各充电站的充电需求，以各充电站的充电需求建立目标区域中交通网络与电力系统的连接关系；

步骤S6：基于网络最大流理论，计算正常运行时电力系统的各支路的中心性指数和电力系统中某预设组件失效后各支路的中心性指数，将两者作为电力系统脆弱性的评估指标。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S2中基于BPR函数，计算道路a上的旅行时间t_a如下式：