崔超

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，電網(wǎng)朝著大規(guī)模、高復(fù)雜性不斷發(fā)展。為了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行真實(shí)有效調(diào)控，先進(jìn)信息通信技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，加深了通信信息系統(tǒng)和電力物理網(wǎng)絡(luò)融合，形成智能電網(wǎng)中的電力信息-物理相依系統(tǒng)（CPPS）。如今智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力通信網(wǎng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越龐大而復(fù)雜。電力通信網(wǎng)作為電力網(wǎng)的信息通信傳輸主干網(wǎng)，承載著越來(lái)越多的各種電力通信業(yè)務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中部分重要節(jié)點(diǎn)故障失效后，有可能造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰。電力通信網(wǎng)作為一種特殊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確定位電力通信網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)其加以保護(hù)，加強(qiáng)其抵御攻擊的能力，對(duì)確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有重要作用。因此在本文之中，主要是對(duì)相依網(wǎng)絡(luò)理論下電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)進(jìn)行了全面的分析研究，并且也是在這個(gè)基礎(chǔ)之上提出了下文中的一些內(nèi)容，希望能夠給予相同行業(yè)進(jìn)行工作的人員提供出一定價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：相依網(wǎng)絡(luò)理論;電力通信;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);重要度;分析

1導(dǎo)言

相依網(wǎng)絡(luò)是指由若干網(wǎng)絡(luò)彼此依賴(lài)而耦合成的網(wǎng)絡(luò)。由定義可知，首先要有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其次這些網(wǎng)絡(luò)間需存在依賴(lài)與被依賴(lài)的關(guān)系。電網(wǎng)主要由各種電力設(shè)備以及電力線組成;而通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息傳輸，主要由通信線路將主機(jī)聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。為保證智能電網(wǎng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行，電網(wǎng)中各級(jí)站點(diǎn)均需要進(jìn)行有效調(diào)控，調(diào)度與控制指令的安全可靠傳輸必須通過(guò)通信網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此電力設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)線與通信節(jié)點(diǎn)相連接，即實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)依存于電力通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)運(yùn)行需要有電能的支持，智能電網(wǎng)中的通信設(shè)備部署在電力站點(diǎn)上，可直接由電力站點(diǎn)為通信節(jié)點(diǎn)提供能量驅(qū)動(dòng)，即電力通信網(wǎng)需要依存于電力網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)相依網(wǎng)絡(luò)的定義，電力網(wǎng)與通信網(wǎng)相互融合形成電力信息-物理相依系統(tǒng)。隨著電力通信網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜度增加，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的難度越來(lái)越大。而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械闹匾?jié)點(diǎn)對(duì)維護(hù)整張網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行又至關(guān)重要，一旦網(wǎng)絡(luò)中的某些重要節(jié)點(diǎn)甚至某一節(jié)點(diǎn)故障，整張網(wǎng)絡(luò)極易被破壞而不能正常運(yùn)行。因此，研究電力通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要度以篩選出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)就成了一個(gè)必要的研究?jī)?nèi)容。

2電網(wǎng)影響重要度

將電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所在調(diào)度中心，變電站等稱(chēng)為站點(diǎn)，作為電力系統(tǒng)的專(zhuān)屬通信網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和電網(wǎng)站點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各站點(diǎn)，在電力網(wǎng)絡(luò)中的重要性具有較大差異，考慮不同站點(diǎn)對(duì)電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的影響，采用電網(wǎng)各站點(diǎn)電壓等級(jí)、站點(diǎn)規(guī)模、站點(diǎn)負(fù)荷等級(jí)和負(fù)荷大小作為影響電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要性的因素。在通過(guò)電網(wǎng)站點(diǎn)描述電網(wǎng)對(duì)電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的影響時(shí)。站點(diǎn)等級(jí)、規(guī)模不同，則其在網(wǎng)絡(luò)中的重要性也不一樣，電壓等級(jí)高的變電站較電壓等級(jí)低的變電站重要，樞紐站較區(qū)域站重要。相應(yīng)的站點(diǎn)負(fù)荷等級(jí)越高、負(fù)荷越大也會(huì)較同類(lèi)站點(diǎn)越重要。

3基于多指標(biāo)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)辨識(shí)

在辨識(shí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括節(jié)點(diǎn)拓?fù)渲匾群蜆I(yè)務(wù)重要度以及電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所處電網(wǎng)站點(diǎn)的電網(wǎng)影響重要度三個(gè)指標(biāo)。節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渲匾仍酱螅垂?jié)點(diǎn)所處網(wǎng)絡(luò)的位置越關(guān)鍵;節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的業(yè)務(wù)種類(lèi)和數(shù)量越多，以及相應(yīng)的業(yè)務(wù)越重要，節(jié)點(diǎn)故障，對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)重要度損失也越大;從電網(wǎng)影響來(lái)看，各個(gè)站點(diǎn)之間的差異也反映了各通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的差異。因此將上述三個(gè)指標(biāo)作為辨識(shí)電力通信網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具有合理性。為了合理確定各指標(biāo)的權(quán)重，采用主觀賦權(quán)法中的層次分析法和客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法相結(jié)合，確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重。

4電力通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)重要度

在電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，?jié)點(diǎn)的重要度的評(píng)價(jià)可以從兩個(gè)方面來(lái)考察：一個(gè)方面是從通信網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看，基于網(wǎng)絡(luò)凝聚度和割點(diǎn)來(lái)評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)重要度;另一個(gè)方面是從電力網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看，基于電力因素來(lái)評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)重要度。最后綜合這兩個(gè)方面來(lái)對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)重要度作總體評(píng)價(jià)，因此針對(duì)于這個(gè)方面的內(nèi)容來(lái)說(shuō)，必須要引起足夠的重視，從而去保證電力系統(tǒng)能夠得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的水平得到全面的提高，為人們生活質(zhì)量的提升奠定出相應(yīng)的基礎(chǔ)。

5CPPS網(wǎng)絡(luò)中電力通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)

5.1電力信息-物理相依網(wǎng)絡(luò)

智能電網(wǎng)中電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)的相互融合形成電力信息-物理相依網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)其網(wǎng)間連接的不同，CPPS網(wǎng)絡(luò)模型可以分為：“一一對(duì)應(yīng)”相依網(wǎng)絡(luò)模型、部分相互依存網(wǎng)絡(luò)模型、多重依存相依網(wǎng)絡(luò)模型、一對(duì)多相依網(wǎng)絡(luò)模型、多對(duì)多相依網(wǎng)絡(luò)模型和考慮節(jié)點(diǎn)異質(zhì)性的電力信息-物理相依網(wǎng)絡(luò)模型等。上述大多模型都是基于理論和假設(shè)提出的，未得到實(shí)際的驗(yàn)證，所以并不符合現(xiàn)實(shí)中的中國(guó)電力系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某省電網(wǎng)的分析以及參考文獻(xiàn)中所指明的中國(guó)CPPS模型，在中國(guó)實(shí)際電力系統(tǒng)中，為了對(duì)各電力站點(diǎn)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)與控制，各電力站點(diǎn)都部署有數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)等信息節(jié)點(diǎn)。信息通信網(wǎng)絡(luò)中還存在中繼節(jié)點(diǎn)以及各級(jí)調(diào)度中心，但由于它們的重要作用，會(huì)配備有完備的備用發(fā)電機(jī)組，可使其成為自治節(jié)點(diǎn)。即每個(gè)電力節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)信息節(jié)點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，而通信網(wǎng)中卻存在獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，但其他通信節(jié)點(diǎn)也與電力節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。所以，考慮到中國(guó)實(shí)際的電力系統(tǒng)情況，我國(guó)的CPPS網(wǎng)絡(luò)可以表示為“部分一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系，

5.2CPPS網(wǎng)絡(luò)中單側(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要度

本文中采用信息單側(cè)網(wǎng)、電力單側(cè)網(wǎng)及其依存關(guān)系的集合來(lái)表示電力信息-物理相依網(wǎng)絡(luò)。在研究電力通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將拓?fù)渲械穆酚善鞯韧ㄐ旁O(shè)備視為節(jié)點(diǎn)，將鏈路視為無(wú)向的單線邊，并且將鏈路的已用率作為邊權(quán)值寫(xiě)出電力通信單側(cè)網(wǎng)邊權(quán)值矩陣CW。而為了反映電力單側(cè)網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)特性，在研究有權(quán)電力網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的電能僅考慮有功功率且按照基爾霍夫定律分配，采用了電抗值作為線路的權(quán)值，所以本文亦將電力連接線的電抗值作為邊權(quán)值，并將鏈路視為無(wú)向的單線邊，得到電力單側(cè)網(wǎng)邊權(quán)值矩陣PW。電力系統(tǒng)中站點(diǎn)存在不同等級(jí)，并且在設(shè)備類(lèi)型以及部署方式等方面存在差異，所以等級(jí)不同的站點(diǎn)重要度也會(huì)有所不同，并將其表示為電力節(jié)點(diǎn)電壓等級(jí)重要度。在已有方法中，部分學(xué)者分析電力系統(tǒng)時(shí)就是將其分為了不同層次等級(jí)進(jìn)行分析的，而對(duì)于電壓節(jié)點(diǎn)的等級(jí)重要度，已有利用業(yè)務(wù)的重要度進(jìn)行分析計(jì)算的方法以及本文中采用的通過(guò)專(zhuān)家評(píng)分得到等級(jí)重要度的方法，電力網(wǎng)與通信網(wǎng)互相融合成為相依系統(tǒng)，電力通信網(wǎng)作為電力網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡(luò)而存在，起到調(diào)控和傳輸數(shù)據(jù)的作用。若通信網(wǎng)發(fā)生故障，故障可通過(guò)相依邊進(jìn)行網(wǎng)間傳播，造成更嚴(yán)重的網(wǎng)間連鎖故障，因此，對(duì)智能電網(wǎng)中電力通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性進(jìn)行評(píng)估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

6結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述的內(nèi)容進(jìn)行分析研究組會(huì)后可以得出，總而言之，將CPPS作為有權(quán)網(wǎng)絡(luò)分析，電力單側(cè)網(wǎng)以電力線電抗值作為邊權(quán)值，通信單側(cè)網(wǎng)以鏈路帶寬已用率作為邊權(quán)值，再根據(jù)雙網(wǎng)間的相依關(guān)系矩陣，根據(jù)文中評(píng)價(jià)模型可以得到相依網(wǎng)絡(luò)中電力通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)重要度指標(biāo)。對(duì)重要度高的節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)保護(hù)，可以減少和避免故障的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性，保證智能電網(wǎng)的正?？煽窟\(yùn)行。

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