CN107239587A - 基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法 - Google Patents

基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法 Download PDF

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CN107239587A CN201610996736.8A CN201610996736A CN107239587A CN 107239587 A CN107239587 A CN 107239587A CN 201610996736 A CN201610996736 A CN 201610996736A CN 107239587 A CN107239587 A CN 107239587A
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叶志浩
肖晗
杨晗
纪峰
梅丹
付立军
王刚
熊又星
康军
王钰
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Abstract

本发明提供了一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于,包括下述子步骤:1.1确定船舶电力网络结构,并简化为船舶电力网络结构示意图;1.2确定船舶信息网络结构,并简化船舶信息网络结构为示意图;1.3评估船舶电力网络节点的综合脆弱性Vie;1.4评估船舶信息网络节点的综合脆弱性Vii;1.5评估船舶电力信息一体化网络节点的综合脆弱性Vi。本发明的目的就是针对现有技术的缺陷,提供一种船舶电力与信息一体化的网络脆弱性评估方法,更加合理全面地对船舶电力信息一体化网络的脆弱性进行评估。

Description

基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法
技术领域
[0001] 本发明属于电气工程与信息技术,特别指一种船舶电力与信息一体化的网络脆弱 性评估方法。
背景技术
[0002] 在已有的研究中,对于电力网络和信息网络的脆弱性评估基本是独立进行的,目 前对于电力信息一体化网络的脆弱性研究只是发展在初级阶段。虽然有文献提出了基于复 杂网络理论的电力通信复合系统的脆弱性研究,但是复杂网络理论仅仅是从拓扑结构上对 网络进行分析,这样就存在过度忽略网络物理特性的缺点。同时,脆弱性的概念和衡量指标 类别多样,没有统一的标准,如果对网络特性的认识不够深入,就会使得网络脆弱性分析缺 乏针对性,而且分析网络脆弱性时通常只作定性分析。目前,还没有人将复杂网络脆弱性分 析方法运用在船舶电力信息网络中,更没有人开展船舶电力网络与信息网络一体化脆弱性 研究。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是针对现有技术的缺陷,提供一种船舶电力与信息一体化的网络 脆弱性评估方法,更加合理全面地对船舶电力信息一体化网络的脆弱性进行评估。
[0004] 本发明提供了一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在 于,包括下述子步骤:
[0005] 1.1确定船舶电力网络结构,并简化为船舶电力网络结构示意图;
[0006] 1.2确定船舶信息网络结构,并简化船舶信息网络结构为示意图;
[0007] 1.3评估船舶电力网络节点的综合脆弱性Vie;
[0008] 1.4评估船舶信息网络节点的综合脆弱性V11;
[0009] 1.5评估船舶电力信息一体化网络节点的综合脆弱性Vi。
[0010] 所述步骤1.3包括下述子步骤:
[0011] 2.1评估船舶电力网络节点的结构脆弱性Hle3;
[0012] 2.2评估船舶电力网络节点的物理脆弱性Cie;
[0013] 2.3将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权综合,即Vie= (Hie+Cie) /2。
[0014] 所述步骤1.4包括下述子步骤:
[0015] 3.1计算船舶信息网络节点的结构脆弱性Hii;
[0016] 3.2计算船舶信息网络节点的物理脆弱性C11;
[0017] 3.3将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权综合,即Vii= (Ηϋ+Cii) /2。
[0018] 所述步骤2.1包括下述子步骤:
[0019] 4.1对船舶电力网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶电力网络设 备抽象为节点,将电路抽象为边;
[0020] 4.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵Ae;
[0021] 4.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数Die和介数Ble3;
[0022] 4.4根据节点度数和介数得到船舶电力网络的结构脆弱性指标值
Figure CN107239587AD00051
Figure CN107239587AD00052
[0023] 所述步骤3.1包括下述子步骤:
[0024] 5.1对船舶信息网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶信息网络设 备件抽象为节点,将光纤线路抽象为边;
[0025] 5.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵Ai;
[0026] 5.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数D11和介数B11;
[0027] 5.4根据节点度数和介数得到船舶电力网络的结构脆弱性指标值H11= (D1^B11) / 2〇
[0028] 所述步骤2.2包括下述子步骤:
[0029] 6.1根据已成熟的电力网络可靠性理论得到各设备的可靠性;
[0030] 6.2各设备可靠性视为各对应节点的物理脆弱性Cle。
[0031] 所述步骤3.2包括下述子步骤:
[0032] 7.1明确船舶信息网络结构中各节点所对应模块中所运行的业务,查阅资料得到 各类业务的重要度rii;
[0033] 7.2考虑每条线路的实际情况,根据统计数据确定设备发生故障的概率Pkl;
[0034] 7.3计算信息设备传输实际时延与固有时延的比值ei;
[0035] 7.4将以上三个因素综合得到船舶信息网络节点的物理脆弱性,即
Figure CN107239587AD00053
[0036] 所述步骤1.5包括下述子步骤:
[0037] 8.1根据船舶电力网络结构示意图和船舶信息网络结构示意图获得船舶电力信息 一体化网络结构示意图;对船舶电力信息一体化网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络 理论,将船舶电力设备和船舶信息设备抽象为节点,将电路和光纤链路抽象为边;
[0038] 8.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵A;
[0039] 8.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数01和介数B1;
[0040] 8.4根据节点度数和介数得到船舶电力信息一体化网络的结构脆弱性指标值出= (Di+Bi) /2;
[0041] 8.5船舶电力信息一体化网络节点的物理脆弱性指标C1分为电力网络节点的物理 脆弱性和信息网络节点的物理脆弱性两部分,即C1 = C1^C11;
[0042] 8.6船舶电力信息一体化网络节点将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权得 到船舶电力信息一体化网络节点综合脆弱性,即Vi= (Hi+Ci) /2。
[0043] 本发明对比引入物理脆弱性这个新的概念;同时考虑结构脆弱性和物理脆弱性对 网络节点脆弱性的影响,对船舶电力与信息一体化的网络视为目标网络进行评估。本发明 考虑了船舶信息网络形成船舶电力信息一体化网络模型后,它与实际应用中的电力网络自 动化控制方式更加接近。本发明将结构脆弱性与物理脆弱性结合以后对船舶电力信息一体 化脆弱性的评估更加合理全面。
附图说明
[0044] 图1为本发明的流程图
[0045] 图2是评估船舶电力网络节点综合脆弱性步骤流程图
[0046] 图3是评估船舶信息网络节点综合脆弱性步骤流程图
[0047] 图4是船舶电力网络结构示意图
[0048] 图5是船舶信息网络结构示意图
[0049] 图6是船舶电力信息一体化网络结构示意图
[0050] 图7为本发明实施例的示意图
具体实施方式
[0051] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于清楚地了解本发 明,但它们不对本发明构成限定。
[0052] 如图1所示,本发明包括分别评估船舶电力网络与船舶信息网络节点综合脆弱性 的步骤与评估船舶电力信息一体化网络节点综合脆弱性的步骤;图2为评估船舶电力网络 节点综合脆弱性的步骤流程图;图3为评估船舶信息网络节点综合脆弱性的步骤流程;图4 给出了船舶电力网络的结构示意图,在船舶环形电网简化拓扑结构示意图中G表示发电机 节点,S表示配电板节点,F表示馈线电缆节点,L表示负载节点;图5给出了船舶信息网络结 构示意图,在船舶信息网络拓扑结构示意图中M表示交换机,Dl表示电能质量管理工作站节 点,D2表示配电运行监控节点,D3表示线路继电保护系统节点,D4表示输变电设备监测节 点,D5表示调度管理信息节点,D6表示调度培训系统节点,T为CAN总线主节点,Pi为安稳运 行管理信息节点,Qi为保护运行信息管理节点,Ri为电能量计量节点。图6为船舶电力信息 一体化网络的结构示意图,根据各模块功能将船舶电力网络节点与信息网络节点对应连接 形成船舶电力信息一体化网络。如配电运行监控节点对应地与配电板节点连接;线路继电 保护系统是电力系统安全、稳定运行的可靠保证,继电保护信号是指高压输电线路继电保 护装置间和电网安全自动装置间传递的远方信号,是电网安全运行所必需的信号,对应地 将配电板节点与其连接;输电设备监测节点与发电机节点对应连接;电能量计量系统用于 计量电能量消耗,对应地将其与负载连接;稳定运行信息管理系统同样与配电板的运行有 着紧密联系,故对应将两节点连接。
[0053] 运用复杂网络理论分别对船舶电力网络结构示意图和船舶信息网络结构示意图 进行抽象,将船舶电力设备和船舶信息设备及运行模块均简化为节点,将电路和光纤链路 简化为边,分别对抽象后的网络建立邻接矩阵分别为AjPA1,在MATLAB软件中分别编写计算 度数、节点介数和效能函数值的matlab程序语言,将AjPA1分别代入程序可以得到船舶电力 网络节点度数Die和节点介数Bie、船舶信息网络节点度数Dii和节点介数Bii以及船舶信息网 络效能函数值Eo,并将船舶电力网络节点度数Dle和节点介数Ble分别进行归一化以后平均加 权综合得到船舶电力网络节点结构脆弱性Hle3= (D1Jle3)/2,船舶信息网络节点结构脆弱性 H11= (D1JB11) /2;由可靠性理论和可靠性试验得到船舶各电力设备的可靠性参数K,船舶电 力网络节点物理脆弱性(^ = 1(;通过查阅资料得到船舶信息网络各节点对应运行业务的重 要度ru,线路发生故障的概率Pkl应考虑每条线路的实际情况,根据统计数据确定,信息设 备传输实际时延与固有时延的比值通过计算得到,船舶信息网络节点物理脆弱性指标
Figure CN107239587AD00061
;由此可得到船舶电力网络节点综合脆弱性
Figure CN107239587AD00062
,船舶信息网络 节点综合脆弱性
Figure CN107239587AD00063
[0054] 接下来评估船舶电力信息一体化网络节点的综合脆弱性:对船舶电力信息一体化 网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶电力设备和船舶信息设备抽象为节 点,将电路和光纤链路抽象为边;根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵A;将矩阵 A代入程序进行计算,得到节点度数01和节点介数B1;根据节点度数和介数得到船舶电力信 息一体化网络的结构脆弱性指标的值Hi= (Di+Bi) /2;由于电力网络部分的物理特性和信息 网络部分的物理特性有明显区别,一体化网络节点的物理脆弱性指标匕分为两部分分别计 算,电力网络节点的物理脆弱性依据该电力设备的可靠性数据得到为Cle,信息网络节点的 物理脆弱性依据该节点中运行业务的重要度、该节点对应设备的故障概率以及该设备的延 迟特性得到为C11;将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权得到综合脆弱性,SPV1= (H1+ Ci)/2。
[0055] 除上述船舶网络和加权方法外,本发明不应局限于所陈述和附图公开的内容,还 可以适用于其他类似的电网结构,凡采用类似加权形式的技术方案,均落在本专利要求的 保护范围内本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (14)

1. 一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于,包括下述子步骤:
1.1确定船舶电力网络结构,并简化为船舶电力网络结构示意图;
1.2确定船舶信息网络结构,并简化船舶信息网络结构为示意图;
1.3评估船舶电力网络节点的综合脆弱性Vle3;
1.4评估船舶信息网络节点的综合脆弱性V11;
1.5评估船舶电力信息一体化网络节点的综合脆弱性Vi。
2. 如权利要求1所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤1.3包括下述子步骤:
2.1评估船舶电力网络节点的结构脆弱性Hle3;
2.2评估船舶电力网络节点的物理脆弱性Cle3;
2.3将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权综合,即Vie3= (HiACie3) /2。
3. 如权利要求1所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤1.4包括下述子步骤:
3.1计算船舶信息网络节点的结构脆弱性H11;
3.2计算船舶信息网络节点的物理脆弱性C11;
3.3将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权综合,即Vii= (Hii+Cii) /2。
4. 如权利要求2所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤2.1包括下述子步骤:
4.1对船舶电力网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶电力网络设备抽象为节点,将电路抽象为边;
4.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵Ae3;
4.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数Die和介数Ble3;
4.4根据节点度数和介数得到船舶电力网络的结构脆弱性指标值Hle= (Dle+Ble) /2。
5. 如权利要求3所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤3.1包括下述子步骤:
5.1对船舶信息网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶信息网络设备件抽象为节点,将光纤线路抽象为边;
5.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵A1;
5.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数D11和介数B11;
5.4根据节点度数和介数得到船舶电力网络的结构脆弱性指标值H11= (D1AB11) /2。
6. 如权利要求2所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤2.2包括下述子步骤:
6.1根据已成熟的电力网络可靠性理论得到各设备的可靠性;
6.2各设备可靠性视为各对应节点的物理脆弱性Cle。
7. 如权利要求3所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤3.2包括下述子步骤:
7.1明确船舶信息网络结构中各节点所对应模块中所运行的业务,查阅资料得到各类业务的重要度rii;
7.2考虑每条线路的实际情况,根据统计数据确定设备发生故障的概率Pkl;
7.3计算信息设备传输实际时延与固有时延的比值ε1;
7.4将以上三个因素综合得到船舶信息网络节点的物理脆弱性,
8.如权利要求1所述的一种基于船舶电力与信息一体化网络的脆弱性评估方法,其特征在于步骤1.5包括下述子步骤:
8.1根据船舶电力网络结构示意图和船舶信息网络结构示意图获得船舶电力信息一体化网络结构示意图;对船舶电力信息一体化网络结构示意图进行抽象,根据复杂网络理论,将船舶电力设备和船舶信息设备抽象为节点,将电路和光纤链路抽象为边;
8.2根据抽象后的简化结构图,建立对应的邻接矩阵A;
8.3代入目标网络对应的邻接矩阵进行计算,得到节点度数队和介数B1;
8.4根据节点度数和介数得到船舶电力信息一体化网络的结构脆弱性指标值出=(D1+Bi)/2;
8.5船舶电力信息一体化网络节点的物理脆弱性指标(^分为电力网络节点的物理脆弱性和信息网络节点的物理脆弱性两部分,即C1 = C1^C11;
8.6船舶电力信息一体化网络节点将结构脆弱性与物理脆弱性进行1/2的加权得到船舶电力信息一体化网络节点综合脆弱性,即Vi= (Hi+Ci) /2。
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