CN108873733A - 电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，包括步骤：设置电力信息物理系统动态交互模型框架；为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型；根据数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号；根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型；根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。能够对各种数据故障类型所导致的信息预想事故进行有效地分析评估。

Description

电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法。

背景技术

智能电网战略的推进，使得智能控制设备和通信网络逐渐融入传统电力系统，促进了电网自动化和信息通信的发展，进而大大提高了电力系统对能量的利用效率，并且维持着电力系统安全可靠运行。信息网络在许多方面改进了原有的物理系统。例如，从可靠性的角度来看，最重要的就是为物理系统提供了故障诊断、隔离与恢复的能力。随着智能电网建设的逐步深化，电力系统发电、输电、配电、用电每一个环节中都有更复杂和多种类的信息元件的接入。信息系统与物理系统深度融合，形成了电力信息物理融合系统。

信息因素的引入提高了电力信息物理系统运行效率，同时，信息预想事故也对物理系统的平稳运行造成了影响。近年来对大停电的报告也证实了对信息网络的误操作以及信息网络本身的失效导致了电力系统可靠性的下降，并最终造成了大规模停电。由此可见，在电网信息物理系统中，分析包括信息攻击在内的各类故障对智能电网造成的影响十分有必要。

在电力信息物理系统中信息预想事故影响分析方法中，如何构建电力信息物理系统交互模型，考虑电力信息物理系统物理流与信息流的交互，并利用构建的模型分析信息预想事故对物理系统的影响，是目前电力信息物理融合系统研究中需要解决的问题。可见，现有关于电力信息物理系统中信息预想事故影响分析方法还有待改进。

发明内容

基于此，有必要提供一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法。

一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其包括步骤：设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架；为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型；根据电力信息物理系统中的数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号；根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型；根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。

上述电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，通过先为电力信息物理系统建立电力信息物理系统动态交互模型框架，然后完善其中的物理模型与信息关联矩阵模型等，设计控制信号、物理网络的参数及信息网络的参数，能够对各种数据故障类型所导致的信息预想事故进行有效地分析评估，从而能够较好地展示信息预想事故对电力信息物理系统的影响，在此基础上可以进一步采用有效应对措施来调整电力信息物理系统。

在其中一个实施例中，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架，包括：根据电力信息物理系统的物理流与信息流及其交互，通过联立方程组的方式，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架。

在其中一个实施例中，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，还包括：建立配电系统中接入分布式电源的场景模型。

在其中一个实施例中，所述数据故障类型包括数据错误、数据终止、数据错位与数据延时的至少其中之一。

在其中一个实施例中，所述物理网络的参数包括物理网络的拓扑参数及/或电气参数；所述信息网络的参数包括信息网络的拓扑参数及/或数据参数。

在其中一个实施例中，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架之后，还为电力信息物理系统建立受到物理层面与信息层面同时攻击的场景及同时攻击所导致信息物理连锁故障的事故模型。

在其中一个实施例中，控制信号包括分布式电源的投切与出力调整、变压器分接头的调整及/或储能设施的投切。

在其中一个实施例中，影响分析包括以下步骤：构建电力信息物理系统模型，获取原始数据，通过潮流计算得出网络初始值；通过物理系统微分代数方程组计算出系统状态量与代数量的t时刻初始值；生成网络导纳矩阵，将静态元件的参数并入网络；建立包括数据故障的信息-物理关联矩阵模型；迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组；整理需要采集的数据，通过信息-物理关联矩阵模型生成传送到控制中心的数据；计算控制信号传送至受控元件的结果，代入物理系统的微分代数方程组，继续求解t+1时刻的状态值；判断是否到达仿真时限；是则结束仿真；否则继续执行迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组。

在其中一个实施例中，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统动态交互模型，继续执行根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。

在其中一个实施例中，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统。

附图说明

图1为本发明一实施例的流程示意图。

图2为本发明另一实施例的电力信息物理融合系统动态交互影响框架示意图。

图3为本发明另一实施例的典型分布式电源并网拓扑示意图。

图4为本发明另一实施例的接入分布式电源的IEEE 33节点配电系统示意图。

图5为本发明另一实施例的无信息预想事故时各分布式电源接入点电压仿真图。

图6为本发明另一实施例的有信息预想事故时各分布式电源接入点电压仿真图。

图7为本发明另一实施例的无信息预想事故时各分布式电源有功功率仿真图。

图8为本发明另一实施例的有信息预想事故时各分布式电源有功功率仿真图。

图9为本发明另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图9所示，本发明的一个实施例是，一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其包括步骤：设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架；为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型；根据电力信息物理系统中的数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号；根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型；根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。上述电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，通过先为电力信息物理系统建立电力信息物理系统动态交互模型框架，然后完善其中的物理模型与信息关联矩阵模型等，设计控制信号、物理网络的参数及信息网络的参数，能够对各种数据故障类型所导致的信息预想事故进行有效地分析评估，从而能够较好地展示信息预想事故对电力信息物理系统的影响，在此基础上可以进一步采用有效应对措施来调整电力信息物理系统。

其中，电力信息物理系统，包括电力信息系统与电力物理系统，即为电力信息系统与电力物理系统的结合，亦可称为电力信息物理融合系统；同样的，电力信息物理系统动态交互模型亦可称为电力信息物理融合系统动态交互模型，电力信息物理系统动态交互模型框架亦可称为电力信息物理融合系统动态交互模型框架，以此类推。在其中一个实施例中，各步骤的执行顺序可以根据情况适当调整。在其中一个实施例中，在设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架之后，以及根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之前，各步骤的执行顺序可以适当调整。如图1所示，在其中一个实施例中，一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其包括步骤：输入物理网络的拓扑参数/电气参数和信息网络的拓扑参数；确定考虑信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型框架；确定电力信息物理融合系统动态交互模型中基于配电系统构成的物理模型；确定电力信息物理融合系统中统一数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；确定控制中心需要生成的控制信号；根据给出的参数构造电力信息物理系统并对其中信息预想事故对物理系统的影响进行分析。

进一步地，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架，包括：根据电力信息系统的信息网络的参数，以及电力物理系统的物理网络的参数设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架。在其中一个实施例中，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架，包括：根据电力信息物理系统的物理流与信息流及其交互，通过联立方程组的方式，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架。进一步地，在其中一个实施例中，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架，包括：根据电力信息系统的信息网络的参数，以及电力物理系统的物理网络的参数，以及根据电力信息物理系统的物理流与信息流及其交互，通过联立方程组的方式，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架。

在其中一个实施例中，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，还包括：建立配电系统中接入分布式电源的场景模型。在其中一个实施例中，一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其包括步骤：设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架；为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，建立配电系统中接入分布式电源的场景模型；根据电力信息物理系统中的数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号；根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型；根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。其余实施例以此类推。

在其中一个实施例中，所述数据故障类型包括数据错误、数据终止、数据错位与数据延时的至少其中之一。在其中一个实施例中，所述数据故障类型包括数据错误、数据终止、数据错位与数据延时。在实际应用中，数据故障类型繁多，但大致可以归入数据错误、数据终止、数据错位与数据延时这几大类中。在其中一个实施例中，所述物理网络的参数包括物理网络的拓扑参数及/或电气参数；所述信息网络的参数包括信息网络的拓扑参数及/或数据参数。具体的参数可根据实际情况设计。

在其中一个实施例中，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统动态交互模型，继续执行根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。这样，可以在影响分析之后适应性地调整电力信息物理系统动态交互模型。

在其中一个实施例中，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统。一个应用场景是：对电力信息物理融合系统中包括数据延时、错位、错误在内的信息预想事故的影响进行有效评估，然后调整电力信息物理系统。本发明提出的电力信息物理系统中信息预想事故影响分析方法，具有既定的可行性与有效性，可以对电力信息物理融合系统进行建模，分析信息预想事故对物理系统的影响及/或对信息系统的影响，进一步地可根据影响对物理系统及/或信息系统进行调整。进一步地，在其中一个实施例中，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息系统及/或电力物理系统。

在其中一个实施例中，电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其实施流程包括如下详细步骤。

参数输入步骤：输入电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数；例如，输入物理网络的拓扑参数/电气参数和信息网络的拓扑参数。这一步骤亦可在设置信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型框架之后进行。

模型框架设置步骤：设置信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型框架；亦即确定信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型框架；设置信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型框架过程中，电力系统的物理状态通过采样获取数据，通过信息网络传输到控制中心，基于收集到的数据进行在线计算并提供控制命令以调整分布式控制设备，控制命令通过信息网络被下发至特定的子站或电力设施并被执行。例如对于电力信息物理融合系统的运行通常可以用以下方式实现：首先，电力系统的物理状态通过采样，由子站或电力设施转化成数字或模拟信号的数据形式；其中物理状态如发电机的电压幅值或无功功率等。接着，数据会通过信息网络传输到控制中心。下一步，一个集中式的控制中心会基于它收集到的数据进行在线计算并提供控制命令，调整分布式控制设备。此后，这些控制命令会通过信息网络被下发至特定的子站或电力设施，而相应的设备也会根据接受到的信号执行命令。最后，由于闭环控制，电力系统的物理状态将会发生改变。因此，电力信息物理融合系统的交互过程可以被认为是一个物理-信息-物理的过程，如图2所示。设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架中，物理系统自身遵循由微分和代数方程组组成的约束，控制中心通过信息采集的过程从物理系统中获取需要的数据，进行在线运算并生成控制指令，最终下发至物理系统。

其中，物理系统中的微分代数方程可表示为：

0＝f₂(x,y,u)

其中，x和y分别为物理系统的状态量与代数量；u为各可控元件接收到的控制中心所下发的控制指令；f₁和f₂分别为物理系统需要满足的微分方程与代数方程。

控制中心采集所需要的数据，并通过在线计算生成需要执行的控制指令。记源数据λ＝[x^T y^T z^T]^T，该过程表示为：

μ＝f₃(λ)

c＝f₄(μ)

其中，z为需要采集的除系统状态量与代数量以外的其他数据；λ为控制中心所采集到的所有数据的集合；μ为通过一系列作用，实际传输到控制中心的量测值；c为根据采集到的数据生成的控制指令。

各可控元件实际接收到的控制中心所下发的控制指令为：

u＝f₅(c)

以上各式构成了考虑信息预想事故的电力信息物理融合系统动态交互模型。

物理模型设置步骤：为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，即确定电力信息物理融合系统动态交互模型中基于配电系统构成的物理模型。在其中一个实施例中，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架之后，还为电力信息物理系统建立受到物理层面与信息层面同时攻击的场景及同时攻击所导致信息物理连锁故障的事故模型。例如，确定了系统受到潜在电网攻击者对物理与信息层面同时展开攻击时的场景与信息物理连锁故障，将其设为事故模型。

本发明各实施例的电力信息物理融合系统的物理系统主要针对配电系统进行分析，考虑接入了分布式电源等可控环节的配电系统。对配电系统的动态物理系统建模可参考输电系统暂态分析的流程。进一步地，在其中一个实施例中，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，包括：生成网络导纳矩阵，将电力系统各元件模型根据元件拓扑关系形成全系统模型，得到联立的微分方程组和代数方程组并求解。进一步地，其中的网络是线性的，微分方程主要存在于动态元件中。负荷采用恒阻抗模型，在模型中也是线性的。配电系统中动态元件主要是分布式电源，因此下面的实施例着重就动态元件分布式电源的模型进行分析。进一步地，在其中一个实施例中，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，包括：设置基于分布式电源电路模型的PQ控制及/或分布式电源控制的物理模型。

(1)分布式电源电路模型

目前较为成熟的单一分布式电源并网控制技术有3种：PQ控制、PV控制以及下垂控制。由于含分布式电源的配电网相当于微电网并网运行状态，所以只考虑分布式电源的PQ控制。

例如，采用如图3所示的典型分布式电源并网拓扑，设置基于分布式电源电路模型的PQ控制的物理模型得到三相时域电路方程为：

式中：i、u和u_g分别表示分布式电源输出电流、逆变器侧电压和网侧电压，下标a、b和c表示三相。

分别对逆变器侧和网侧电压做park变换，选取相角与网侧电压相同，有：

式中：P为park变换矩阵；u_gd和u_gq分别为网侧d轴与q轴电压；U_dc为逆变器直流侧电压；K为逆变器变比，即输出线电压与直流侧电压比值；δ为逆变器侧电压超前网侧电压的相位。

联立以上各式得到分布式电源电路模型方程：

最终得到分布式电源d轴/q轴电流i_d/i_q与功角δ、分布式电源两侧电压u和u_g的关系。

(2)分布式电源控制模型

dq轴下的分布式电源向电网注入功率为：

S_dg＝(u_gd+ju_gq)(i_d+ji_q)*＝P_dg+jQ_dg

式中：P_dg和Q_dg分别为分布式电源有功与无功出力。

因此可以通过控制i_d及/或i_q实现对分布式电源的有功功率控制及/或无功功率控制。

信息模型设置步骤：根据电力信息物理系统中的数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型，包括确定电力信息物理融合系统中统一了数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；

如前所述，控制中心确定需要采集的数据，这些数据通过网络通信的形式上传至控制中心。在线计算生成需要执行的控制指令后，生成的控制指令又通过通信传递至各受控元件。数据采集与指令下达的流程十分类似，因此统一采用信息关联矩阵的形式进行建模。

控制中心需要的数据既包含物理系统运行的状态量x，代数量y，也包含其他一些数据，如各开关的开闭情况，分布式电源的工况等。任何信息预想事故都可能会改变信息流，进而影响电力系统。在本信息关联矩阵模型中，定义信息预想事故为可能会影响模块参数或者系统拓扑的错误。信息预想事故可以分为两个类型：拓扑故障和模块故障。而这两类故障在实际过程中对物理信息系统模型的影响主要体现在影响电力信息物理融合系统系统信息关联矩阵模型的矩阵元素上。

信息预想事故可能来源于多种原因，包括测量误差、信道故障和恶意数据注入攻击等。在所构建的模型中，信息传递过程的故障可以总体分为数据的错误、终止、错位、延时这几类故障。

信息关联矩阵模型中，数据采集与指令下达的过程的信息-物理关联矩阵模型可分别表示为：

c＝f₄(μ)＝T_inA_inμ+ε_in

与

u＝f₅(c)＝T_outA_outc+ε_out

式中：T_in、A_in和ε_in分别表示数据采集过程中延时矩阵、输入-输出关联矩阵和传输误差向量；T_out、A_out和ε_out分别为描述指令下达过程中的相应矩阵与向量。

为了简化，将以上两式统一为：

1)输入-输出关联矩阵A

为了描述数据错位的故障，构建输入-输出关联矩阵A表征输入与输出数据的简单关联关系。在没有数据错位故障时，A应是一个单位矩阵，即A＝I_n，n为输入向量的长度。如果存在数据错位故障，则有些输出数据将和输入不同。例如，在子站的远程控制过程中，对于某一开关的命令可能错误地传递到另一个开关上。如果存在数据错位故障，则有些输出数据将和输入不同。若第i个输入数据错位输出到第j个元素的位置，则a_ij＝1。

还有一类信息预想事故，即数据终止，也可以用A矩阵描述。当第i个元素的信息中断，无法继续传输时，有a_ii＝0。

2)延时矩阵T

在电力系统中，数据传输的延时是普遍存在的；在某些故障下传输延时甚至会过高导致物理系统出现故障。用于描述信息延时的矩阵T构建如下：

T＝Γ(Δt)＝diag(Γ(Δt₁),...,Γ(Δt_n))

式中：Δt_i为第i个元素在通信过程的延时；Γ为时间运算符；diag(...)表示对角矩阵。

时间运算符Γ定义为：

式中：与分别为t时刻与t-Δt_i时刻θ_i的值。

3)误差向量ε

数据误差表示某一传输过程的输入和输出数据之间的差异。这种差异可能来源于测量误差、故障、或者恶意数据攻击。

一般而言，数据i的输入与输出存在误差，可以记ε_i＝θ_i,out-θ_i,in。特别地，如果数据错误发生在数字信号，例如断路器的开/关状态，那么由于数据传输过程二进制的特性，错误表示为ε_i＝1-θ_i。

控制信号确定步骤：确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号，即确定控制中心需要生成的控制信号；在其中一个实施例中，控制信号包括分布式电源的投切与出力调整、变压器分接头的调整及/或储能设施的投切。

通过一系列作用，根据采集到的数据，控制中心需要生成控制指令c＝f₄(μ)。其中，μ表示实际传送到控制中心的量测值。

在配电系统中，控制信号包括分布式电源的投切与出力调整、变压器分接头的调整、储能设施的投切等。此处以分布式电源的投切与出力调整为例说明。

对于分布式电源的投切与出力调整，设系统中共有N_dg个分布式电源模块。控制中心根据所收集到的数据μ决定分布式电源的投切，并作潮流计算，计算出电流控制设定值I_ref。控制信号形式为：

c＝[s₁,...,s_i,...,s_n,I_ref,1,...,I_ref,i,...,I_ref,n]^T

式中：s_i与I_ref,i分别表示第i个分布式电源的设定投切状态与设定参考电流。

控制信号通过信息传递最终下发到各个受控单元，改变物理系统运行的微分代数方程组。

影响分析步骤：根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析，包括根据给出的参数构造电力信息物理系统并对其中信息预想事故对物理系统的影响进行分析。

在其中一个实施例中，影响分析包括以下步骤：构建电力信息物理系统(CPPS，Cyber Physical Power System)模型，获取原始数据，通过潮流计算得出网络初始值；通过物理系统微分代数方程组计算出系统状态量与代数量的t时刻初始值；生成网络导纳矩阵，将静态元件的参数并入网络；建立包括数据故障的信息-物理关联矩阵模型；迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组；整理需要采集的数据，通过信息-物理关联矩阵模型生成传送到控制中心的数据；计算控制信号传送至受控元件的结果，代入物理系统的微分代数方程组，继续求解t+1时刻的状态值；判断是否到达仿真时限；是则结束仿真；否则继续执行迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组。在其中一个实施例中，仿真时限在设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架或者根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型中设置。在其中一个实施例中，考虑信息预想事故的电力信息物理系统并交互影响分析流程主要包括以下步骤：

1)构建CPPS系统模型，获取原始数据，通过潮流计算得出网络初始值；

2)通过物理系统微分代数方程组计算出系统状态量与代数量的t时刻初始值；生成网络导纳矩阵，将静态元件(如静态负荷)的参数并入网络；

3)建立包括通信延时、错位等故障在内的信息-物理关联矩阵模型；

4)迭代求解t时刻物理系统的微分、代数方程组；

5)整理需要采集的数据，通过信息-物理关联矩阵模型生成传送到控制中心的数据；

6)控制中心根据获取的数据与设定的控制目标生成控制信号；

7)求出控制信号传送至受控元件的结果，代入物理系统的微分代数方程组，继续求解t+1时刻的状态值；

8)判断是否到达仿真时限。若是，结束仿真；若否，跳转至第4步继续循环。

为了进一步理解本发明，以下以IEEE 33节点配电系统为例，来解释本发明的实际应用。但可以理解的是，本发明及其各实施例的应用并不限于IEEE 33节点配电系统。

选用IEEE 33节点配电系统拓扑，如图4所示，分别在节点6、12、30处接入分布式电源构建算例，进行考虑信息预想事故影响的三重扰动下的时域仿真。三重扰动分别是t1时DG3投入使用，t2时节点30负荷突变，t3时DG2功率输出增加。

算例配电系统中采集数据包括所有节点的电压、负荷、分布式电源出力，通过潮流计算得出需要的各分布式电源投切、出力，形成控制指令并下发各分布式电源进行控制。取UB＝12.66kV，分布式电源接入情况、外部干扰与控制指令、相关信息预想事故如表1至表3所示。

表1分布式电源接入情况表

表2外部干扰与控制指令

表3仿真过程中的信息预想事故描述

分别对无信息预想事故和存在信息预想事故的场景进行了仿真。存在信息预想事故的场景中假设部分通信链路存在高延时，并且在t3时由于数据错位故障，原先对DG2发出的调整指令错误地发布到了DG3，在1500ms后发现指令出错，调整回来。

仿真结束后，选取各分布式电源有功功率与接入点电压绘制仿真曲线，如图5至图8所示。

从图5与图7中可以看出，在不考虑通信故障时，投入分布式电源及分布式电源输出功率改变时，功率曲线能较快上升至设定目标；遭受扰动时刻，电压曲线变化明显，但恢复速度极快。算例显示本文对物理系统建模的理论工作是正确合理的。图6与图8显示，考虑了2种通信故障时，物理系统响应略有滞后，影响了系统受到扰动(负荷改变)后重新进入目标工作状态的速度；由于存在信息错位的故障，导致了受控分布式电源出力波动。

通过以上分析，可见本发明提出的电力信息物理系统中信息预想事故影响分析方法，具有既定的可行性与有效性，可以对电力信息物理融合系统进行建模，对电力信息物理融合系统中包括数据延时、错位、错误在内的信息预想事故的影响进行有效评估。

需要说明的是，本发明的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力信息物理系统中信息预想事故影响的分析方法，其特征在于，包括步骤：

设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架；

为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型；

根据电力信息物理系统中的数据故障类型，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于数据采集与指令下达流程的信息关联矩阵模型；

确定电力信息物理系统的控制中心所需的控制信号；

根据电力信息物理系统动态交互模型框架与电力信息物理系统的物理网络的参数及信息网络的参数构造电力信息物理系统动态交互模型；

根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。

2.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架，包括：根据电力信息物理系统的物理流与信息流及其交互，通过联立方程组的方式，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架。

3.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，为电力信息物理系统动态交互模型框架设置基于配电系统构成的物理模型，还包括：建立配电系统中接入分布式电源的场景模型。

4.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，所述数据故障类型包括数据错误、数据终止、数据错位与数据延时的至少其中之一。

5.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，所述物理网络的参数包括物理网络的拓扑参数及/或电气参数；所述信息网络的参数包括信息网络的拓扑参数及/或数据参数。

6.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，设置信息预想事故的电力信息物理系统动态交互模型框架之后，还为电力信息物理系统建立受到物理层面与信息层面同时攻击的场景及同时攻击所导致信息物理连锁故障的事故模型。

7.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，控制信号包括分布式电源的投切与出力调整、变压器分接头的调整及/或储能设施的投切。

8.根据权利要求1所述分析方法，其特征在于，影响分析包括以下步骤：

构建电力信息物理系统模型，获取原始数据，通过潮流计算得出网络初始值；

通过物理系统微分代数方程组计算出系统状态量与代数量的t时刻初始值；生成网络导纳矩阵，将静态元件的参数并入网络；

建立包括数据故障的信息-物理关联矩阵模型；

迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组；

整理需要采集的数据，通过信息-物理关联矩阵模型生成传送到控制中心的数据；

计算控制信号传送至受控元件的结果，代入物理系统的微分代数方程组，继续求解t+1时刻的状态值；

判断是否到达仿真时限；是则结束仿真；否则继续执行迭代求解t时刻物理系统的微分代数方程组。

9.根据权利要求1至8中任一项所述分析方法，其特征在于，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统动态交互模型，继续执行根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析。

10.根据权利要求1至8中任一项所述分析方法，其特征在于，根据信息预想事故在电力信息物理系统动态交互模型中对电力信息物理系统进行影响分析之后，还执行步骤：采用影响分析的分析结果调整电力信息物理系统。