CN108880905B - 基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，通过构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，采用TOPSIS算法评价出电力系统层节点重要度、链路重要度，通信系统层节点重要度、链路重要度；采用电网关联度的概念计算出电力通信网节点重要度值、链路重要度值；最后根据重要度值评估出电力通信网可靠性测度；充分考虑电力通信网的行业特点，不仅考虑网络拓扑结构，而且综合多种电力通信相关指标，评价更具科学性和灵活性；解决电力通信网本身不同于公用通信网，对网络特性的要求方面有差异性，传统公用通信网的研究成果并不完全适用的问题。

Description

基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法

技术领域

本发明涉及一种电力通信网可靠性研究新方法，具体涉及一种基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法。

背景技术

在经济迅速发展的大环境下，电网作为经济运行的有力保障，其规模也在不断扩大，结构也日益复杂。近年来大规模的停电事故频发，给社会造成了极大的经济损失，严重影响了人们的正常生活，威胁了社会安全，也为电力系统安全稳定运行敲响了警钟。

为了保证电网的可靠运行，电力通信网的可靠运行是重要前提，因此建设一个更安全，更稳定，更可靠的电力通信网络是必须。电力通信网本身不同于公用通信网，由于其具备电力行业的特殊属性，对网络特性的要求方面有差异性，因此传统公用通信网的研究成果并不完全适用，故而需要对电力通信网可靠性进行专门的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：电力通信网本身不同于公用通信网，由于其具备电力行业的特殊属性，对网络特性的要求方面有差异性，因此传统公用通信网的研究成果并不完全适用的问题，本发明提供了解决上述问题的基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法。

本发明通过下述技术方案实现：

基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，包括以下步骤：

A.将电力通信网划分成电力系统层和通信系统层，分别构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；

B.根据步骤A各个评价体系，采用TOPSIS算法分别评价出电力系统层节点重要度、链路重要度；通信系统层节点重要度、链路重要度；

C.利用步骤B得到的电力系统层节点重要度值和通信系统层节点重要度值求得电力通信网节点重要度值；利用电力系统层链路重要度值和通信系统层链路重要度值求得电力通信网链路重要度值；

D.利用步骤C的电力通信网节点重要度值和链路重要度值，求得电力通信网可靠性测度。

通过构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，采用TOPSIS算法评价出电力系统层节点重要度、链路重要度，通信系统层节点重要度、链路重要度；采用电网关联度的概念计算出电力通信网节点重要度值、链路重要度值；最后根据重要度值评估出电力通信网可靠性测度；采用多属性决策方法评估电力通信网节点链路重要度，充分考虑电力通信网的行业特点，不仅考虑网络拓扑结构，而且综合多种电力通信相关指标，评价更具科学性和灵活性；解决电力通信网本身不同于公用通信网，由于其具备电力行业的特殊属性，对网络特性的要求方面有差异性，因此传统公用通信网的研究成果并不完全适用的问题。

进一步的，步骤B中的TOPSIS算法按照以下步骤进行：

B1.构建决策矩阵，对决策矩阵进行去量纲化处理，构成标准化决策矩阵；

B2.确定各指标权重，构建加权规范化矩阵；

B3.确定正负理想解，根据各方案到正负理想解的距离，计算各方案相对贴近度。

进一步的，步骤C中的电力通信网节点重要度值及链路重要度值按照以下步骤进行：

C1.求节点i的电网关联度n_pi，若通信节点i与一个电力节点j相对应，则进行如下求解：

n_pi＝z_pj，

其中，z_pj为节点j的重要度。

C2.若通信节点i与多个电力节点对应，则进行如下求解：

式中B是与通信节点i相连的所有电力节点的集合；

C3.求电力通信网节点重要度n_i，则进行如下求解：

n_i＝n_pi+z_ci-n_pi×z_ci；

C4.求链路的电网关联度，若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间有直接相连的链路，则进行如下求解：

l_p(i,j)＝z_p(k,l)，

式中z_p(k,l)是链路的重要度；

C5.若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间没有直接相连的链路，则选择节点i、j间的最短路径，则进行如下求解：

式中C是电力系统层节点k、节点l间最短路径包含的所有路径的集合；

C6.求电力通信网链路重要度l_i，则进行如下求解：

l_i＝l_p(i,j)+z_c(i,j)-l_p(i,j)×z_c(i,j)。

进一步的，步骤D包括以下步骤：

D1.归一化处理电力通信网节点重要度及电力通信网链路重要度；

D2.计算节点i到节点j间第k条传输路径的重要度L_ij(k)，则进行如下求解：

其中，P_eo为从节点i到节点j间第k条传输路径所包含的第o条链路归一化后的重要度，f_max为节点i到节点j间第k条传输路径包含的总链路数；

D3.求第i个节点到第j个节点的可靠性测度S_vij，则进行如下求解：

式中P_vi是节点i归一化后的重要度，P_max为节点i到节点j总的传输路径数目；

D4.计算第i个节点的可靠性测度S_vi，则进行如下求解：

式中，N为电力通信网中节点总数；

D5.计算电力通信网的可靠性测度S，则进行如下求解：

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，采用TOPSIS算法评价出电力系统层节点重要度、链路重要度，通信系统层节点重要度、链路重要度；采用电网关联度的概念计算出电力通信网节点重要度值、链路重要度值；最后根据重要度值评估出电力通信网可靠性测度；采用多属性决策方法评估电力通信网节点链路重要度，充分考虑电力通信网的行业特点，不仅考虑网络拓扑结构，而且综合多种电力通信相关指标，评价更具科学性和灵活性；解决电力通信网本身不同于公用通信网，由于其具备电力行业的特殊属性，对网络特性的要求方面有差异性，因此传统公用通信网的研究成果并不完全适用的问题；

2、本发明通过评估出电力系统层各节点重要度，链路重要度，通信系统层各节点重要度，链路重要度；识别出关键节点和链路，对进一步采取相关策略进行重要环节的保护，提高网络可靠性，提供了可靠依据；

3、本发明具备很好的适应性，灵活性，对于不同拓扑、不同评价指标的网络，均可进行有效评价，且该方法具有较高可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的流程示意图。

图2为实施例的电力-通信复合系统图。

图3为实施例的电力系统层节点重要度评价体系；

图4为实施例的通信系统层节点重要度评价体系；

图5为实施例的电力系统层链路重要度评价体系；

图6为实施例的通信系统层链路重要度评价体系；

图7为实施例的节点攻击情况下电力通信网可靠性变化情况；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图6所示，基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，包括以下步骤：

A.将电力通信网划分成电力系统层和通信系统层，分别构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；

B.根据步骤A各个评价体系，采用TOPSIS算法分别评价出电力系统层节点重要度、链路重要度；通信系统层节点重要度、链路重要度；

C.利用步骤B得到的电力系统层节点重要度值和通信系统层节点重要度值求得电力通信网节点重要度值；利用电力系统层链路重要度值和通信系统层链路重要度值求得电力通信网链路重要度值；

D.利用步骤C的电力通信网节点重要度值和链路重要度值，求得电力通信网可靠性测度。

通过构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系，采用TOPSIS算法评价出电力系统层节点重要度、链路重要度，通信系统层节点重要度、链路重要度。采用电网关联度的概念计算出电力通信网节点重要度值、链路重要度值。最后根据重要度值评估出电力通信网可靠性测度

实施时，步骤B中的TOPSIS算法按照以下步骤进行：

B1.构建决策矩阵，对决策矩阵进行去量纲化处理，构成标准化决策矩阵；

B2.确定各指标权重，构建加权规范化矩阵；

B3.确定正负理想解，根据各方案到正负理想解的距离，计算各方案相对贴近度。

进一步的，步骤C中的电力通信网节点重要度值及链路重要度值按照以下步骤进行：

C1.求节点i的电网关联度n_pi，若通信节点i与一个电力节点j相对应，则进行如下求解：

n_pi＝z_pj，

其中，z_pj为节点j的重要度。

C2.若通信节点i与多个电力节点对应，则进行如下求解：

式中B是与通信节点i相连的所有电力节点的集合；

C3.求电力通信网节点重要度n_i，则进行如下求解：

n_i＝n_pi+z_ci-n_pi×z_ci；

C4.求链路的电网关联度，若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间有直接相连的链路，则进行如下求解：

l_p(i,j)＝z_p(k,l)，

式中z_p(k,l)是链路的重要度；

C5.若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间没有直接相连的链路，则选择节点i、j间的最短路径，则进行如下求解：

式中C是电力系统层节点k、节点l间最短路径包含的所有路径的集合；

C6.求电力通信网链路重要度l_i，则进行如下求解：

l_i＝l_p(i,j)+z_c(i,j)-l_p(i,j)×z_c(i,j)。

进一步的，步骤D包括以下步骤：

D1.归一化处理电力通信网节点重要度及电力通信网链路重要度；

D2.计算节点i到节点j间第k条传输路径的重要度L_ij(k)，则进行如下求解：

其中，P_eo为从节点i到节点j间第k条传输路径所包含的第o条链路归一化后的重要度，f_max为节点i到节点j间第k条传输路径包含的总链路数；

D3.求第i个节点到第j个节点的可靠性测度S_vij，则进行如下求解：

式中P_vi是节点i归一化后的重要度，P_max为节点i到节点j总的传输路径数目；

D4.计算第i个节点的可靠性测度S_vi，则进行如下求解：

式中，N为电力通信网中节点总数；

D5.计算电力通信网的可靠性测度S，则进行如下求解：

例如从实际电力通信网中提取出电力系统层17节点-通信系统层16节点复合图，在MATLAB中进行仿真分析，分别求得各个评价指标体系内各个指标的值，然后求得电力系统层各节点的重要度值，通信系统层各节点的重要度值，可识别出重要节点，求得电力系统层各链路的重要度值，通信系统层各链路的重要度值，可识别出重要链路，最后使用MATLAB求得电力通信网可靠性测度；

如图7所示，为验证其有效性，对电力通信网进行节点攻击，通过电力通信网可靠性变化验证该发明的有效性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将电力通信网划分成电力系统层和通信系统层，分别构建电力系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；通信系统层节点重要度评价体系，链路重要度评价体系；

B.根据步骤A各个评价体系，采用TOPSIS算法分别评价出电力系统层节点重要度、链路重要度；通信系统层节点重要度、链路重要度；

C.利用步骤B得到的电力系统层节点重要度值和通信系统层节点重要度值求得电力通信网节点重要度值；利用电力系统层链路重要度值和通信系统层链路重要度值求得电力通信网链路重要度值；

D.利用步骤C的电力通信网节点重要度值和链路重要度值，求得电力通信网可靠性测度；

其中，步骤D包括以下步骤：

D1.归一化处理电力通信网节点重要度及电力通信网链路重要度；

D2.计算节点i到节点j间第k条传输路径的重要度L_ij(k)，则进行如下求解：

其中，P_eo为从节点i到节点j间第k条传输路径所包含的第o条链路归一化后的重要度，f_max为节点i到节点j间第k条传输路径包含的总链路数；

D3.求第i个节点到第j个节点的可靠性测度S_vij，则进行如下求解：

式中P_vi是节点i归一化后的重要度，P_max为节点i到节点j总的传输路径数目；

D4.计算第i个节点的可靠性测度S_vi，则进行如下求解：

式中，N为电力通信网中节点总数；

D5.计算电力通信网的可靠性测度S，则进行如下求解：

2.根据权利要求1所述的基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，其特征在于，所述步骤B中的TOPSIS算法按照以下步骤进行：

B1.构建决策矩阵，对决策矩阵进行去量纲化处理，构成标准化决策矩阵；

B2.确定各指标权重，构建加权规范化矩阵；

B3.确定正负理想解，根据各方案到正负理想解的距离，计算各方案相对贴近度。

3.根据权利要求1所述的基于节点及链路重要度的电力通信网可靠性研究方法，其特征在于，所述步骤C中的电力通信网节点重要度值及链路重要度值按照以下步骤进行：

C1.求节点i的电网关联度n_pi，若通信节点i与一个电力节点j相对应，则进行如下求解：

n_pi＝z_pj，

其中，z_pj为节点j的重要度；

C2.若通信节点i与多个电力节点对应，则进行如下求解：

式中B是与通信节点i相连的所有电力节点的集合；

C3.求电力通信网节点重要度n_i，则进行如下求解：

n_i＝n_pi+z_ci-n_pi×z_ci；

C4.求链路的电网关联度，若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间有直接相连的链路，则进行如下求解：

l_p(i,j)＝z_p(k,l)，

式中z_p(k,l)是链路的重要度；

C5.若与某通信链路两端节点i、j相连的电力节点k、l间没有直接相连的链路，则选择节点i、j间的最短路径，则进行如下求解：

式中C是电力系统层节点k、节点l间最短路径包含的所有路径的集合；

C6.求电力通信网链路重要度l_i，则进行如下求解：

l_i＝l_p(i,j)+z_c(i,j)-l_p(i,j)×z_c(i,j)。