CN109375136A - 电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法及装置，包括以下步骤：步骤⑴分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估指标体系；步骤⑵基于多目标规划方法，提出电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的评估方法；步骤⑶进行电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估。本发明提出的多目标规划方法，能够保证了电子式互感器运行安全可靠，充分的利用了电子式互感器与智能变电站通信安全方面所采集的量测数据，客观的反映了真实的电子式互感器与智能变电站通信的实际情况，有利于提升电子式互感器与智能变电站通信安全水平。

Description

电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法及装置

技术领域

本发明属于智能变电站技术领域，尤其是一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法及装置。

背景技术

电子式互感器是智能变电站基础数据来源的关键设备，电子式互感器的质量获得了国家电网的高度关注。国家电网公司早在2011年7月协调组织了国网多个部门就电子式互感器性能检测开展了专门的工作；国家电网公司又于2012年1月发布了《关于切实加强电子式互感器运行管理的通知》，同年4月，中国电科院组织召开《电子式互感器现场校验设备技术规范》等4项国家电网公司企业标准研讨会。为一个设备举行多次会议，可见电子式互感器在智能变电站和智能电网中的地位是相当重要的。

在国外，智能变电站的研究起步早于我国，这其中，又以欧洲和美国这些发达地区的智能电网建设最为领先，然而，在具体研究过程中，欧洲和美国研究的重点方向又有着不同的地方：

(1)欧洲的智能电网建设注重新能源的建设，从整个全球范围来对比，欧洲是太阳能发电，风力发电建设最好的地区，所有，在欧洲智能电网的建设过程中，他们引入了大量的新能源发电，特别是在风能的并网运行，太阳能发电过程中的控制管理，体现了欧洲智能电网注重新能源建设的特色。

(2)从美国的智能电网建设来看，他们更注重用电过程中用户端的体验，主要针对用户的具体用电要求及变化来实施智能化管理。在智能电网建设过程中，其实现方式包括智能电表、智能化抄表与以家庭为单位的规划用电管理，主要建设了基于无线方式的智能抄表及通讯网络。

上面这些地区与我国智能电网注重主网建设，特别是超高压与直流输电的建设、智能化变电站的建设都有所不同。因为智能变电站主站系统的通信安全不仅受到电磁环境、家族缺陷,温度等影响，也由来自于网络的恶意攻击等原因，因此，为保证电子式互感器运行安全可靠，有必要深入开展电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全评估方法研究，以提升电子式互感器的采集数据精准性，为智能变电站运维提供可靠的数据源支撑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法及装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：进行电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估，根据实际情况对每一个电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的指标进行综合计算获得指标分值，然后将每一个指标分值与赋权值相乘，并依次求和，得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值F，计算步骤如下：

其中，M_i是每一个电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的指标的指标分值， W_i是每一个指标对应的权重值。

而且，在进行电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估之前，依次进行如下步骤：

步骤⑴分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估指标体系M；

步骤⑵基于多目标规划方法，提出电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的评估方法。

而且，所述步骤1的综合评估指标体系M包括电磁环境指标M1、电子式互感器的温度影响因素指标M2和电子式互感器自身缺陷指标M3。

而且，所述电磁环境指标M1包括设备现场的电场强度M11、设备现场的磁场强度M12、设备现场的电晕噪声M13和现场的无线电干扰M14，这些指标数据均为实际现场获取。

而且，所述电子式互感器的温度影响因素指标M2包括设备现场的现场温度M21、设备的耐受最大温度M22、和设备的耐受最低温度M23，这些指标数据均为实际现场获取。

而且，所述电子式互感器自身缺陷指标M3包括设备的年损坏率M31和设备入场检测通过率M32，用如下公式计算：

式中,T退回是同一供应商同一批次年损坏总量；T总是同一供应商同一批次投入安装的总量，该数据从计量生产管理系统中读取；

式中,T故障是同一供应商同一批次入场检测时出现故障的电子式互感器总量；T总是同一供应商同一批次在线运行的电子式互感器总量，从计量生产管理系统中读取该数据。

而且，步骤⑵基于多目标规划方法用于求解综合评估指标权重值，计算过程包括如下步骤：

步骤①：设有q个待选方案，每个方案需考虑p个指标，用xjk表示第j个方案中的第k个指标，得到目标矩阵(xjk)p×q，选则相对隶属度公式对xjk规格化如下：

评价值与指标值正相关时，

评价值与指标值负相关时，

指标值取一固定值评价值最高时，

指标值在一定范围内时评价值最高，

其中，Δ_j表示1≤k≤q，σ_j表示max{dj-djmin,djmax-dj’}；

步骤②：得到指标的相对隶属度矩阵

R＝(rjk)p×q

步骤③：定义一个相对最优方案为基点方案，即G0＝(1，1，…，1，1)T，设p个指标对应的权重向量为W＝(ω₁，ω₂，…，ω_p-1，ω_p)^T，方案k愈靠近方案G0，偏离程度越小，则选用该方案可能性越大；

步骤④：据此建立多目标规划模型如下所示：

min g(ω)＝[g₁(ω)，g₂(ω)，…g_q(ω)]^T

步骤⑤：构造拉格朗日函数如下：

求其偏导，并令

对其求解可得

将所得权重归一化可得

而且，所述步骤步骤③：定义一个相对最优方案为基点方案时，采用方案k时通过公式q度量其与最优方案的偏离程度，g_k(ω)应越小越好。

而且，所述步骤④：据此建立多目标规划模型，每个方案相互独立，将对目标规划问题分解为多个单目标规划问题，单目标规划模型如下：

一种电子式互感器与智能变电站主站系统的通信安全评估装置，其特征在于：包括综合指标构建模块、多目标规划模块、综合评估模块以及存储模块，指标构建模块、多目标规划模块分别连接综合评估模块，综合评估模块连接存储模块；

指标构建模块用于分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建综合评估指标体系；

多目标规划模块用于求解综合评估指标权重值；

综合评估模块用于计算得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值；

存储模块用于存储综合评估值。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明提出了一种基于多目标规划方法的电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全综合评估方法，保证了电子式互感器运行安全可靠，提升了电子式互感器的采集数据精准性，为智能变电站运维提供了可靠的数据源支撑。

2、本发明提出的多目标规划方法，充分的利用了电子式互感器与智能变电站通信安全方面所采集的量测数据，客观的反映了真实的电子式互感器与智能变电站通信的实际情况，有利于提升电子式互感器与智能变电站通信安全水平。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于多目标规划方法的电子式互感器与主站系统的通信安全评估装置，包括综合指标构建模块、多目标规划模块、综合评估模块以及存储模块，指标构建模块、多目标规划模块分别连接综合评估模块，综合评估模块连接存储模块；

指标构建模块用于分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建综合评估指标体系；所述指标构建模块包括电磁环境指标构建模块、电子式互感器的温度影响因素指标构建模块和电子式互感器自身缺陷指标构建模块，分别构电磁环境指标、电子式互感器的温度影响因素指标以及电子式互感器自身缺陷指标；

多目标规划模块用于求解综合评估指标权重值；

综合评估模块用于计算得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值；

存储模块用于存储综合评估值。

一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，包括以下步骤：

步骤1、分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估指标体系M；

其中，综合评估指标体系M包括电磁环境指标M1、电子式互感器的温度影响因素指标M2和电子式互感器自身缺陷指标M3。

电磁环境指标M1包括设备现场的电场强度M11、设备现场的磁场强度M12、设备现场的电晕噪声M13和现场的无线电干扰M14，这些指标数据均可以用检测设备到实际现场获取。

电子式互感器的温度影响因素指标M2包括设备现场的现场温度M21、设备的耐受最大温度M22、和设备的耐受最低温度M23，这些指标数据均可以用检测设备到实际现场获取。

电子式互感器自身缺陷指标M3包括设备的年损坏率M31和设备入场检测通过率M32，这些指标数据均可以用检测设备到实际现场获取，用如下公式计算。

式中,T退回是同一供应商同一批次年损坏总量；T总是同一供应商同一批次投入安装的总量。该数据可从计量生产管理系统中读取。

式中,T故障是同一供应商同一批次入场检测时出现故障的电子式互感器总量；T总是同一供应商同一批次在线运行的电子式互感器总量。可从计量生产管理系统中读取该数据。

步骤2、基于多目标规划方法，提出电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的评估方法。

多目标规划方法用于求解综合评估指标权重值，计算的过程包括如下步骤：

步骤①：设有q个待选方案，每个方案需考虑p个指标，用xjk表示第j个方案中的第k个指标，可得到目标矩阵(xjk)p×q。为消除不同量纲的影响，选则相对隶属度公式对xjk规格化如下：

评价值与指标值正相关时，

评价值与指标值负相关时，

指标值取一固定值评价值最高时，

指标值在一定范围内时评价值最高，

其中，Δ_j表示1≤k≤q，σ_j表示max{dj-djmin,djmax-dj’}。

步骤②：得到指标的相对隶属度矩阵

R＝(rjk)p×q (7)

步骤③：定义一个相对最优方案为基点方案，即G0＝(1，1，…，1，1)T。设p个指标对应的权重向量为W＝(ω₁，ω₂，…，ω_p-1，ω_p)^T，方案k愈靠近方案G0，偏离程度越小，则选用该方案可能性越大。采用方案k时可通过公式

来度量其与最优方案的偏离程度。显然，g_k(ω)应越小越好。

步骤④：据此建立多目标规划模型如下所示：

由于每个方案相互独立，故可以将对目标规划问题分解为多个单目标规划问题，即

步骤⑤：构造拉格朗日函数如下：

求其偏导，并令

对其求解可得

将所得权重归一化可得

步骤3、进行电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估。

根据实际情况对每一个电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的指标进行综合计算获得指标分值，然后将每一个指标分值与赋权值相乘，并依次求和，得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值F，计算步骤如下：

下面以天津市某一个实际工程案例为例，对本发明的一种基于多目标规划方法的电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估方法进行实施应用，以验证本发明方法的可行性和有益效果。

选定天津市某智能变电站中电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估案例进行分析，其案例中的综合评估指标由现场的实际运行数据获取，多目标规划方法求取的综合指标赋权值。然后，在实际用户风险评估过程中，设定参考目标分为100分制，根据实际情况对综合评估的各项指标进行求值；最后将实际评分数值与权重进行相乘，并将所有指标求和，从而得到综合评估分数。

表1.电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估分值

从表1中不难发现，在上述工程的综合评估结论中，维数权重较大的是电子式互感器自身缺陷指标M3，属于电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全中的重点风险；而温度影响因素和电磁环境则是属于一般风险。在后续的工程推广应用中，针对以上定性结论，应积极采取一些相应措施，尽量将风险和影响因素降低到最低。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和 /或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和 /或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：根据实际情况对每一个电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的指标进行综合计算获得指标分值，然后将每一个指标分值与赋权值相乘，并依次求和，得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值F，计算步骤如下：

其中，M_i是每一个电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的指标的指标分值，W_i是每一个指标对应的权重值。

2.根据权利要求1所述的电子式互感器与智能变电站主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：在进行电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估之前，依次进行如下步骤：

步骤⑴分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建电子式互感器与智能变电站系统通信安全的综合评估指标体系M；

步骤⑵基于多目标规划方法，提出电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的评估方法。

3.根据权利要求2所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述步骤1的综合评估指标体系M包括电磁环境指标M1、电子式互感器的温度影响因素指标M2和电子式互感器自身缺陷指标M3。

4.根据权利要求3所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述电磁环境指标M1包括设备现场的电场强度M11、设备现场的磁场强度M12、设备现场的电晕噪声M13和现场的无线电干扰M14。

5.根据权利要求3所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述电子式互感器的温度影响因素指标M2包括设备现场的现场温度M21、设备的耐受最大温度M22、和设备的耐受最低温度M23。

6.根据权利要求3所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述电子式互感器自身缺陷指标M3包括设备的年损坏率M31和设备入场检测通过率M32，用如下公式计算：

式中,T退回是同一供应商同一批次年损坏总量；T总是同一供应商同一批次投入安装的总量；

式中,T故障是同一供应商同一批次入场检测时出现故障的电子式互感器总量；T总是同一供应商同一批次在线运行的电子式互感器总量。

7.根据权利要求2所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：步骤⑵基于多目标规划方法用于求解综合评估指标权重值，计算过程包括如下步骤：

步骤①：设有q个待选方案，每个方案需考虑p个指标，用xjk表示第j个方案中的第k个指标，得到目标矩阵(xjk)p×q，选则相对隶属度公式对xjk规格化如下：

评价值与指标值正相关时，

评价值与指标值负相关时，

指标值取一固定值评价值最高时，

指标值在一定范围内时评价值最高，

其中，Δ_j表示1≤k≤q，σ_j表示max{dj-djmin,djmax-dj’}；

步骤②：得到指标的相对隶属度矩阵

R＝(rjk)p×q

步骤③：定义一个相对最优方案为基点方案，即G0＝(1，1，…，1，1)T，设p个指标对应的权重向量为W＝(ω₁，ω₂，…，ω_p-1，ω_p)^T，方案k愈靠近方案G0，偏离程度越小，则选用该方案可能性越大；

步骤④：据此建立多目标规划模型如下所示：

min g(ω)＝[g₁(ω)，g₂(ω)，…g_q(ω)]^T

步骤⑤：构造拉格朗日函数如下：

求其偏导，并令

对其求解可得

将所得权重归一化可得

8.根据权利要求7所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述步骤③：定义一个相对最优方案为基点方案时，采用方案k时通过公式度量其与最优方案的偏离程度，g_k(ω)应越小越好。

9.根据权利要求7所述的电子式互感器与主站系统的通信安全评估方法，其特征在于：所述步骤④：据此建立多目标规划模型，每个方案相互独立，将对目标规划问题分解为多个单目标规划问题，单目标规划模型如下：

10.一种电子式互感器与智能变电站主站系统的通信安全评估装置，其特征在于：包括综合指标构建模块、多目标规划模块、综合评估模块以及存储模块，指标构建模块、多目标规划模块分别连接综合评估模块，综合评估模块连接存储模块；

指标构建模块用于分析电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的影响因素，构建综合评估指标体系；

多目标规划模块用于求解综合评估指标权重值；

综合评估模块用于计算得到电子式互感器与智能变电站主站系统通信安全的综合评估值；

存储模块用于存储综合评估值。