CN110782173A - 一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，包括以下步骤：S1、将突发电力事件作为顶上事件，进行事故树分析，确定引发顶上事件的基本事件，以及引发基本事件的底事件；S2、确定事故树中基本事件的最小割集，并根据最小割集计算事故树中每个底事件的结构重要度；S3、基于事故树进行BowTie风险评估，确定危险源、风险事件、风险威胁及潜在结果，设置防止突发电力事件发生的屏障进行BowTie风险管控。本发明采用事故树分析方法对突发电力事件进行逐层深入分析，并确定事故树中各底事件所对应的安全措施，有利于应急决策者快速做出科学的判断，降低突发电力事件发生的概率或潜在后果的严重程度。
Description
技术领域
本发明涉及突发电力事件故障分析推演领域，尤其是涉及泛在电力物联网下突发电力事件的方法
背景技术
泛在电力物联网是一种建立在互联网上的泛在网络，其技术的重要基础和核心依然是互联网。随着泛在电力物联网及其应用的发展，网络层系统环境的复杂性也随之增加。由于泛在电力物联网技术与其应用密切相关，为满足分布式异构环境的应用要求，实现各应用间的互操作和互通性，为物联网提供一个统一的架构和标准体系显得尤为重要。
同时，随着泛在电力物联网的全面建设，电网形态日趋复杂，电力潮流和电网故障演化机理不断由可预见向难以预见演变，泛在电力物联网电力安全突发电力事件的转化、蔓延、衍生、耦合及扩散等不同的演化模式相互交织,形成多条突发电力事件链并交叉到一起,可最终形成突发电力事件演化网络，这对电网的安全稳定运行提出了更高要求。
然而电力事故调查通常以调查者自身经验为主导，往往关注某些单一环节，对事故的分析仅限于查清事故原因，从而采取相应措施，预防事故再次发生。这种调查方式往往侧重于找出事故的显著原因，因而难以反映出事故的发展过程，调查结果也不足以为安全措施的制定提供全面科学依据。因此，需对事故进行系统全面分析，确定引起事故发生的基本原因事件。
因此，智能电网的多融合存在亟待攻克的信息安全机制瓶颈，并成为现代电网信息化的研究热点和难点。然而目前对于针对异构融合网络的泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，大部分研究仍处于定性描述阶段。
发明内容
本发明提供了一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，采用事故树分析方法对突发电力事件进行逐层深入分析，确定引发突发电力事件的直接原因，及突发电力事件发生后的潜在结果，并在事故树分析图基础上绘制出相应防护屏障，确定与之对应的安全措施，对整体事故中各个层次事件及其防护屏障进行可视化展示。
为了实现上述目的，本发明提供了一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，包括以下步骤：
S1、将突发电力事件作为顶上事件，进行事故树分析，确定引发顶上事件的基本事件，以及引发基本事件的底事件；
S2、确定事故树中基本事件的最小割集，并根据最小割集计算事故树中每个底事件的结构重要度；
S3、基于事故树进行BowTie风险评估，确定危险源、风险事件、风险威胁及潜在结果，设置防止突发电力事件发生的屏障进行BowTie风险管控。
所述的结构重要度的计算公式为：
式中，
为第i个基本事件的结构重要度系数；k为最小割集总数；kj为第j个最小割集；nj为第i个基本事件所在的kj割集的基本事件数。
优选地，所述的防止突发电力事件发生的屏障包括防御措施屏障、纠正措施屏障、抗干扰因素的措施屏障。
优选地，所述的防御措施屏障依据顶上事件的危险源、风险事件及风险威胁而建立，根据危险源、风险事件、风险威胁所对应的底事件的结构重要度排序，依次建立相对应的防御措施屏障。
优选地，危险源和/或风险事件和/或风险威胁所对应的事件为基本事件，则优先底事件建立基本事件所对应的的防御措施屏障。
优选地，纠正措施屏障依据顶上事件的潜在结果而建立。
优选地，所述的抗干扰因素的措施屏障依据可能会造成防御措施屏障和和/或纠正措施屏障失效的干扰因素而建立。
本发明具有以下优点：
采用事故树分析方法对突发电力事件进行逐层深入分析，不仅能分析出突发电力事件的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因，并在事故树分析图基础上绘制出相应防护屏障，确定与之对应的安全措施，对整体事故中各个层次事件及其防护屏障进行可视化展示，使决策者一目了然，有利于应急决策者快速做出科学的判断，并采取正确措施及时制止事故发生。
附图说明
图1为本发明提供的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法的流程图；
图2为本发明实施例的顶上事件的事故树分析图；
图3为本发明实施例的BowTie可视化分析图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示为本发明提供的一种突发电力事件的推演方法，包括以下步骤：
S1、将突发电力事件作为顶上事件，进行事故树分析，确定引发顶上事件的基本事件，以及引发基本事件的底事件；
如图2所示，所要分析的顶上事件记为T，按照因果关系对顶上事件T逐层深入分析，层顶上事件由M1层事件(M11、M12、M13……M1n)引发，M1层事件由M2层事件(M21、M22、M23……M2n)引发，……，层层分析组成上级事件的下级事件，罗列出每层事件对应的原因，直到找出引发顶上事件的基本原因，即底事件(X1、X2、X3……Xn)，其中，中间层事件称为基本事件，最后用树形图的形式形象地展现出来。
S2、确定事故树中基本事件的最小割集(引起顶上事件发生的基本事件的最低限度的集合)，并根据最小割集计算事故树中每个底事件的结构重要度；
采用软件对顶上事件的事故树进行分析，得出其最小割集，并计算事故树中每个底事件的结构重要度，并对各个底事件的结构重要度进行排序。结构重要度的计算公式为：
式中，
为第i个基本事件的结构重要度系数；k为最小割集总数；kj为第j个最小割集；nj为第i个基本事件所在的kj割集的基本事件数。
结构重要度可从结构上分析各个底事件对顶上事件发生所产生的影响程度，底事件的结构重要度越大，其对顶上事件发生所做的贡献也就越大。
S3、基于事故树进行BowTie风险评估，确定危险源、风险事件、风险威胁及潜在结果，设置防止突发电力事件发生的屏障进行BowTie风险管控。
基于事故树分析图分析进行BowTie风险评估，通过借鉴以往事故经验以及相关专业知识分析判断树形图中的基本事件和底事件中，哪些事件是危险源、风险事件、风险威胁，哪些事件是潜在结果；并分别对危险源、风险事件及风险威胁提出相应的提前排查方法和防御措施屏障，根据危险源、风险事件、风险威胁所对应的底事件的结构重要度排序，依次建立相对应的防御措施屏障，若危险源和/或风险事件和/或风险威胁所对应的事件为基本事件，则优先建立基本事件所对应的防御措施屏障；对潜在结果提出预防方法和潜在结果发生后应采取的纠正措施屏障；分析可能会造成防御措施屏障和或纠正措施屏障失效的干扰因素，并对干扰因素提出抗干扰因素的措施屏障最后在树形图的基础上绘制这些方法和防护措施屏障，制作BowTie可视化分析图。
BowTie可视化分析图的八大元素包括危险源、风险事件、风险威胁、潜在结果、防御措施屏障、纠正措施屏障、干扰因素以及抗干扰因素的措施屏障。
所述的危险源是一种潜在可能造成人员伤亡、设备结构损伤、材料功能失能的条件、物体或活动。任何可能造成伤害或损失的来源，都是危险源，但危险源并不意味着就是后果，危险源的描述中不应包括后果。
所述的风险事件是伴随危险源次生出现的，每个风险事件都有对应的危险源，而每个危险源往往可能有多个风险事件伴随，风险事件中不包括事件后果。
所述的风险威胁是通过产生风险事件而导致危险源出现的原因或可能性。每个风险威胁都必须对应一个后果，但多个风险威胁可以对应用一个后果。每个风险威胁是独立存在的，不存在两个风险威胁相互干扰、影响。
所述的潜在结果是风险事件发生后可能产生的后果，每个潜在结果都必须至少对应一个风险威胁。
所述的防御和/或纠正措施屏障根据措施的实施阶段和程度不同，大体可细分为4种：清除性措施，可直接避免风险威胁发生；预防性措施，在风险威胁出现后可避免风险事件发生；减少性措施，在风险事件发生后可减少潜在结果发生的可能性；止损性措施，在潜在结果出现后，减少潜在结果带来的损失。
所述的干扰因素往往是造成某个措施屏障失效的原因，根据实际情况需要，结合相关专业知识对每个预防/措施屏障进行干扰因素的分析，也可以针对某个或某些有效性较低的措施屏障进行干扰因素分析，从而再针对干扰因素制定专门的措施屏障，最终达成闭环管控。
所述的抗干扰因素的措施屏障，其原理与预防/纠正措施屏障相同，可分为：清除性措施、预防性措施、减少性措施、止损性措施。
实施例
本发明提出一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，并以此方法分析阿根廷和乌拉圭互联电网发生大规模停电故障，包括以下步骤：
S1、将突发电力事件作为顶上事件，进行事故树分析，确定引发顶上事件的基本事件，以及引发基本事件的底事件；
确定“阿根廷和乌拉圭互联电网发生大规模停电故障”为顶上事件，调查或分析造成顶上事件的直接原因。经过查阅资料与分析，造成阿根廷和乌拉圭互联电网发生大规模故障的直接原因，主要是阿根廷电网故障(M11)和乌拉圭大面积停电(M12)。
通过分析发现，引起事件M12的原因主要有两个：异网融合发生故障(X1)和电网专职人员未能及时作出正确处理措施(X2)。阿根廷电网故障发生后，乌拉圭的电力相关部门未能提前防患于未然，针对异国跨网连接故障未能及时进行正确处理，采取正确方法补救，致使本国电网受相邻国家电网影响产生停电事件，所以二者共同组成本事故乌拉圭大面积停电的原因，若其中一项不成立，则本案例的大面积停电事件就不会发生，其关系为：M12＝X1×X2。
通过分析发现，引起事件M11的原因主要有两个：阿根廷电网跨网认证流程遭受到网络攻击(M21)和电网专职人员未能正确认证子节点授权而进行的误操作(X3)，这两个事件M21和X3的同时发生导致了事件M11的发生，其关系为：M11＝M21×X3。
通过分析发现，造成事件M21的原因有五个：电网控制中心节点验证子节点未能通过内网验证(X4)；通过内网验证后，接入中心没有解释出request里激活状态信息DS-RK(X5)；认证中心对DS-RK做DEA反运算，未得到临时指示结果(X6)；授权中心发送临时传输证书未能发送至请求节点，打开传输接口(X7)；请求节点授权后，并没有连接目标端口，完成传输(X8)。五者共同组成事件M21的原因，若其中一项不成立，则本案例的大面积停电事件就不会发生，其关系为：M21＝M4×M5×M6×M7×M8。
根据阿根廷和乌拉圭的互联电网发生大规模停电故障演变路径，为了便于进行事故树分析，选取可体现事件演化的关键要素，将各事件要素进行编号，见表1所示。
表1事件符号说明
| 符号 | 事件 |
| T | 多国大面积停电 |
| M11 | 阿根廷电网故障 |
| M12 | 乌拉圭大面积停电 |
| M21 | 阿根廷电网跨网认证流程遭受网络攻击 |
| X1 | 异网融合发生故障 |
| X2 | 电网专职人员未能及时作出正确处理措施 |
| X3 | 电网专职人员未能正确认证子节点授权而进行的误操作 |
| X4 | 内网验证未通过 |
| X5 | 接入中心未解释激活状态信息 |
| X6 | 认证中心未得到临时指示结果 |
| X7 | 临时传输证书未能发送至请求节点 |
| X8 | 没有成功连接目标端口完成传输 |
S2、确定事故树中基本事件的最小割集，并根据最小割集计算事故树中每个底事件的结构重要度；
采用FreeFta软件对阿根廷和乌拉圭互联网故障的事故树进行分析，得到其最小割集，见表2。
表2阿根廷和乌拉圭互联网故障最小割集表
| 分类 | 组合事件 |
| 最小割集 | K1＝{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8} |
选用结构重要度算法进行近似计算：
式中，
为第i个基本事件的结构重要度系数；k为最小割集总数；kj为第j个最小割集；nj为第i个基本事件所在的kj割集的基本事件数。
结合公式(1)及表2中最小割集对事故树底事件的结构重要度进行计算并排序，见表3。
表3事故树底事件的结构重要度计算结果
| 基本事件 | 结构重要度 | 基本事件 | 结构重要度 |
| X1 | 0.0078125 | X5 | 0.0078125 |
| X2 | 0.0078125 | X6 | 0.0078125 |
| X3 | 0.0078125 | X7 | 0.0078125 |
| X4 | 0.0078125 | X8 | 0.0078125 |
事故树底事件的结构重要度相等，其排序为：
I(X8)＝I(X7)＝I(X6)＝I(X5)＝I(X4)＝I(X3)＝I(X2)＝I(X1)
基于阿根廷和乌拉圭互联电网故障的分析情况，对于已发生事故进行事故树分析时，基本事件往往基于前期调查结果进行选取且排除了可能事件，导致事故树以与门为主，或门较少。事故树分析图如图2所示，该大规模停电事故的主要原因在于多网融合下的跨网认证流程遭受网络攻击和异网融合日常运行维护不当引起的，与实际的调查报告相符，故验证本次事故树的分析的正确性。
S3、基于事故树进行BowTie风险评估，确定危险源、风险事件、风险威胁及潜在结果，设置防止突发电力事件发生的屏障进行BowTie风险管控。
基于事故树分析图进行BowTie风险评估，此次大规模停电事件发生主要由多网融合下的跨网认证流程遭受到网络攻击和异网融合日常运行维护不当引起。而对多网融合下的跨网认证流程遭受到网络攻击和异网融合日常运行维护不当，归根结底是由于电网运行管理缺失导致的。本次大规模停电事件不仅使得阿根廷亚西雷塔水电站设备被破坏，损失大量负荷，造成公共交通及商业活动等重要用户停电，甚至导致阿根廷、巴拉圭、乌拉圭的互联电网发生“大规模故障”，最终使三国完全停电。通过上述分析，确定多网融合下的跨网认证流程遭受到网络攻击、异网融合日常运行维护不当和电网运行管理缺失为三个风险威胁事件；负荷损失、重要用户停电及设备损坏和损失为潜在结果事件；结合电网管理实际，从电网的设备设计、风险控制角度建立防御措施屏障，由于事故树各底事件的结构重要度相等，即各底事件对顶上事件所产生的影响程度相同，因此，针对各个风险威胁建立防御措施屏障时没有先后顺序之分，见表2所示；从应急处置角度建立纠正措施屏障，见表3所示。经过上述对威胁、防护屏障、后果及控制措施分析，建立以大规模停电为顶级事件的BowTie可视化分析图，如图3所示。
表2依据风险威胁建立的防御措施屏障
表3依据潜在结果建立的纠正措施屏障
本发明中采用事故树分析方法对突发电力事件进行逐层深入分析，不仅能分析出突发电力事件的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因，并在事故树分析图基础上绘制出相应防护屏障，确定与之对应的安全措施，对整体事故中各个层次事件及其防护屏障进行可视化展示，使决策者一目了然，有利于应急决策者快速做出科学的判断，并采取正确措施及时制止事故发生。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将突发电力事件作为顶上事件，进行事故树分析，确定引发顶上事件的基本事件，以及引发基本事件的底事件；
S2、确定事故树中基本事件的最小割集，并根据最小割集计算事故树中每个底事件的结构重要度；
S3、基于事故树进行BowTie风险评估，确定危险源、风险事件、风险威胁及潜在结果，设置防止突发电力事件发生的屏障进行BowTie风险管控。
2.如权利要求1所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，所述的结构重要度的计算公式为：
式中，
为第i个基本事件的结构重要度系数；k为最小割集总数；kj为第j个最小割集；nj为第i个基本事件所在的kj割集的基本事件数。
3.如权利要求1所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，所述的防止突发电力事件发生的屏障包括防御措施屏障、纠正措施屏障、抗干扰因素的措施屏障。
4.如权利要求3所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，所述的防御措施屏障依据顶上事件的危险源、风险事件及风险威胁而建立，根据危险源、风险事件、风险威胁所对应的底事件的结构重要度从大到小排序，依次建立相对应的防御措施屏障。
5.如权利要求1所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，危险源和/或风险事件和/或风险威胁所对应的事件为基本事件，则优先底事件建立基本事件所对应的防御措施屏障。
6.如权利要求3所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，纠正措施屏障依据顶上事件的潜在结果而建立。
7.如权利要求3所述的一种泛在电力物联网突发电力事件的推演方法，其特征在于，所述的抗干扰因素的措施屏障依据可能会造成防御措施屏障和和/或纠正措施屏障失效的干扰因素而建立。
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