CN114039838A - 基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关设备 - Google Patents

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CN114039838A CN202111601391.9A CN202111601391A CN114039838A CN 114039838 A CN114039838 A CN 114039838A CN 202111601391 A CN202111601391 A CN 202111601391A CN 114039838 A CN114039838 A CN 114039838A
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Abstract

本公开提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关设备，通过目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，基于K最短路径算法计算通信网中通信节点至控制中心节点的路由，使用最大不相交的主备路由进行网络优化。通过引发级联故障，输出在级联故障下未故障的通信节点和未故障的配电节点的数量，从而确定最大不相交的双路由保护下的电力CPS的联锁故障生存参数，有助于及时发现电力CPS的投产风险，为提高CPS系统生存性提供技术参考。

Description

基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关 设备
技术领域
本公开涉及电力系统技术领域，尤其涉及基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关设备。
背景技术
随着智能电网的建设，先进信息通信技术(Information CommunicationTechnology，ICT)的大量应用，提高了电力系统的可观和可控性，因而将这种新型的电力系统称之为信息物理系统(Cyber-physical System，CPS)。在电力CPS中，电网需要通信网进行数据传输并实施控制功能，通信网依靠电网供电，这种相互依赖性的特征可能触发级联故障，并最终导致电力CPS的完全崩溃。因此，研究电力CPS级联故障风险评估及其保护策略具有重要的理论价值和现实意义。
在电力CPS级联故障影响中，抑制级联故障多从改变网络的内部拓扑结构或增强内部节点的属性上考虑，例如修改相互依赖网络的内部结构或引入增强节点。然而基础设施网络的功能与网络的内部拓扑结构和节点的性质密切相关。因此，上述策略会影响网络的原始功能，而且操作复杂且昂贵。有些研究强调了保护关键节点的重要性。保护关键部件可能会降低发生故障的可能性，而不是从根本上提高系统的生存性，很难通过保护某些关键部件或网络升级来提高生存性。电力CPS系统路由优化实现相对简单，对提高电力CPS系统生存性具有重要意义。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关设备，技术方案如下：
基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法，包括：
获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，所述耦合关系网络包括：与所述电网对应的发电机节点和配电节点、与所述通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；
利用K最短路径算法，分别确定所述耦合关系网络中各所述通信节点至所述控制中心节点的多条路由；
对任一所述通信节点：将该通信节点至所述控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；
在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量；
利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，所述计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，包括：
对除所述主路由以外的其他路由中的任一路由：确定该路由上与所述主路由重合的所述通信节点的第三数量；根据该路由和所述主路由包括的所述通信节点的第四数量与所述第三数量，确定该路由与所述主路由的相交度。
可选的，所述根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由，包括：
将所述相交度最小的路由确定为该通信节点的备路由。
可选的，所述在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量，包括：
在所述耦合关系网络中随机设置预设比例的第一故障通信节点，将所述耦合关系网络中除所述第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点；
对任一所述第一生存通信节点：确定该第一生存通信节点至所述控制中心节点的所述主路由和所述备路由是否连通，若均不连通，则将该第一生存通信节点确定为第二故障通信节点；
将所述第一故障通信节点和所述第二故障通信节点确定为第三故障通信节点，对任一所述第三故障通信节点中继的所述配电节点：确定该配电节点所通信依赖的所述通信节点是否为所述第三故障通信节点，如果是，则将该配电节点确定为第一故障电力节点，如果否，则将该配电节点确定为第一生存电力节点；
对任一所述第一生存电力节点：确定该第一生存电力节点是否与所述发电机节点连通，如果未连通，则确定该第一生存电力节点为第二故障电力节点；
将所述第一故障电力节点和所述第二故障电力节点确定为第三故障电力节点，对任一所述第三故障电力节点：确定该第三故障电力节点所提供能量的所述通信节点是否为所述第三故障通信节点，如果是，则将所述第三故障通信节点确定为第一故障通信节点，返回执行所述将所述耦合关系网络中除所述第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点的步骤，如果不是，则确定所述耦合关系网络中除所述第三故障通信节点以外未故障的所述通信节点的第一数量以及除所述第三故障电力节点以外未故障的所述配电节点的第二数量。
可选的，所述利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数，包括：
利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的节点生存比例参数；
基于各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，所述利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的节点生存比例参数，包括：
根据在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的生存节点数量；
分别计算各次所述级联故障下的生存节点数量与所述耦合关系网络中节点总数量的比例，获得各次所述级联故障下的节点生存比例参数。
可选的，所述基于各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数，包括：
对各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数求和，获得节点生存总数量；
计算所述节点生存总数量与所述预设次数的比例，获得所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置，包括：耦合关系网络获得单元、通信路由确定单元、主备路由确定单元、未故障节点数量确定单元以及联锁故障生存参数确定单元，
所述耦合关系网络获得单元，用于获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，所述耦合关系网络包括：与所述电网对应的发电机节点和配电节点、与所述通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；
所述通信路由确定单元，用于利用K最短路径算法，分别确定所述耦合关系网络中各所述通信节点至所述控制中心节点的多条路由；
所述主备路由确定单元，用于对任一所述通信节点：将该通信节点至所述控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；
所述未故障节点数量确定单元，用于在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量；
所述联锁故障生存参数确定单元，用于利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述任一项所述的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
借由上述技术方案，本公开提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法及相关设备，获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，耦合关系网络包括：与电网对应的发电机节点和配电节点、与通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；利用K最短路径算法，分别确定耦合关系网络中各通信节点至控制中心节点的多条路由；对任一通信节点：将该通信节点至控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除主路由以外的其他路由与主路由的相交度，根据其他路由中各路由对应的相交度，在其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；在耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各通信节点的主路由和备路由，确定在各次级联故障下未故障的通信节点的第一数量和未故障的配电节点的第二数量；利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。本公开通过目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，基于K最短路径算法计算通信网中通信节点至控制中心节点的路由，使用最大不相交的主备路由进行网络优化。通过引发级联故障，输出在级联故障下未故障的通信节点和未故障的配电节点的数量，从而确定最大不相交的双路由保护下的电力CPS的联锁故障生存参数，有助于及时发现电力CPS的投产风险，为提高CPS系统生存性提供技术参考。
上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本公开实施例提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法的一种实施方式的流程示意图；
图2示出了本公开实施例提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法的另一种实施方式的流程示意图；
图3示出了本公开实施例提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置的结构示意图；
图4示出了本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本公开实施例提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法的一种实施方式的流程示意图，可以包括：
S100、获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，耦合关系网络包括：与电网对应的发电机节点和配电节点、与通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系。
在电力CPS中包括电网以及通信网。电网包括发电机节点、配电节点以及相应的电力线路。通信网包括控制中心节点、通信节点以及相应的通信链路。发电机节点可以向配电节点进行供电，配电节点可以向通信节点进行供电。通信节点负责进行数据通信。配电节点可依赖通信节点进行数据传输。控制中心节点负责对电网进行控制。
本公开实施例可以预先设定电网与通信网的耦合关系，根据电网与通信网的内在相似性策略，对电网涉及的节点以及通信网涉及的节点采用相同的拓扑结构，从而获得初始化网络拓扑参数后的耦合关系网络。
S200、利用K最短路径算法，分别确定耦合关系网络中各通信节点至控制中心节点的多条路由。
S300、对任一通信节点：将该通信节点至控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除主路由以外的其他路由与主路由的相交度，根据其他路由中各路由对应的相交度，在其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由。
其中，最短路由为该通信节点至控制中心所经过其他通信节点最少的路由。本公开实施例通过将最短路由确定为主路由，再在其他路由中确定与主路由相交度最小的路由确定为备路由，使用最大不相交双路由对通信网进行网络优化，可以对最大不相交双路由保护下的的电力CPS进行生存性评估。
可选的，本公开实施例可以对除主路由以外的其他路由中的任一路由：确定该路由上与主路由重合的通信节点的第三数量；根据该路由和主路由包括的通信节点的第四数量与第三数量，确定该路由与主路由的相交度。
本公开实施例可以判断该其他路由中的任一路由上的通信节点是否为主路由上的通信节点，用K(s,t,i)表示：
Figure BDA0003431902530000071
式中，path(s,t)1为通信节点s到控制中心节点t的主路由，path(s,t)2为通信节点s到控制中心节点t的该路由。
本公开实施例可以通过公式：
Figure BDA0003431902530000072
计算出该路由与主路由的相交度，其中，L(s,t)为该路由与主路由的相交度，
Figure BDA0003431902530000073
为第三数量。N(s,t)为第四数量。
可选的，本公开实施例可以将相交度最小的路由确定为该通信节点的备路由。
本公开实施例可以通过计算通信网中路由相交度，将相交度最小的路由确定为该通信节点的备路由。
具体的，通过公式
Figure BDA0003431902530000081
式中，T表示通信网中双路由数量。
S400、在耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各通信节点的主路由和备路由，确定在各次级联故障下未故障的通信节点的第一数量和未故障的配电节点的第二数量。
其中，级联故障(Cascading Failure)也称为联锁故障，指的是电力CPS中一个或少数几个通信节点故障会通过节点之间的耦合关系引发其他节点也发生故障。
可选的，预设次数可以为50。
本公开实施例可以在耦合关系网络中每次随机故障预设比例的通信节点，从而引发级联故障。具体的，本公开实施例可以在耦合关系网络中依次由初始故障引发级联故障，并进行故障信息传递，获得每次引发级联故障后未故障的通信节点和配电节点的数量。
可选的，本公开实施例可以在耦合关系网络中随机设置预设比例的第一故障通信节点，将耦合关系网络中除第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点。
本公开实施例可以对任一第一生存通信节点：确定该第一生存通信节点至控制中心节点的主路由和备路由是否连通，若均不连通，则将该第一生存通信节点确定为第二故障通信节点。
假设主路由和备路由为path(Ri,C)，则故障传播关系可以为：
Figure BDA0003431902530000082
该公式表示的是通信节点Ri故障时的约束条件，即通信节点Ri到控制中心节点C的主路由和备路由均不连通。
可以理解的，在该通信节点的主路由和备路由均不连通时，该通信节点无法与控制中心节点进行通信，即该通信节点的主路由和备路由已不存在，可以确定该通信节点发生故障。在该通信节点的主路由和备路由中任一路由依然连通时，该通信节点依然可以与控制中心节点进行通信，可以确定该通信节点未故障。
本公开实施例可以将第一故障通信节点和第二故障通信节点确定为第三故障通信节点，对任一第三故障通信节点中继的配电节点：确定该配电节点所通信依赖的通信节点是否为第三故障通信节点，如果是，则将该配电节点确定为第一故障电力节点，如果否，则将该配电节点确定为第一生存电力节点。
其中，第三故障通信节点中继的配电节点可以是与该第三故障通信节点直接连接的配电节点。需要说明的是，配电节点所供电的通信节点不一定是该配电节点所通信依赖的通信节点。例如：配电节点1可以向通信节点2进行供电，依赖通信节点3进行数据传输。
假设通信节点的中继的配电节点为Si，则故障传播关系可以为：
Figure BDA0003431902530000091
其中，(Ri,Si)∈Actrl表示的是通信节点Ri与配电节点Si属于中继关系Actrl，该公式表示的是通信节点Ri故障时的约束条件，即配电节点Si所通信依赖的通信节点Ri无法连接到控制中心节点C。
本公开实施例可以对任一第一生存电力节点：确定该第一生存电力节点是否与发电机节点连通，如果未连通，则确定该第一生存电力节点为第二故障电力节点。
若配电节点与发电机节点未连通，即无发电机节点向该配电节点进行供电，则确定该配电节点故障。假设发电机节点为Gi，则该故障传播关系可以为：
Figure BDA0003431902530000092
其中，该公式表示的是配电节点Si故障时的约束条件，即无发电机节点Gi为配电节点Si供电。
本公开实施例可以将第一故障电力节点和第二故障电力节点确定为第三故障电力节点，对任一第三故障电力节点：确定该第三故障电力节点所提供能量的通信节点是否为第三故障通信节点，如果是，则将第三故障通信节点确定为第一故障通信节点，返回执行将耦合关系网络中除第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点的步骤，如果不是，则确定耦合关系网络中除第三故障通信节点以外未故障的通信节点的第一数量以及除第三故障电力节点以外未故障的配电节点的第二数量。
假设配电节点Si所提供能量的通信节点Ri为，则该故障传播关系可以为：
Figure BDA0003431902530000101
其中，Aenergy表示的是配电节点Si与通信节点Ri的能量提供关系，该公式表示的是通信节点Ri故障时的约束条件，即无配电节点Si为通信节点Ri供电。
本公开实施例可以将耦合关系网络中通信节点的总数量减去故障的通信节点的数量，得到未故障的通信节点的第一数量。本公开实施例可以将耦合关系网络中配电节点的总数量减去故障的配电节点的数量，得到未故障的配电节点的第二数量。
S500、利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，基于图1所示的方法，如图2所示，本公开实施例提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法的另一种实施方式的流程示意图，步骤S500可以包括：
S510、利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定各次级联故障下的节点生存比例参数。
可选的，本公开实施例可以根据在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定各次级联故障下的生存节点数量。分别计算各次级联故障下的生存节点数量与耦合关系网络中节点总数量的比例，获得各次级联故障下的节点生存比例参数。
具体的，本公开实施例可以将第一数量与第二数量的和值确定为生存节点数量。
本公开实施例可以通过公式：
Figure BDA0003431902530000102
计算出节点生存比例参数，其中，E为节点生存比例参数。N为耦合关系网络中节点总数量。Nfail为故障的通信节点和故障的配电节点的数量。
S520、基于各次级联故障下的节点生存比例参数，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，本公开实施例可以对各次级联故障下的节点生存比例参数求和，获得节点生存总数量。计算节点生存总数量与预设次数的比例，获得目标电力CPS的联锁故障生存参数。
具体的，本公开实施例可以通过公式：
Figure BDA0003431902530000111
计算出目标电力CPS的联锁故障生存参数，其中，R为联锁故障生存参数。M为预设次数。
本公开提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法，获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，耦合关系网络包括：与电网对应的发电机节点和配电节点、与通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；利用K最短路径算法，分别确定耦合关系网络中各通信节点至控制中心节点的多条路由；对任一通信节点：将该通信节点至控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除主路由以外的其他路由与主路由的相交度，根据其他路由中各路由对应的相交度，在其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；在耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各通信节点的主路由和备路由，确定在各次级联故障下未故障的通信节点的第一数量和未故障的配电节点的第二数量；利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。本公开通过目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，基于K最短路径算法计算通信网中通信节点至控制中心节点的路由，使用最大不相交的主备路由进行网络优化。通过引发级联故障，输出在级联故障下未故障的通信节点和未故障的配电节点的数量，从而确定最大不相交的双路由保护下的电力CPS的联锁故障生存参数，有助于及时发现电力CPS的投产风险，为提高CPS系统生存性提供技术参考。
虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
与上述方法实施例相对应，本公开实施例还提供一种基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置，其结构如图3所示，可以包括：耦合关系网络获得单元100、通信路由确定单元200、主备路由确定单元300、未故障节点数量确定单元400以及联锁故障生存参数确定单元500。
耦合关系网络获得单元100，用于获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，耦合关系网络包括：与电网对应的发电机节点和配电节点、与通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系。
通信路由确定单元200，用于利用K最短路径算法，分别确定耦合关系网络中各通信节点至控制中心节点的多条路由。
主备路由确定单元300，用于对任一通信节点：将该通信节点至控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除主路由以外的其他路由与主路由的相交度，根据其他路由中各路由对应的相交度，在其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由。
未故障节点数量确定单元400，用于在耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各通信节点的主路由和备路由，确定在各次级联故障下未故障的通信节点的第一数量和未故障的配电节点的第二数量。
联锁故障生存参数确定单元500，用于利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，主备路由确定单元300，可以具体用于对除主路由以外的其他路由中的任一路由：确定该路由上与主路由重合的通信节点的第三数量；根据该路由和主路由包括的通信节点的第四数量与第三数量，确定该路由与主路由的相交度。
可选的，主备路由确定单元300，可以具体用于将相交度最小的路由确定为该通信节点的备路由。
可选的，未故障节点数量确定单元400具体用于在耦合关系网络中随机设置预设比例的第一故障通信节点，将耦合关系网络中除第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点；对任一第一生存通信节点：确定该第一生存通信节点至控制中心节点的主路由和备路由是否连通，若均不连通，则将该第一生存通信节点确定为第二故障通信节点；将第一故障通信节点和第二故障通信节点确定为第三故障通信节点，对任一第三故障通信节点中继的配电节点：确定该配电节点所通信依赖的通信节点是否为第三故障通信节点，如果是，则将该配电节点确定为第一故障电力节点，如果否，则将该配电节点确定为第一生存电力节点；对任一第一生存电力节点：确定该第一生存电力节点是否与发电机节点连通，如果未连通，则确定该第一生存电力节点为第二故障电力节点；将第一故障电力节点和第二故障电力节点确定为第三故障电力节点，对任一第三故障电力节点：确定该第三故障电力节点所提供能量的通信节点是否为第三故障通信节点，如果是，则将第三故障通信节点确定为第一故障通信节点，返回执行将耦合关系网络中除第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点的步骤，如果不是，则确定耦合关系网络中除第三故障通信节点以外未故障的通信节点的第一数量以及除第三故障电力节点以外未故障的配电节点的第二数量。
可选的，联锁故障生存参数确定单元500包括：节点生存比例参数确定子单元以及联锁故障生存参数确定子单元。
节点生存比例参数确定子单元，用于利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定各次级联故障下的节点生存比例参数。
联锁故障生存参数确定子单元，用于基于各次级联故障下的节点生存比例参数，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。
可选的，节点生存比例参数确定子单元，具体用于根据在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定各次级联故障下的生存节点数量；分别计算各次级联故障下的生存节点数量与耦合关系网络中节点总数量的比例，获得各次级联故障下的节点生存比例参数。
可选的，联锁故障生存参数确定子单元，具体用于对各次级联故障下的节点生存比例参数求和，获得节点生存总数量；计算节点生存总数量与预设次数的比例，获得目标电力CPS的联锁故障生存参数。
本公开提供的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置，获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，耦合关系网络包括：与电网对应的发电机节点和配电节点、与通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；利用K最短路径算法，分别确定耦合关系网络中各通信节点至控制中心节点的多条路由；对任一通信节点：将该通信节点至控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除主路由以外的其他路由与主路由的相交度，根据其他路由中各路由对应的相交度，在其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；在耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各通信节点的主路由和备路由，确定在各次级联故障下未故障的通信节点的第一数量和未故障的配电节点的第二数量；利用在各次级联故障下确定的第一数量和第二数量，确定目标电力CPS的联锁故障生存参数。本公开通过目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，基于K最短路径算法计算通信网中通信节点至控制中心节点的路由，使用最大不相交的主备路由进行网络优化。通过引发级联故障，输出在级联故障下未故障的通信节点和未故障的配电节点的数量，从而确定最大不相交的双路由保护下的电力CPS的联锁故障生存参数，有助于及时发现电力CPS的投产风险，为提高CPS系统生存性提供技术参考。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
所述基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置包括处理器和存储器，上述耦合关系网络获得单元100、通信路由确定单元200、主备路由确定单元300、未故障节点数量确定单元400以及联锁故障生存参数确定单元500等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来通过目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，基于K最短路径算法计算通信网中通信节点至控制中心节点的路由，使用最大不相交的主备路由进行网络优化。通过引发级联故障，输出在级联故障下未故障的通信节点和未故障的配电节点的数量，从而确定最大不相交的双路由保护下的电力CPS的联锁故障生存参数，有助于及时发现电力CPS的投产风险，为提高CPS系统生存性提供技术参考。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
本公开实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
如图4所示，本公开实施例提供了一种电子设备1000，电子设备1000包括至少一个处理器1001、以及与处理器1001连接的至少一个存储器1002、总线1003；其中，处理器1001、存储器1002通过总线1003完成相互间的通信；处理器1001用于调用存储器1002中的程序指令，以执行上述的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。本文中的电子设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本公开还提供了一种计算机程序产品，当在电子设备上执行时，适于执行初始化有基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法步骤的程序。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、装置、电子设备(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。
在一个典型的配置中，电子设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。电子设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
在本公开的描述中，需要理解的是，如若涉及术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本公开的限制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开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。
以上仅为本公开的实施例而已，并不用于限制本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法，其特征在于，包括：
获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，所述耦合关系网络包括：与所述电网对应的发电机节点和配电节点、与所述通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；
利用K最短路径算法，分别确定所述耦合关系网络中各所述通信节点至所述控制中心节点的多条路由；
对任一所述通信节点：将该通信节点至所述控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；
在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量；
利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，包括：
对除所述主路由以外的其他路由中的任一路由：确定该路由上与所述主路由重合的所述通信节点的第三数量；根据该路由和所述主路由包括的所述通信节点的第四数量与所述第三数量，确定该路由与所述主路由的相交度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由，包括：
将所述相交度最小的路由确定为该通信节点的备路由。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量，包括：
在所述耦合关系网络中随机设置预设比例的第一故障通信节点，将所述耦合关系网络中除所述第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点；
对任一所述第一生存通信节点：确定该第一生存通信节点至所述控制中心节点的所述主路由和所述备路由是否连通，若均不连通，则将该第一生存通信节点确定为第二故障通信节点；
将所述第一故障通信节点和所述第二故障通信节点确定为第三故障通信节点，对任一所述第三故障通信节点中继的所述配电节点：确定该配电节点所通信依赖的所述通信节点是否为所述第三故障通信节点，如果是，则将该配电节点确定为第一故障电力节点，如果否，则将该配电节点确定为第一生存电力节点；
对任一所述第一生存电力节点：确定该第一生存电力节点是否与所述发电机节点连通，如果未连通，则确定该第一生存电力节点为第二故障电力节点；
将所述第一故障电力节点和所述第二故障电力节点确定为第三故障电力节点，对任一所述第三故障电力节点：确定该第三故障电力节点所提供能量的所述通信节点是否为所述第三故障通信节点，如果是，则将所述第三故障通信节点确定为第一故障通信节点，返回执行所述将所述耦合关系网络中除所述第一故障通信节点以外的其他通信节点确定为第一生存通信节点的步骤，如果不是，则确定所述耦合关系网络中除所述第三故障通信节点以外未故障的所述通信节点的第一数量以及除所述第三故障电力节点以外未故障的所述配电节点的第二数量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数，包括：
利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的节点生存比例参数；
基于各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的节点生存比例参数，包括：
根据在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定各次所述级联故障下的生存节点数量；
分别计算各次所述级联故障下的生存节点数量与所述耦合关系网络中节点总数量的比例，获得各次所述级联故障下的节点生存比例参数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数，包括：
对各次所述级联故障下的所述节点生存比例参数求和，获得节点生存总数量；
计算所述节点生存总数量与所述预设次数的比例，获得所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
8.基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析装置，其特征在于，包括：耦合关系网络获得单元、通信路由确定单元、主备路由确定单元、未故障节点数量确定单元以及联锁故障生存参数确定单元，
所述耦合关系网络获得单元，用于获得目标电力CPS中电网与通信网的耦合关系网络，其中，所述耦合关系网络包括：与所述电网对应的发电机节点和配电节点、与所述通信网对应的控制中心节点和通信节点以及各节点之间的耦合关系；
所述通信路由确定单元，用于利用K最短路径算法，分别确定所述耦合关系网络中各所述通信节点至所述控制中心节点的多条路由；
所述主备路由确定单元，用于对任一所述通信节点：将该通信节点至所述控制中心节点的最短路由确定为该通信节点的主路由，计算出除所述主路由以外的其他路由与所述主路由的相交度，根据所述其他路由中各路由对应的所述相交度，在所述其他路由中确定一条路由为该通信节点的备路由；
所述未故障节点数量确定单元，用于在所述耦合关系网络中引发预设次数的级联故障，基于各所述通信节点的所述主路由和所述备路由，确定在各次所述级联故障下未故障的所述通信节点的第一数量和未故障的所述配电节点的第二数量；
所述联锁故障生存参数确定单元，用于利用在各次所述级联故障下确定的所述第一数量和所述第二数量，确定所述目标电力CPS的联锁故障生存参数。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
10.一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如权利要求1至7中任一项所述的基于最大不相交双路由的电力通信网故障分析方法。
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