CN114048942B - Ies-cps系统信息-物理组合预想故障生成方法、装置、存储介质及计算设备 - Google Patents

Ies-cps系统信息-物理组合预想故障生成方法、装置、存储介质及计算设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IES‑CPS系统信息‑物理组合预想故障生成方法、装置、存储介质及计算设备，方法包括构建IES‑CPS信息预想故障集和物理预想故障集；设置物理预想故障，并结合当前系统运行模式确定信息故障传播模式；根据确定的信息故障传播模式，当前故障下的运行控制策略和网络分层耦合模型，进行信息传输路径搜索；在信息传输路径中设置信息预想故障，与设置的物理预想故障构成信息‑物理组合预想故障。本发明综合考虑了析IES‑CPS系统中子能源系统的多网络分层耦合关系，生成信息‑物理组合预想故障，当组合故障发生时对IES‑CPS安全性进行分析，并可通过安全分析结果得知故障的严重程度，从而筛选出关键节点或严重故障。

Description

IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法、装置、存储介 质及计算设备
技术领域
本发明属于综合能源技术领域，特别涉及一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法、装置、存储介质及计算设备。
背景技术
随着全球经济的快速发展，能源紧缺和环境问题的日趋严重。能源利用水平也被不断提升，能源发展方式逐渐从粗放式发展向提质增效转变。综合能源系统(IntegratedEnergy System，IES)立足于多能互补、能源梯级利用理论，能够大力发展可再生资源，有效控制能源消费，进一步提升能源利用效率，对应对能源需求激增、环境污染问题、气候变化等严峻挑战具有十分重要的意义。
另一方面，随着硬件产品性能和数据处理能力的不断提升，网络通信技术的飞速发展，计算机系统的信息化与智能化，信息物理融合系统(Cyber-Physical System，CPS)应运而生，通过一系列计算单元和物理对象在网络环境下的高度集成与交互来提高系统在信息处理、实时通信、远程精准控制以及组件自主协调等方面的能力。具体到综合能源系统方面，高度信息化和数字化发展的多能源系统本质上也是一种信息网络与能源网络。
现阶段针对信息能源系统的研究内容主要包括系统建模、分析和控制三大研究方向。现有的研究中，针对电力信息物理耦合系统的研究较多，针对综合能源信息物理系统研究的研究内容较少；且综合能源信息物理系统存在着明显的多系统、跨空间和多时间尺度等特点，与传统电力信息物理系统存在着明显的区别，所以不应全部照搬研究方法。
现有的研究内容中缺少从信息物理融合角度对IES的安全性分析研究。综合能源系统具有随机动态特性的多耦合能量流，同时引入具有强信息资源整合能力的互联网，并且能量流-信息流互作用特性增强。相较于传统的能源系统，综合能源系统更具有复杂性、互联性、开放性和共享性，其安全运行面临的不确定因素范围更广，系统运行过程中的信息透明度增强，任何随机或蓄意的破坏行为都可能造成极大的经济损失和社会危害。因此，有必要从信息物理融合的角度，分析IES-CPS的安全性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法、装置、存储介质及计算设备，通过构建信息-物理组合预想故障便于对IES-CPS安全性进行分析。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
本发明提供一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，包括：
构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；
根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
优选的，构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵包括：
基于综合能源信息物理融合系统中子能源系统的物理节点之间的连接与位置关系建立物理关联矩阵，若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的上游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝1；若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的下游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝0；若节点i和j无连接，则物理关联矩阵中元素pij＝0；所述子能源系统包括电网、气网和供热网；
基于子能源系统中信息节点之间的连接关系建立通信关联矩阵，若两个信息节点之间无连接，则通信关联矩中元素值为0，若两个信息节点之间连接，则通信关联矩中元素值为1；
基于子能源系统中二次设备间的之间的连接关系建立二次设备关联矩阵，若两个二次设备节点之间无连接，则二次设备关联矩中元素值为0，若两个二次设备节点之间连接，则二次设备关联矩中元素值为1；
基于子能源系统中信息节点和物理节点之间有无信息传递链路建立二次设备-物理关联矩阵，若信息节点和物理节点之间存在信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为1，若信息节点和物理节点之间无信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为0；
基于子能源系统中信息节点和二次设备节点之间有无信息传递链路建立通信-二次设备关联矩阵，若信息节点和二次设备节点之间存在信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为1，若信息节点和二次设备节点之间无信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为0；
基于不同子能源系统间是否存在耦合关系，建立网络分层耦合矩阵，若不同子能源系统的两节点之间存在耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为1，若不同子能源系统的两节点之间无耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为0；
所述耦合关系包括：子能源系统间的信息层拓扑耦合，子能源系统间的物理层拓扑耦合，和子能源系统间的信息层和物理层耦合。
优选的，基于所构建的关联矩阵构建物理预想故障集，包括：
设置所建立的关联矩阵中各子能源系统中物理节点故障，所述物理节点故障包括：电网线路的开断、热力网管和供气网管的损坏和故障。
优选的，基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集，包括：
设置所建立的关联矩阵中各子能源系统中信息节点及信息传递链路故障，包括：信息节点数据采集错误，信息传递链路延时和中断，以及控制终端信息节点拒动和误动。
优选的，所述筛选当前系统信息故障传播模式，包括：
对综合能源信息物理融合系统进行信息系统故障检测，将现有信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，确认是否发生信息系统故障；
当发生信息系统故障时，对当前综合能源信息物理融合系统运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位；
根据当前综合能源信息物理融合系统运行模式和信息系统故障位置，在预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选信息故障传播模式。
优选的，
预先构建信息故障传播模式数据库包括如下关键字段：运行模式名称、运行模式下的一级故障位置名称以及一级故障位置下对应的各故障传播模式。
优选的，所述进行信息传输路径搜索包括：
基于当前故障下的运行控制策略，确定系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及必须满足的传输防线；
在所确定的起点和终点之间，根据所确定的信息故障传播模式和网络分层耦合模型，采用深度搜索算法进行信息传输路径搜索。
本发明第二方面提供一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成装置，包括：
构建模块，用于构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；
设置模块，用于根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
筛选模块，用于根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
搜索模块，用于根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
以及，
组合模块，用于基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
优选的，所述筛选模块具体用于，
对综合能源信息物理融合系统进行信息系统故障检测，将现有信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，确认是否发生信息系统故障；
当发生信息系统故障时，对当前综合能源信息物理融合系统运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位；
根据当前综合能源信息物理融合系统运行模式和信息系统故障位置，在预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选信息故障传播模式。
优选的，所述搜索模块具体用于，
基于当前故障下的运行控制策略，确定系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及必须满足的传输防线；
在所确定的起点和终点之间，根据所确定的信息故障传播模式和网络分层耦合模型，采用深度搜索算法进行信息传输路径搜索。
本发明第三方面提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述的方法中的任一方法。
本发明第四方面提供一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述的方法中的任一方法的指令。
本发明所达到的有益效果为：
本发明综合考虑了综合能源信息物理融合系统中子能源系统的多网络分层耦合关系，生成信息-物理组合预想故障，当组合故障发生时对IES信息物理系统安全性进行分析，并可通过安全分析结果得知故障的严重程度，从而筛选出关键节点或严重故障。
附图说明
图1是本发明中信息-物理组合预想故障集生成方法流程；
图2是本发明中综合能源系统信息物理系统关联矩阵构成方式示例；
图3是本发明中子能源系统间网络分层耦合示意图；
图4是本发明中“电气定热”模式下各子能源系统之间的信息耦合及传递方式示例；
图5是本发明中信息系统故障在综合能源系统中的传播路径判断流程；
图6是本发明实施例中“电气定热”运行模式示例。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，包括：
构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；
根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
本发明的一个实施例提供一种IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤1：构建综合能源系统(Integrated Energy System，IES)中子能源系统的信息-物理系统关联矩阵；
步骤2：基于各子能源系统间的网络耦合关系，构建综合能源信息物理系统(IES-CPS)网络分层耦合矩阵；
步骤3：基于所建立的信息-物理系统关联矩阵分别生成IES的信息预想故障集和物理预想故障集；
步骤4：根据物理预想故障集对综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障，根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前状态下的运行控制策略(M)；
步骤5：基于当前系统运行模式(Y)和所设置的物理预想故障，在信息故障传播模式数据库中找到当前系统信息故障传播模式；
步骤6：基于步骤5确定的当前系统信息故障传播模式和步骤5确定的运行控制策略(M)，利用IES-CPS网络分层耦合矩阵和信息传输路径深度搜索算法，进行信息传输路径搜索；
步骤7：基于步骤6的信息传输路径结果，在信息传输路径中设置信息预想故障，生成IES-CPS的信息-物理组合预想故障集。故障类型可以有：1)数据错误，即采集信息的错误；2)传输故障：即信息在传输过程中的延时、中断；3)控制故障：即控制终端的拒动和误动。
本发明实施例，IES中子能源系统包括电网、气网和供热网，构建IES中子能源系统的信息-物理系统关联矩阵模型参见图2，具体如下：
(1)IES各子系统物理关联矩阵
根据IES供能物理侧的拓扑结构，采用有向拓扑矩阵P表示IES子能源物理拓扑结构中物理节点之间的连接与位置关系。其物理关联矩阵P结构定义如下：
式中：下标X表示不同的子能源系统，X＝[x1,x2,x3]，x1、x2、x3分别代表不同的子能源系统，k表示物理系统中的物理节点的个数，pij为IES子系统物理关联矩阵中的元素，表示物理节点中i和j之间的连接关系与位置关系，若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的上游位置，则pij＝1；若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的下游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝0；若节点i和j无连接，则pij＝0。
(2)IES子系统信息物理系统通信关联矩阵C
与物理层关联矩阵类似，对一个含m个通信节点的子能源通信网络采用双向拓扑矩阵C表示。结构定义如下所示，其中，当i＝j，cij表示信息节点；当cij＝0时，表示节点之间无连接；当cij＝1时，表示节点之间有连接。
(3)IES二次设备关联矩阵
类似的，对于一个含有n个二次设备的网络(将热力系统和天然气系统中的量测、监测和控制等设备等效成电力系统中的二次设备)，构建一个n×n阶的矩阵S，采用二次设备网邻接矩S阵来描述二次设备网络拓扑，矩阵S的结构定义如下：
二次设备节点i和j之间有直接连接时，Sij表示二次设备通道的性能。二次设备节点i和j之间无连接时，Sij＝0。考虑到IES运行的安全性，系统运行时不建议将各子系统的二次设备网络进行联结耦合，在复杂的耦合网络中，各系统二次设备网络的隔离有助于IES运行的安全稳定。因此，在对IES信息物理系统进行二次设备网络建模时，不考虑其节点之间存在耦合关系，无需引入“节点耦合强度”矩阵。
(4)二次设备-物理关联矩阵
与电力CPS相同，IES中信息节点和物理节点之间的有无信息传递链路可采用关联矩阵表示，如式(4)所示。/>表示设备之间存在着信息传递链路；/>表示设备之间无通信传递链路。该矩阵中的元素表示系统信息采集和命令执行的过程中物理实体和二次设备网络之间的关联关系。
(5)通信-二次设备关联矩阵
对包含n个二次设备节点和m个通信节点的IES信息物理耦合网络，采用n×m阶的通信节点-二次设备节点关联矩阵来描述信息上传或命令下发过程，其结构定义如下：
式中，表示设备之间存在着信息传递链路；/>表示设备之间无通信传递链路。其中，C←S描述监测信息上传的过程，C→S描述指令信息下发的过程。
本发明实施例中，构建能源信息物理系统(IES-CPS)网络分层耦合矩阵如下：
参见图3，IES信息物理系统中子能源系统首先单独构成关联矩阵模型，在构成子系统信息物理模型的基础上，引入“分层耦合矩阵”，从而表征出IES信息物理系统的特点。与电力CPS相比，IES的信息物理系统存在着复杂的网络耦合关系，主要体现在以下2个方面：
1)供能物理层由于能量耦合单元产生的物理网络耦合；
2)不同供能网络信息层中，受多能协调控制的通信业务的影响，也存在着通信网络节点之间的耦合；
3)IES中电力系统还可以为热网和气网的量测设备供电，或者为IES数据中心供电。
因此，需要引入“分层耦合矩阵”uM-N来解释IES信息物理系统关联矩阵模型中存在的复杂耦合关系问题，并量化表述耦合节点的耦合关系，uM-N的结构定义如下：
其中M和N分别代表不同的子能源系统，KM和KN分别为对应子能源系统的节点数，uij＝1时，两节点之间存在耦合关系；uij＝0时，两节点之间无耦合关系，主要表征的IES信息物理系统耦合特性有：子系统间的信息层拓扑耦合；子系统间的能量层拓扑耦合；子系统间的信息层和能量层耦合。
本发明实施例中，分别生成IES的信息预想故障集和物理预想故障集，具体如下：
信息预想故障集是针对IES信息通信网络中的信息故障生成的预想故障集。信息预想故障分为三类：数据错误、传输故障和控制故障。物理预想故障是针对IES能量传输层物理系统中出现的故障生成的预想故障集，主要包括电网线路的开端、热力网管和供气网管的损坏和故障。
本发明实施例中，还包括：考虑系统运行模式和IES中子能源系统间网络分层耦合，生成信息故障传播模式数据库，具体如下：
首先对IES信息-物理系统运行模式进行分析如下：
“电气定热”模式的运行要点是利用热力网络作为电能和气体能源生产/消费过程的储能备用并回收工艺流程余热，以保证局域网的电能和气体能源供应，提升能源的整体利用效率。如图6所示。其中，坐标轴表示能源局域网与能源主干网交换的能源类型，横轴表示与能源主干网(输气网)交换的气体能源，纵轴表示与能源主干网(输电网)交换的电力能源。图6中规定正方向表示用能方向，即从主干网获得电能/气体能源，负方向则表示向主干网输送电能/气体能源。
在第1象限中，综合能源系统消耗主干网中的电能与气体能源，在满足局域网的基本能源消耗条件下，富余的能量通过能源枢纽站的“电转热”和“气转热”装置转换为热能短期储存。在第2象限中，综合能源系统消耗电能，通过“电转气”装置转换为气体能源，就地储存或输送回能源主干网。在第3象限，综合能源系统有大量分布式电源电量无法消纳，部分通过“电转气”装置转换为气体能源储存，剩余部分作为余电上网。在第4象限中，综合能源系统消耗气体能源，利用燃气发电机组或是燃料电池机组，将气体能源转换为电能输送回输电网。在第1和第2象限的运行模式，特别适合于规模化消纳能源主干网中富余的可再生能源；第4象限的运行模式，适合于规模化消纳综合能源系统中富余的分布式能源。第2、3、4象限中，热力网络均可以被用于回收“电-气”转换装置的工艺流程余热，以提升综合能源系统的利用效率。图4是本发明中“电气定热”模式下各子能源系统之间的信息耦合及传递方式示例。
其次对信息系统故障位置分析如下：
(1)信息系统故障发生在IES信息应用层
现阶段，针对IES可能存在的网络安全威胁、误操作、意外事件等，会导致IES在信息应用层发生信息故障。故障可能导致了通信的延时、中断，通信内容的误码等后果。IES系统的信息应用层主要包括运行优化调度、市场交易互动、运行工况数据处理与分析和能源利用率数据分析等。通信的延时、中断和误码会造成故障系统本身以及与之信息交互的系统发生数据处理错误、重要信息丢失，轻则对能源数据分析、市场交易造成影响，重则对调度控制策略和系统运行状态分析造成影响。
(2)信息系统故障发生在IES耦合网络层
信息系统故障发生在IES信息物理耦合网络层，对能量系统的影响则更为直接。在各子系统的信息物理耦合层发生了通信的中断、延时和误码等故障后，对故障所在的系统的上层信息系统将造成直接的影响，对下层能量层设备也将造成影响，轻则造成系统的出现短暂的失稳现象，重则导致系统的故障或崩溃。除此之外，还会对与之进行信息交互的系统的信息层和信息物理耦合层造成或多或少的扰动，影响整个系统的稳定安全运行。
最后，根据对IES运行模式的分析和故障发生位置的分析，可以总结出综合能源系统在一定条件下故障传播模式，如下表1所示。根据系统的运行模式和故障发生位置的不同，可以粗略的得出，在相应运行模式条件下，信息系统故障随着交互信息的传递在IES中的传递模式。如表中备注所述，该故障传播方式的分析需要在一定条件下进行：
表1综合能源系统在一定条件下故障传播模式
需要说明的是，该形成的“信息故障传输方向数据库”是基于系统运行模式的定性分析，类似专家知识数据库。
本发明实施例中，基于当前系统运行模式(Y)在信息故障传播模式数据库中找到信息故障传播模式，以及基于确定的信息故障传播模式和物理故障恢复的控制策略(M)，利用IES-CPS网络分层耦合矩阵和信息传输路径深度搜索算法，进行信息传输路径搜索，具体如下：
根据以上内容的分析可以发现，综合能源系统中信息系统故障传播过程更为复杂。与单一系统相比不同，IES信息系统故障的传播受多种因素的影响，如IES的系统运行模式、信息故障在IES信息-能量耦合系统中发生的位置、系统不同运行状态下的控制策略等等。由于IES的多系统特性，信息系统的故障传播存在着跨空间，跨时间尺度的特点。在不同的运行模式下，同一地点发生的信息系统故障在系统中可能存在着不同的传播路径，并且故障的传播模式受实时控制策略的影响。鉴于IES中信息系统故障传播复杂，多变的特点，本发明实施例提出了一种信息系统故障在IES中的传播路径判断方法，基于网络拓扑和概率分析，以及对通信网络延时等重要参数的计算得到的，定量分析后的信息传输可能路径。该传输路径考虑了实际通信中的影响因素，并将因素转化成特征量，带入算法中计算得到的结果。具体的流程图如图5所示，具体如下：
首先需要对IES进行信息系统故障检测，将现有系统信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，或进行运维人员筛查，确认当前状态下系统是否发生信息系统故障。当发现信息系统故障时，对当前IES的运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位。在确认了系统运行模式和当前故障发生位置后与已有的信息故障传播模式进行对比筛选，确认当前故障传播模式。其中，对当前运行模式的判断是基于IES能量管理系统(EMS)或自动控制系统中的实时的系统运行数据和信息得到的。信息系统中的故障定位是基于IES-CPS中入侵检测和故障辨识等手段得到，在本领域中属于熟知常见的技术手段。
然后通过实施监测确认系统运行状态及IES中当前状态下的运行控制策略M。
最后，通过深度搜索算法确定信息故障在IES中的传播过程。
基于所获得的物理预想故障，系统运行模式Y，当前系统控制策略M，可以知道通信网络中，系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及运行模式Y下必须满足的传输防线，结合智能信息故障传播路径分析算法(深度搜索算法—该算法为信息路由的常规算法)，可以得到信息故障在系统内的传播路径。
比如，通过监测发现IES中电力系统信息层发生故障，当前综合能源系统处在“电气定热”的运行模式下，则系统信息故障会发生的传播模式有电信息层→气信息层，电信息层→热信息层→热耦合层，电信息层→电耦合层3种。当前，如果信息故障已经造成了电力系统处于紧急状态，系统将实施安控保护措施。当前天然气系统处于正常运行状态并未造成严重影响，系统实施站内自控策略和正常的远程数据采集和监控。当前热力系统处于工况异常状态，系统实现站内保护控制策略并实施就地控制。结合智能信息故障传播路径分析算法，可以得到信息故障在系统内的传播路径。
图5中，Y＝[a,b,c...]，a，b，c为IES运行模式状态，Y为IES运行模式状态集，M为IES当前运行状态下的控制策略集，M＝[m1,m2,m3...]，其中m1，m2，m3为控制策略。
本发明实施例中，基于步骤7的信息传输路径结果，在信息传输路径中设置信息预想故障，结合从物理预想故障集中读取的物理预想故障和在信息传播路径中设置信息预想故障，生成IES-CPS信息-物理组合预想故障集。
需要说明的是，本发明实施例中，生成信息-物理组合预想故障是指将步骤4设置的物理预想故障和步骤7在信息传输路径中设置的信息预想故障进行关联存储，生成一个信息-物理组合预想故障。
设置的信息预想故障类型可以有：1)数据错误，即采集信息的错误；2)传输故障：即信息在传输过程中的延时、中断；3)控制故障：即控制终端的拒动和误动。
本发明另一个实施例提供一种综合能源信息物理融合系统信息-物理组合预想故障生成装置，包括：
构建模块，用于构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；
设置模块，用于根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
筛选模块，用于根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
搜索模块，用于根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
以及，
组合模块，用于基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
本发明实施例中，筛选模块具体用于，
对综合能源信息物理融合系统进行信息系统故障检测，将现有信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，确认是否发生信息系统故障；
当发生信息系统故障时，对当前综合能源信息物理融合系统运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位；
根据当前综合能源信息物理融合系统运行模式和信息系统故障位置，在信息故障传播模式数据库中筛选信息故障传播模式。
本发明实施例中，搜索模块具体用于，
基于当前故障下的运行控制策略，确定系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及必须满足的传输防线；
在所确定的起点和终点之间，根据所确定的信息故障传播模式和网络分层耦合模型，采用深度搜索算法进行信息传输路径搜索。
本发明第三实施例提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行前述的方法中的任一方法。
本发明第四个实施例提供一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行前述的方法中的任一方法的指令。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，包括：
构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；所述构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵，包括：
基于综合能源信息物理融合系统中子能源系统的物理节点之间的连接与位置关系建立物理关联矩阵，若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的上游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝1；若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的下游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝0；若节点i和j无连接，则物理关联矩阵中元素pij＝0；所述子能源系统包括电网、气网和供热网；
基于子能源系统中信息节点之间的连接关系建立通信关联矩阵，若两个信息节点之间无连接，则通信关联矩中元素值为0，若两个信息节点之间连接，则通信关联矩中元素值为1；
基于子能源系统中二次设备间的之间的连接关系建立二次设备关联矩阵，若两个二次设备节点之间无连接，则二次设备关联矩中元素值为0，若两个二次设备节点之间连接，则二次设备关联矩中元素值为1；
基于子能源系统中信息节点和物理节点之间有无信息传递链路建立二次设备-物理关联矩阵，若信息节点和物理节点之间存在信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为1，若信息节点和物理节点之间无信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为0；
基于子能源系统中信息节点和二次设备节点之间有无信息传递链路建立通信-二次设备关联矩阵，若信息节点和二次设备节点之间存在信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为1，若信息节点和二次设备节点之间无信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为0；
基于不同子能源系统间是否存在耦合关系，建立网络分层耦合矩阵，若不同子能源系统的两节点之间存在耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为1，若不同子能源系统的两节点之间无耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为0；
所述耦合关系包括：子能源系统间的信息层拓扑耦合，子能源系统间的物理层拓扑耦合，和子能源系统间的信息层和物理层耦合；
根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
2.根据权利要求1所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，基于所构建的关联矩阵构建物理预想故障集，包括：
设置所建立的关联矩阵中各子能源系统中物理节点故障，所述物理节点故障包括：电网线路的开断、热力网管和供气网管的损坏和故障。
3.根据权利要求2所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集，包括：
设置所建立的关联矩阵中各子能源系统中信息节点及信息传递链路故障，包括：信息节点数据采集错误，信息传递链路延时和中断，以及控制终端信息节点拒动和误动。
4.根据权利要求1所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，所述筛选当前系统信息故障传播模式，包括：
对综合能源信息物理融合系统进行信息系统故障检测，将现有信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，确认是否发生信息系统故障；
当发生信息系统故障时，对当前综合能源信息物理融合系统运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位；
根据当前综合能源信息物理融合系统运行模式和信息系统故障位置，在预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选信息故障传播模式。
5.根据权利要求4所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，
预先构建信息故障传播模式数据库包括如下关键字段：运行模式名称、运行模式下的一级故障位置名称以及一级故障位置下对应的各故障传播模式。
6.根据权利要求1所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成方法，其特征在于，所述进行信息传输路径搜索包括：
基于当前故障下的运行控制策略，确定系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及必须满足的传输防线；
在所确定的起点和终点之间，根据所确定的信息故障传播模式和网络分层耦合模型，采用深度搜索算法进行信息传输路径搜索。
7.IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵和综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，并基于所构建的关联矩阵构建信息预想故障集和物理预想故障集；所述构建综合能源信息物理融合系统中各子能源系统的关联矩阵，包括：基于综合能源信息物理融合系统中子能源系统的物理节点之间的连接与位置关系建立物理关联矩阵，若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的上游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝1；若节点i和j相连，且节点i处在节点j连接的下游位置，则物理关联矩阵中元素pij＝0；若节点i和j无连接，则物理关联矩阵中元素pij＝0；所述子能源系统包括电网、气网和供热网；基于子能源系统中信息节点之间的连接关系建立通信关联矩阵，若两个信息节点之间无连接，则通信关联矩中元素值为0，若两个信息节点之间连接，则通信关联矩中元素值为1；基于子能源系统中二次设备间的之间的连接关系建立二次设备关联矩阵，若两个二次设备节点之间无连接，则二次设备关联矩中元素值为0，若两个二次设备节点之间连接，则二次设备关联矩中元素值为1；基于子能源系统中信息节点和物理节点之间有无信息传递链路建立二次设备-物理关联矩阵，若信息节点和物理节点之间存在信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为1，若信息节点和物理节点之间无信息传递链路，则二次设备-物理关联矩阵中元素值为0；基于子能源系统中信息节点和二次设备节点之间有无信息传递链路建立通信-二次设备关联矩阵，若信息节点和二次设备节点之间存在信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为1，若信息节点和二次设备节点之间无信息传递链路，则通信-二次设备关联矩阵中元素值为0；基于不同子能源系统间是否存在耦合关系，建立网络分层耦合矩阵，若不同子能源系统的两节点之间存在耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为1，若不同子能源系统的两节点之间无耦合关系，则网络分层耦合矩阵中元素值为0；所述耦合关系包括：子能源系统间的信息层拓扑耦合，子能源系统间的物理层拓扑耦合，和子能源系统间的信息层和物理层耦合；
设置模块，用于根据所述物理预想故障集对所述综合能源信息物理融合系统中的物理节点设置物理预想故障；
筛选模块，用于根据当前系统状态和所设置物理预想故障，确定当前系统控制策略；并根据当前系统运行模式和所设置的物理预想故障从预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选当前系统信息故障传播模式；
搜索模块，用于根据所确定的当前系统控制策略，当前系统信息故障传播模式和所构建的综合能源信息物理融合系统的网络分层耦合矩阵，进行信息传输路径搜索；
以及，
组合模块，用于基于信息传输路径搜索结果，在信息传输路径中根据信息预想故障集设置信息预想故障，根据设置的所述物理预想故障和所述信息预想故障生成信息-物理组合预想故障。
8.根据权利要求7所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成装置，其特征在于，所述筛选模块具体用于，
对综合能源信息物理融合系统进行信息系统故障检测，将现有信息层数据和通信状况数据与历史正常数据进行对比，确认是否发生信息系统故障；
当发生信息系统故障时，对当前综合能源信息物理融合系统运行模式进行判断，并对信息系统故障进行定位；
根据当前综合能源信息物理融合系统运行模式和信息系统故障位置，在预先构建的信息故障传播模式数据库中筛选信息故障传播模式。
9.根据权利要求7所述的IES-CPS系统信息-物理组合预想故障生成装置，其特征在于，所述搜索模块具体用于，
基于当前故障下的运行控制策略，确定系统恢复物理故障的控制信号传输的起点和终点，以及必须满足的传输防线；
在所确定的起点和终点之间，根据所确定的信息故障传播模式和网络分层耦合模型，采用深度搜索算法进行信息传输路径搜索。
10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至6所述的方法中的任一方法。
11.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至6所述的方法中的任一方法的指令。
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