CN115239086A - 一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法 - Google Patents

一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法。该方法：建立抽象的电力调度数据网网络拓扑结构模型，确定各调度中心与其他电力设施之间的通信路径；利用电力调度业务之间的影响力差异，使用层次分析法建立电力调度业务影响力模型；通过分析电力调度数据网的拓扑结构，计算网络中所有链路在局部以及全局的业务传输中的拓扑重要性；根据链路的通信负载数据，结合电力业务影响力模型，计算不同链路的业务重要性；确立指标间的重要性权重，计算网络中通信线路的综合重要度；基于综合重要度，结合节点的拓扑差异，从而计算所有节点的综合重要度。本发明方法对提高数据网网的稳定性研究具有重要的理论和实际的应用价值。

Description

一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法
技术领域
本发明涉及一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法。
背景技术
电力调度数据网是用于电力系统中生产、调度和监测等相关业务的数据专网，它由各级调 度中心和位于不同地区的发电厂、变电站等设施组成。电力调度数据网中传输着不同等级的调 度业务，例如电力调度自动化，这些业务保证了整个电力系统的稳定运作。因此，电力调度数 据网的稳定性就显得至关重要。当调度数据网中的设备发生故障时，就有可能造成电力业务传 送的延迟甚至丢失，引发电网安全事故。对调度数据网中的设备，包括网络节点和通信链路等， 进行重要性分析，从而对其中重要性较高的结构进行特定的保护，能够很好地提高整个数据网 的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，能够结 合电力调度数据网的拓扑结构以及业务数据，多角度地对通信网中的不同设备进行重要性分析， 从而为电力调度数据网的设备维护和结构改善提供指导，对提高数据网网的稳定性研究具有重 要的理论和实际的应用价值。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度 评估方法，包括如下步骤：
步骤1、抽象调度数据网络，建立业务重要度模型；
步骤2、分析拓扑结构，计算链路的局部和全局拓扑重要度；
步骤3、结合电力调度业务数据和业务重要度模型，计算链路的业务重要度；
步骤4、分析各重要度指标的相似度，利用信息熵权重法确立各指标权重；
步骤5、计算各链路的综合重要度；
步骤6、计算各节点的实际重要度。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够结合电力调度数据网的拓扑结构 以及业务数据，多角度地对通信网中的不同设备进行重要性分析，从而为电力调度数据网的设 备维护和结构改善提供指导，对提高数据网网的稳定性研究具有重要的理论和实际的应用价值。
附图说明
图1为本发明抽象某地区的电力调度数据网构建的网络拓扑模型。
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，该方法具体包括了建立 抽象的电力调度数据网网络拓扑结构模型，确定各调度中心与其他电力设施之间的通信路径。 利用电力调度业务之间的影响力差异，使用层次分析法(AHP)建立电力调度业务影响力模型。 通过分析电力调度数据网的拓扑结构，计算网络中所有链路在局部以及全局的业务传输中的拓 扑重要性。根据链路的通信负载数据，结合电力业务影响力模型，计算不同链路的业务重要性。 利用信息熵权重法，分析三个指标内在的相似度差异，确立指标间的重要性权重，从而计算网 络中通信线路的综合重要度。基于链路的综合重要度，结合节点的拓扑差异，从而计算所有节 点的综合重要度。如图2所示，本发明方法具体步骤如下：
步骤1、抽象调度数据网络，建立业务重要度模型；
步骤2、分析拓扑结构，计算链路的局部和全局拓扑重要度；
步骤3、结合电力调度业务数据和业务重要度模型，计算链路的业务重要度；
步骤4、分析各指标的相似度，利用信息熵权重法确立各指标权重；
步骤5、计算各链路的综合重要度；
步骤6、计算各节点的实际重要度。
步骤1、根据调度中心与其他生产及通信设施的连接关系，将电力调度数据网络抽象为节点 与边的拓扑结构图。并且，根据通信网中实际传送的电力业务的重要性关系，建立业务重要度 模型。(图1为抽象某地区的电力调度数据网构建的网络拓扑模型)。
将电力调度数据网网络构建为以站点为节点，通信链路为边的拓扑图G＝(V,E)，其中 V＝1,2,…,n为节点集，n为节点的个数。E为链路集，m为链路的条数。对电力调度数据网中 实际传输的电力业务进行重要性分析，然后根据层次分析法建立业务重要度模型。由于不同业 务的功能各不相同，他们对通信性能指标，如时延，误码率的要求也存在差异，可以根据不同 业务在安全性和可靠性方面的要求，先判断不同业务的重要程度，建立层次分析法的判决举证， 然后得到不同业务的实际重要度。同时，为了方便计算，本发明将不同的电力调度业务进行了 分类。根据层次分析法建立模型结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003725351890000021
Figure BDA0003725351890000031
步骤2、根据电力调度数据网的拓扑结构图，分析网络中各条链路与网络通信性能的关联， 计算链路的局部和全局拓扑重要度。
链路的局部拓扑属性表示链路对网络中局部区域连通能力的影响力。对一条链路eij的连接 的两个相邻i,j而言，若除了链路eij外，还有一条短距离的冗余线路使两者相连，则链路eij对i,j 的通信的重要性就会降低。除了直接连接外，网络中的最短路径是一条二跳路径。若i,j间存在 该路径，则会在网络中形成一个三角形。由此可知，边在网络所参与的三角形数目与其对网络 交流能力的贡献程度呈反比。链路的局部重要度E1可根据下式计算。
Figure BDA0003725351890000032
其中：
Figure BDA0003725351890000033
式中：E1(eij)表示链路eij的局部重要度，di，dj分别表示节点i,j的度数，c表示链路eij参 与构成网络中三角形的数量。
除了局部通信外，通信网中还存在着大量跨区域的电力调度业务。此时，大量的调度数据 会由少数连通不同区块的节点和链路承载，也就是所谓的“桥接节点”和“桥接链路”。计算一条 链路e位于多少个节点对的最短路径上，也就是边介数，得到不同链路在全局通信中的拓扑重 要性。计算链路的全局重要度E2的方式如下。
Figure BDA0003725351890000034
式中：E2(eij)表示链路eij的全局重要度，EBC(eij)表示边eij的边介数。
步骤3、根据电力调度数据网中长期运行的电力业务数据，结合电力业务重要度模型，计算 网络中各链路的业务重要度。
若一条链路承载着大量高重要值的电力业务，那么当链路发生故障时，就会对电力系统造 成严重的影响。设一条链路eij上传输的第l类业务的单位数量为keijl，共传输q种电力业务。本 文根据通信网中链路承载的业务数据的实际情况，为链路分配更高的重要度。计算链路的业务 重要度E3的方式如下。
Figure BDA0003725351890000041
其中，
Figure BDA0003725351890000042
式中：E3(eij)链路eij的业务重要度，θl表示根据电力业务重要度模型得到的第l类业务的单 位重要度。
步骤4、根据前两步得到的链路各项重要性指标数据，使用信息熵权重法计算各指标的合理 权重。
链路在不同方面展示的重要性与其对实际重要性的贡献并不相同。为了区分不同指标的重 要性，我们使用信息熵权重法来计算各指标的客观权重。一般而言，如果某个指标的样本数据 之间差异程度越大，该指标提供的信息就越丰富，相应的权重也就越大。因此，首先要计算各 指标数据的无序程度，也就是信息熵。然后，依靠信息熵，得到各指标的客观权重。将重要性 指标E1，E2，E3的客观权重分别表示为w1，w2，w3。他们的计算公式如下。
Figure BDA0003725351890000043
Figure BDA0003725351890000044
Figure BDA0003725351890000045
其中，aij表示第j个指标的第i个属性值，pij表示第j个指标下第i个属性值所占的比重，N 表示属性值的个数，Ej表示第j个指标的信息熵，m表示指标的个数，wj表示第j个指标的权重。
步骤5、根据链路的各项指标的重要度，以及客观权重，计算网络中所有链路的综合重要度。
为了准确的判断一条链路的实际重要性，我们从局部拓扑重要性，全局拓扑重要性，业务 重要性的角度进行了全面的分析，从而计算出一条链路的综合重要度I。链路的综合重要度越 大，它与网络的稳定性关联程度就越高，也就越值得保护。
Ieij＝w1E1(eij)+w2E2(eij)+w3E3(eij)
步骤6、根据链路的综合重要度，计算电力调度数据网中节点的实际重要度。
除了链路保护以外，节点的保护也同样重要。一个节点相邻的链路重要性越高，其自身的 重要性也就越高。我们根据相邻链路的综合重要性为节点分配实际重要度，同时，为了突出某 些枢纽节点的作用，我们为枢纽节点分配了更高的权重。节点实际重要度IV(i)的计算公式
Figure BDA0003725351890000051
其中，N(i)表示节点i邻居节点的集合。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出 本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、抽象调度数据网络，建立业务重要度模型；
步骤2、分析拓扑结构，计算链路的局部和全局拓扑重要度；
步骤3、结合电力调度业务数据和业务重要度模型，计算链路的业务重要度；
步骤4、分析各重要度指标的相似度，利用信息熵权重法确立各指标权重；
步骤5、计算各链路的综合重要度；
步骤6、计算各节点的实际重要度。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤1实现方式为：根据调度中心与其他生产及通信设施的连接关系，将电力调度数据网网络抽象为节点与边的拓扑结构图；并且，根据调度数据网网络中实际传送的电力业务的重要性关系，建立业务重要度模型，具体即：
将调度数据网网络构建为以站点为节点，通信链路为边的拓扑图G＝(V,E)，其中V＝1,2,…,n为节点集，n为节点的个数，E为链路集，m为链路的条数；对调度数据网网络中实际传输的电力业务进行重要性分析，然后根据层次分析法建立业务重要度模型；根据不同电力业务在安全性和可靠性方面的要求，先判断不同电力业务的重要程度，建立层次分析法的判决举证，然后得到不同电力业务的实际重要度；电力业务分为5类，分别为：电力调度生产实时数据、防误系统数据、继电保护数据、水电新能源数据、调度计划；5种电力业务的重要度分别为：098、0.83、0.55、0.33、0.15。
3.根据权利要求1所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤2实现方式为：根据调度数据网网络的拓扑图，分析调度数据网网络中各条链路与网络通信性能的关联，计算链路的局部和全局拓扑重要度，具体即：
链路的局部拓扑属性表示链路对调度数据网网络中局部区域连通能力的影响力；对一条链路eij连接的两个相邻i,j而言，若除了链路eij外，还有一条短距离的冗余链路使两者相连，则链路eij对i,j的通信的重要性就会降低；除了直接连接外，网络中的最短路径是一条二跳路径；若i,j间存在该路径，则会在网络中形成一个三角形；由此可知，边在网络所参与的三角形数目与其对网络交流能力的贡献程度呈反比；链路的局部重要度E1根据下式计算：
Figure FDA0003725351880000011
其中：
Figure FDA0003725351880000021
式中：E1(eij)表示链路eij的局部重要度，di、dj分别表示节点i、j的度数，c表示链路eij参与构成网络中三角形的数量；
除了局部通信外，调度数据网网络中还存在着跨区域的电力调度业务；此时，调度数据会由连通不同区块的节点和链路承载，也就是所谓的“桥接节点”和“桥接链路”；计算一条链路eij位于多少个节点对的最短路径上，也就是边介数，得到不同链路在全局通信中的拓扑重要性；计算链路eij的全局重要度E2的方式如下：
Figure FDA0003725351880000022
式中：E2(eij)表示链路eij的全局重要度，EBC(eij)表示链路eij的边介数。
4.根据权利要求1所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤3实现方式为：根据调度数据网中长期运行的电力业务数据，结合业务重要度模型，计算调度数据网网络中各链路的业务重要度，具体即：
设一条链路eij上传输的第l类业务的单位数量为keijl，共传输q种电力业务；根据调度数据网网络中链路承载的业务数据的实际情况，为链路分配更高的重要度；计算链路的业务重要度E3的方式如下：
Figure FDA0003725351880000023
其中，
Figure FDA0003725351880000024
式中：E3(eij)链路eij的业务重要度，θl表示根据业务重要度模型得到的第l类业务的单位重要度。
5.根据权利要求1所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤4实现方式为：
为区分不同指标的重要性，使用信息熵权重法来计算各指标的客观权重；首先要计算各指标数据的无序程度，也就是信息熵；然后，依靠信息熵，得到各指标的客观权重；将链路eij的局部重要度E1、链路eij的全局重要度E2、链路eij的业务重要度E3的客观权重分别表示为w1、w2、w3；计算公式如下：
Figure FDA0003725351880000031
Figure FDA0003725351880000032
Figure FDA0003725351880000033
其中，aij表示第j个指标的第i个属性值，pij表示第j个指标下第i个属性值所占的比重，N表示属性值的个数，Ej表示第j个指标的信息熵，m表示指标的个数，wj表示第j个指标的权重。
6.根据权利要求1所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤5实现方式为：根据链路的各重要度及其客观权重，计算调度数据网网络中所有链路的综合重要度，具体即：
从局部拓扑重要性，全局拓扑重要性，业务重要性的角度进行全面的分析，计算出一条链路的综合重要度I；链路的综合重要度越大，它与网络的稳定性关联程度就越高，也就越值得保护；
Ieij＝w1E1(eij)+w2E2(eij)+w3E3(eij)
其中，E1为链路eij的局部重要度、E2为链路eij的全局重要度、E3为链路eij的业务重要度，wj表示第j个重要度指标的权重，j＝1,2,3。
7.根据权利要求6所述的一种基于电力调度数据网网络拓扑结构的重要度评估方法，其特征在于，所述步骤6实现方式为：
根据相邻链路的综合重要性为节点分配实际重要度，节点实际重要度IV(i)的计算公式：
Figure FDA0003725351880000034
其中，di、dj分别表示节点i、j的度数，N(i)表示节点i邻居节点的集合。
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