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华南理工大学连祥龙，唐文虎等：考虑信息节点失效的电力信息物理系统脆弱性评估方法

发布时间:2019-11-25

该文受“基于图嵌入理论的电网弹性评估及其恢复力提升优化方法研究”（51977082）及中央高校基本科研业务费专项资金（51477054）资助。

原文发表在《全球能源互联网》2019年第6期，欢迎品读。

作者：连祥龙，张文浩，钱瞳，唐文虎

单位：华南理工大学电力学院

文章导读

信息层与物理层深度融合的电力系统（Cyber physical power system, CPPS）提高了电网的可观性，系统运维人员可以更好地研究改进电网。与此同时，由于信息系统与物理系统之间的深度交互影响，也引入了新的不确定因素，给电网研究工作带来了新的挑战。本文为研究考虑信息节点失效情况下电力信息物理系统的脆弱性评估方法，尝试构建了用以描述CPPS故障的仿真模型，提出了结合电力节点重要程度及信息网络拓扑结构的评价指标。并通过仿真验证该方法的有效性。

文章亮点

根据信息网络与物理网络融合的电力系统特点，构建了电力-信息耦合故障模型。信息网络的故障将影响电力系统的可观性及可控性，基于此，本模型对故障机理进行仿真分析。

在评估CPPS的脆弱性时，不仅要考虑电力节点的重要程度，同时还要考虑信息网络的拓扑结构。本文结合上述两个方面提出了评价指标用以评估信息节点失效情况下，CPPS的脆弱性。

文章摘要

本文梳理了目前CPPS脆弱性评估的几个方向，主要包括：信息网络与物理网络互连关系一体化建模研究、针对CPPS的攻击方式研究、脆弱性指标研究及防护措施的研究等。其中脆弱性指标主要从基于复杂网络理论和系统运行状态的研究两个方面展开。

信息网络为电力网络提供监控及控制，同时电力网络为信息网络提供电力支持。根据这一特性，本文构建了电力-信息一体化耦合模型用以描述信息网络与电力网络之前的耦合关系。将电力网络描述为一个包含电力节点和电力连接边的网络，信息网络描述为一个由信息节点及信息连接边的网络，两网之间通过信息-物理依存边进行耦合。本文假设信息网络拓扑图，其拓扑结构如图1所示。

⬆ 图1 无标度信息网络拓扑图

为描述当信息节点失效情况下，当电力节点遭受攻击时系统运行情况，本文构建了电力-信息耦合故障模型。该模型反映了以下两个方面：1）当信息节点失效时，其无法对电力节点起到监控及控制作用；2）电力节点故障时，其无法为信息节点提供电力支持，对应的信息节点失效。

当系统发生故障时，将基于直流潮流模型，采用最优负荷削减模型对系统进行优化。其优化模型为：

本文结合电力节点重要程度及信息网络拓扑提出了权重度数和权重介数指标对CPPS脆弱性进行评估。根据图2所示CPPS脆弱性评估模型结合脆弱性指标评估CPPS的脆弱性。

⬆ 图2 CPPS脆弱性评估模型

最后本文采用IEEE30节点系统进行仿真，仿真结果表明：1）当重要信息节点失效时，电网的可靠性大大降低；2）提高信息网架结构能有效降低CPPS的脆弱性；3）本文所提权重度数、权重介数指标能够有效评估CPPS的脆弱性。

本文引文信息

连祥龙，张文浩，钱瞳，等，考虑信息节点失效的电力信息物理系统脆弱性评估方法[J]. 全球能源互联网，2019，2(6)：523-529.

LIAN Xianglong, ZHANG Wenhao, QIAN Tong, et al. Vulnerability assessment of cyber physical power system considering cyber nodes failure[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(6): 523-529(in Chinese).

研究团队

华南理工大学电力学院主要从事“智能能源网及其自动化”、“输电线路在线监测与增容技术”、“交直流混联电网的运行、控制及保护技术”、“大电网优化运行与规划技术”、“电力电子系统的非线性特性研究”、“新能源发电及并网控制技术”等方面的研究，已成为华南地区电力行业高层次人才培养和高水平科学研究的排头兵。

智能能源网及其自动化研究团队是广东省引进的科研创新团队，主要研究方向为综合能源网规划和运行的基础理论和方法、电力系统稳定性控制与分析、风力发电并网控制、电力系统分析与电力市场机制研究、人工智能等，共承担国家级项目4项、省部级项目6项、校级项目4项、横向项目7项，发表和录用SCI论文53篇、EI期刊论文12篇、其他期刊论文7篇、EI收录国际会议论文77篇，授权国际专利1项、国内发明专利11项、实用新型专利4项。

作者简介