相依網(wǎng)絡理論下電力通信網(wǎng)節(jié)點重要度評價

崔超

摘要：隨著社會的進步，電網(wǎng)朝著大規(guī)模、高復雜性不斷發(fā)展。為了對電網(wǎng)進行真實有效調(diào)控，先進信息通信技術在電網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛應用，加深了通信信息系統(tǒng)和電力物理網(wǎng)絡融合，形成智能電網(wǎng)中的電力信息-物理相依系統(tǒng)（CPPS）。如今智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力通信網(wǎng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)變得越來越龐大而復雜。電力通信網(wǎng)作為電力網(wǎng)的信息通信傳輸主干網(wǎng)，承載著越來越多的各種電力通信業(yè)務。研究發(fā)現(xiàn)，在復雜網(wǎng)絡中部分重要節(jié)點故障失效后，有可能造成整個網(wǎng)絡的崩潰。電力通信網(wǎng)作為一種特殊的復雜網(wǎng)絡，準確定位電力通信網(wǎng)中的關鍵節(jié)點，對其加以保護，加強其抵御攻擊的能力，對確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要作用。因此在本文之中，主要是對相依網(wǎng)絡理論下電力通信網(wǎng)節(jié)點重要度評價進行了全面的分析研究，并且也是在這個基礎之上提出了下文中的一些內(nèi)容，希望能夠給予相同行業(yè)進行工作的人員提供出一定價值的參考。

關鍵詞：相依網(wǎng)絡理論;電力通信;網(wǎng)絡節(jié)點;重要度;分析

1導言

相依網(wǎng)絡是指由若干網(wǎng)絡彼此依賴而耦合成的網(wǎng)絡。由定義可知，首先要有多個網(wǎng)絡，其次這些網(wǎng)絡間需存在依賴與被依賴的關系。電網(wǎng)主要由各種電力設備以及電力線組成;而通信網(wǎng)絡可以實現(xiàn)遠距離信息傳輸，主要由通信線路將主機聯(lián)系起來構(gòu)成通信網(wǎng)絡。為保證智能電網(wǎng)可靠穩(wěn)定地運行，電網(wǎng)中各級站點均需要進行有效調(diào)控，調(diào)度與控制指令的安全可靠傳輸必須通過通信網(wǎng)來實現(xiàn)。因此電力設備通過數(shù)據(jù)線與通信節(jié)點相連接，即實現(xiàn)電力網(wǎng)依存于電力通信網(wǎng)絡。通信網(wǎng)運行需要有電能的支持，智能電網(wǎng)中的通信設備部署在電力站點上，可直接由電力站點為通信節(jié)點提供能量驅(qū)動，即電力通信網(wǎng)需要依存于電力網(wǎng)絡。根據(jù)相依網(wǎng)絡的定義，電力網(wǎng)與通信網(wǎng)相互融合形成電力信息-物理相依系統(tǒng)。隨著電力通信網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡拓撲的復雜度增加，運營和維護網(wǎng)絡的難度越來越大。而網(wǎng)絡拓撲中的重要節(jié)點對維護整張網(wǎng)絡的正常運行又至關重要，一旦網(wǎng)絡中的某些重要節(jié)點甚至某一節(jié)點故障，整張網(wǎng)絡極易被破壞而不能正常運行。因此，研究電力通信網(wǎng)絡節(jié)點的重要度以篩選出關鍵節(jié)點就成了一個必要的研究內(nèi)容。

2電網(wǎng)影響重要度

將電力通信網(wǎng)節(jié)點所在調(diào)度中心，變電站等稱為站點，作為電力系統(tǒng)的專屬通信網(wǎng)絡，電力通信網(wǎng)節(jié)點和電網(wǎng)站點一一對應。通信網(wǎng)節(jié)點對應的各站點，在電力網(wǎng)絡中的重要性具有較大差異，考慮不同站點對電力通信網(wǎng)節(jié)點的影響，采用電網(wǎng)各站點電壓等級、站點規(guī)模、站點負荷等級和負荷大小作為影響電力通信網(wǎng)節(jié)點重要性的因素。在通過電網(wǎng)站點描述電網(wǎng)對電力通信網(wǎng)節(jié)點的影響時。站點等級、規(guī)模不同，則其在網(wǎng)絡中的重要性也不一樣，電壓等級高的變電站較電壓等級低的變電站重要，樞紐站較區(qū)域站重要。相應的站點負荷等級越高、負荷越大也會較同類站點越重要。

3基于多指標的關鍵節(jié)點辨識

在辨識關鍵節(jié)點時，評價指標包括節(jié)點拓撲重要度和業(yè)務重要度以及電力通信網(wǎng)節(jié)點所處電網(wǎng)站點的電網(wǎng)影響重要度三個指標。節(jié)點的拓撲重要度越大，即節(jié)點所處網(wǎng)絡的位置越關鍵;節(jié)點承擔的業(yè)務種類和數(shù)量越多，以及相應的業(yè)務越重要，節(jié)點故障，對網(wǎng)絡業(yè)務重要度損失也越大;從電網(wǎng)影響來看，各個站點之間的差異也反映了各通信網(wǎng)節(jié)點之間的差異。因此將上述三個指標作為辨識電力通信網(wǎng)的關鍵節(jié)點具有合理性。為了合理確定各指標的權重，采用主觀賦權法中的層次分析法和客觀賦權法中的熵權法相結(jié)合，確定各指標的綜合權重。

4電力通信網(wǎng)絡的節(jié)點重要度

在電力通信網(wǎng)絡拓撲中，節(jié)點的重要度的評價可以從兩個方面來考察：一個方面是從通信網(wǎng)絡角度來看，基于網(wǎng)絡凝聚度和割點來評價節(jié)點重要度;另一個方面是從電力網(wǎng)絡角度來看，基于電力因素來評價節(jié)點重要度。最后綜合這兩個方面來對電力通信網(wǎng)絡的節(jié)點重要度作總體評價，因此針對于這個方面的內(nèi)容來說，必須要引起足夠的重視，從而去保證電力系統(tǒng)能夠得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，促進我國社會主義經(jīng)濟建設的水平得到全面的提高，為人們生活質(zhì)量的提升奠定出相應的基礎。

5CPPS網(wǎng)絡中電力通信網(wǎng)節(jié)點重要度評價

5.1電力信息-物理相依網(wǎng)絡

智能電網(wǎng)中電力網(wǎng)絡與通信網(wǎng)絡的相互融合形成電力信息-物理相依網(wǎng)絡。根據(jù)其網(wǎng)間連接的不同，CPPS網(wǎng)絡模型可以分為：“一一對應”相依網(wǎng)絡模型、部分相互依存網(wǎng)絡模型、多重依存相依網(wǎng)絡模型、一對多相依網(wǎng)絡模型、多對多相依網(wǎng)絡模型和考慮節(jié)點異質(zhì)性的電力信息-物理相依網(wǎng)絡模型等。上述大多模型都是基于理論和假設提出的，未得到實際的驗證，所以并不符合現(xiàn)實中的中國電力系統(tǒng)。通過對國內(nèi)某省電網(wǎng)的分析以及參考文獻中所指明的中國CPPS模型，在中國實際電力系統(tǒng)中，為了對各電力站點進行有效監(jiān)測與控制，各電力站點都部署有數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)等信息節(jié)點。信息通信網(wǎng)絡中還存在中繼節(jié)點以及各級調(diào)度中心，但由于它們的重要作用，會配備有完備的備用發(fā)電機組，可使其成為自治節(jié)點。即每個電力節(jié)點有且只有一個信息節(jié)點與之對應，而通信網(wǎng)中卻存在獨立節(jié)點，但其他通信節(jié)點也與電力節(jié)點一一對應。所以，考慮到中國實際的電力系統(tǒng)情況，我國的CPPS網(wǎng)絡可以表示為“部分一一對應”關系，

5.2CPPS網(wǎng)絡中單側(cè)網(wǎng)絡節(jié)點重要度

本文中采用信息單側(cè)網(wǎng)、電力單側(cè)網(wǎng)及其依存關系的集合來表示電力信息-物理相依網(wǎng)絡。在研究電力通信網(wǎng)絡時，將拓撲中的路由器等通信設備視為節(jié)點，將鏈路視為無向的單線邊，并且將鏈路的已用率作為邊權值寫出電力通信單側(cè)網(wǎng)邊權值矩陣CW。而為了反映電力單側(cè)網(wǎng)絡本質(zhì)特性，在研究有權電力網(wǎng)絡時，網(wǎng)絡中的電能僅考慮有功功率且按照基爾霍夫定律分配，采用了電抗值作為線路的權值，所以本文亦將電力連接線的電抗值作為邊權值，并將鏈路視為無向的單線邊，得到電力單側(cè)網(wǎng)邊權值矩陣PW。電力系統(tǒng)中站點存在不同等級，并且在設備類型以及部署方式等方面存在差異，所以等級不同的站點重要度也會有所不同，并將其表示為電力節(jié)點電壓等級重要度。在已有方法中，部分學者分析電力系統(tǒng)時就是將其分為了不同層次等級進行分析的，而對于電壓節(jié)點的等級重要度，已有利用業(yè)務的重要度進行分析計算的方法以及本文中采用的通過專家評分得到等級重要度的方法，電力網(wǎng)與通信網(wǎng)互相融合成為相依系統(tǒng)，電力通信網(wǎng)作為電力網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡而存在，起到調(diào)控和傳輸數(shù)據(jù)的作用。若通信網(wǎng)發(fā)生故障，故障可通過相依邊進行網(wǎng)間傳播，造成更嚴重的網(wǎng)間連鎖故障，因此，對智能電網(wǎng)中電力通信網(wǎng)絡節(jié)點重要性進行評估具有重要的現(xiàn)實意義。

6結(jié)論

通過對上述的內(nèi)容進行分析研究組會后可以得出，總而言之，將CPPS作為有權網(wǎng)絡分析，電力單側(cè)網(wǎng)以電力線電抗值作為邊權值，通信單側(cè)網(wǎng)以鏈路帶寬已用率作為邊權值，再根據(jù)雙網(wǎng)間的相依關系矩陣，根據(jù)文中評價模型可以得到相依網(wǎng)絡中電力通信網(wǎng)絡的節(jié)點重要度指標。對重要度高的節(jié)點加強保護，可以減少和避免故障的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性，保證智能電網(wǎng)的正?？煽窟\行。

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