一種考慮風(fēng)險(xiǎn)傳播與預(yù)期故障分析的配電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)安全性評(píng)估方法

馮程程， 李琰， 徐天奇

(云南民族大學(xué)云南省高校CPS融合系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650504)

現(xiàn)代電網(wǎng)借助大量傳感設(shè)備與復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)使電力系統(tǒng)形成為一個(gè)多維異構(gòu)的信息物理融合系統(tǒng)(cyber-physical system，CPS)，信息系統(tǒng)的加入改善了配電網(wǎng)CPS的運(yùn)行，但也給配電網(wǎng)CPS運(yùn)行的安全性帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)和影響[1-2]。目前由于電力基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中普遍采用安全穩(wěn)定3道防線，以保障系統(tǒng)受擾后的穩(wěn)定運(yùn)行，物理域元素自身缺陷、運(yùn)行管理等問(wèn)題帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越低，而信息網(wǎng)與物理網(wǎng)的高度耦合導(dǎo)致信息網(wǎng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)不斷提高[3]，并且信息網(wǎng)局部失效后會(huì)大大影響對(duì)電網(wǎng)故障處理和恢復(fù)，如2003年美加大停電[4]、意大利大停電[5]以及2015年烏克蘭大停電[6]，這些事故證明了在信息網(wǎng)局部失效后，電網(wǎng)故障無(wú)法被及時(shí)處理，從而造成配電網(wǎng)的大量損失。因此開(kāi)展信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播研究對(duì)配電網(wǎng)安全性是十分必要的。

目前預(yù)期故障分析方法大量應(yīng)用于航天[7-8]、機(jī)械[9-11]等領(lǐng)域，在電力領(lǐng)域也只是少量應(yīng)用于大規(guī)模電網(wǎng)[11-13]，并且只考慮物理側(cè)影響。文獻(xiàn)[14]驗(yàn)證了預(yù)期故障分析方法可快速分析和評(píng)估系統(tǒng)的狀態(tài)。文獻(xiàn)[15]的預(yù)期故障分析方法評(píng)估方式較為單一，其物理故障都較為靠近主電源，與其組合的失效信息節(jié)點(diǎn)都為控制備用電源接入的二次設(shè)備，這種評(píng)估結(jié)果是顯而易見(jiàn)的，對(duì)真實(shí)的配電網(wǎng)CPS參考價(jià)值較低。

綜上所述，對(duì)于信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播的研究已初具規(guī)模，但預(yù)期故障分析方法應(yīng)用于配電網(wǎng)CPS風(fēng)險(xiǎn)傳播的研究較少，并且現(xiàn)有的對(duì)信息-物理組合故障的研究仍有缺陷?，F(xiàn)將信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播應(yīng)用于到預(yù)期故障分析中，彌補(bǔ)其故障類型較為單一的缺點(diǎn)，將單個(gè)信息節(jié)點(diǎn)失效考慮為信息網(wǎng)局部失效，與傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳播不同的是，將信息節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類與加權(quán)，提出信息節(jié)點(diǎn)受損概率的算法，體現(xiàn)其節(jié)點(diǎn)差異性。與現(xiàn)有研究相比，文中所提評(píng)估模型考慮因素更多，故障類型更為豐富，與真實(shí)配電網(wǎng)CPS更為相近。最后，通過(guò)算例分析，與傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳播評(píng)估模型及文獻(xiàn)[15]評(píng)估模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1 配電網(wǎng)CPS結(jié)構(gòu)模型

隨著特高壓輸電電網(wǎng)的不斷擴(kuò)張和分布式電源的不斷接入，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，同時(shí)信息網(wǎng)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，承載的電力業(yè)務(wù)也不斷增多，使得物理網(wǎng)與信息網(wǎng)的耦合變得錯(cuò)綜復(fù)雜。配電網(wǎng)CPS的耦合主要體現(xiàn)在信息域節(jié)點(diǎn)和物理域節(jié)點(diǎn)的信息交互，信息流和能量流協(xié)同[16]。針對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜且龐大的耦合系統(tǒng)，必須充分了解其各部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系，才能簡(jiǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行建模?；诮y(tǒng)計(jì)物理學(xué)中的平均場(chǎng)思想，將物理網(wǎng)和信息網(wǎng)的各個(gè)組成部分抽象為節(jié)點(diǎn)形式，例如，物理網(wǎng)中的發(fā)電、配電、用電裝置以及信息網(wǎng)中的監(jiān)控、傳輸、決策等組成部分，其中虛線表示為信息流的傳輸，實(shí)線表示為能量流的傳輸，如圖1所示，信息網(wǎng)通過(guò)信息收集設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式做出適當(dāng)調(diào)整，這就是狀態(tài)感知與指令下發(fā)，即“上傳下發(fā)”過(guò)程。

2 配電網(wǎng)CPS安全風(fēng)險(xiǎn)傳播模型

物理網(wǎng)為信息網(wǎng)提供電力供應(yīng)，信息網(wǎng)對(duì)物理網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，但目前絕大多數(shù)通信站點(diǎn)已安設(shè)可靠電源，因此可不考慮物理網(wǎng)故障對(duì)信息網(wǎng)的影響[17]。但當(dāng)信息環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知與指令下發(fā)，從而對(duì)物理網(wǎng)產(chǎn)生一定

圖1 電網(wǎng)雙域耦合模型Fig.1 Double domain coupling model of power grid

影響，如出現(xiàn)故障范圍擴(kuò)大、保護(hù)裝置誤動(dòng)拒動(dòng)、故障恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)等問(wèn)題?，F(xiàn)立足于信息網(wǎng)局部失效，研究對(duì)物理網(wǎng)預(yù)期故障恢復(fù)過(guò)程的影響。

2.1 信息-物理耦合系統(tǒng)建模

根據(jù)雙網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系對(duì)信息-物理耦合系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)矩陣方法進(jìn)行建模，物理網(wǎng)絡(luò)可用P=(GP,VP)表示，其中主電源、負(fù)荷、后備電源等物理節(jié)點(diǎn)表示為GP，節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系用VP表示，為單向關(guān)聯(lián)矩陣。信息網(wǎng)則為C=(GC,VC)，根據(jù)其節(jié)點(diǎn)類型(控制中心節(jié)點(diǎn)、傳輸節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn))建立信息節(jié)點(diǎn)集合GC,節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系用VC表示，為雙向關(guān)聯(lián)矩陣。信息網(wǎng)通過(guò)二次設(shè)備與物理網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)連接，傳遞信息流，以獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，并下達(dá)指令，則根據(jù)信息-物理耦合系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系可建立跨域關(guān)聯(lián)矩陣SP-C，由此，完整耦合系統(tǒng)可由集合(P,C,SP-C)表示。

2.2 信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播機(jī)制

將信息域節(jié)點(diǎn)分為3類，為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳輸節(jié)點(diǎn)、控制中心節(jié)點(diǎn)。物理節(jié)點(diǎn)直接與二次設(shè)備相連，即信息網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)傳輸節(jié)點(diǎn)上傳運(yùn)行數(shù)據(jù)到控制中心節(jié)點(diǎn)，對(duì)其決策的產(chǎn)生提供數(shù)據(jù)支持，信息網(wǎng)中單個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的失效不會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，但由于信息節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性，可能使風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散給其他信息節(jié)點(diǎn)，一般監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)較低，風(fēng)險(xiǎn)傳播的范圍較小，不會(huì)對(duì)電力網(wǎng)造成直接的影響，而傳輸節(jié)點(diǎn)連接緊密且數(shù)量眾多，風(fēng)險(xiǎn)傳播的概率和范圍較大，大量傳輸節(jié)點(diǎn)故障會(huì)造成信息網(wǎng)局部失效，導(dǎo)致“上傳下發(fā)”過(guò)程受到阻礙。一般控制中心節(jié)點(diǎn)的重要程度在信息網(wǎng)中較高，屬于信息網(wǎng)的骨干層，負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上傳的信息流作為輸入，并輸出相關(guān)指令，其失效可能性較低，但并不能排除其失效的可能性，當(dāng)控制中心節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，雙網(wǎng)耦合模式崩潰，信息網(wǎng)處于癱瘓狀態(tài)，無(wú)法對(duì)物理網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行感知與調(diào)整。

基于信息域節(jié)點(diǎn)間的風(fēng)險(xiǎn)傳播理論，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，一定概率會(huì)將故障傳播給相鄰節(jié)點(diǎn)，如圖2所示，節(jié)點(diǎn)i失效會(huì)以不同概率w傳播給節(jié)點(diǎn)k、節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)m，這3個(gè)節(jié)點(diǎn)其中若有失效的，則繼續(xù)向后擴(kuò)散，直至停止。為了考慮對(duì)配電網(wǎng)CPS安全性的最終影響，故障傳播過(guò)程中，不考慮失效信息節(jié)點(diǎn)恢復(fù)的可能。

本文所提的受損概率算法將節(jié)點(diǎn)分類進(jìn)行求解，體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)差異性和概率合理性，信息節(jié)點(diǎn)間的故障傳播概率取決于節(jié)點(diǎn)的安全防御措施、安全漏洞自身特性等因素。節(jié)點(diǎn)i向節(jié)點(diǎn)j的傳播成功概率取決于節(jié)點(diǎn)j自身特性，則節(jié)點(diǎn)j受損概率計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：m∈[1,n]為信息域節(jié)點(diǎn)編號(hào)；kj為節(jié)點(diǎn)j的度；Nj為節(jié)點(diǎn)j的鄰接節(jié)點(diǎn)集合；Uj為節(jié)點(diǎn)j的權(quán)重系數(shù)。

建立節(jié)點(diǎn)存活矩陣Gt，即t時(shí)刻信息域所有節(jié)點(diǎn)的存活狀態(tài)，記為

(2)

式(2)中：gpi表示節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻的狀態(tài)，其中，正常運(yùn)行時(shí)為1，故障時(shí)為0。

節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)刻失效時(shí)，gpi=0，風(fēng)險(xiǎn)從節(jié)點(diǎn)i試圖向鄰域的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散，t+1時(shí)刻，完成首次擴(kuò)散，得到新增失效節(jié)點(diǎn)集合Ft+1，并更新節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣，風(fēng)險(xiǎn)經(jīng)過(guò)n次擴(kuò)散后停止，得到最終節(jié)點(diǎn)狀態(tài)矩陣Gt+n。擴(kuò)散停止的限制條件為

圖2 信息節(jié)點(diǎn)故障擴(kuò)散Fig.2 Information node fault diffusion

(3)

2.3 物理網(wǎng)故障范圍擴(kuò)大機(jī)制

物理網(wǎng)直接受信息網(wǎng)控制，當(dāng)信息網(wǎng)局部失效時(shí)，運(yùn)行數(shù)據(jù)可能丟失、控制指令無(wú)法下發(fā)到二次設(shè)備等情況，進(jìn)而造成調(diào)度人員判斷失誤或開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，引起電力網(wǎng)非故障區(qū)域擴(kuò)大，而在考慮信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播后，信息網(wǎng)失效節(jié)點(diǎn)較多，電力網(wǎng)非故障區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，如圖3所示，節(jié)點(diǎn)d與e之間故障，若d處監(jiān)測(cè)失敗，則故障范圍擴(kuò)大至c至e段，而在c處也監(jiān)測(cè)失敗時(shí)，故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大為b至e段，將本不是故障區(qū)域的b至d段切除，擴(kuò)大停電范圍。

圖3 物理網(wǎng)故障范圍擴(kuò)大分析Fig.3 Analysis on fault range expansion of physics network

3 評(píng)估模型的建立

本文所建立的評(píng)估模型考慮了信息網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)傳播特性和物理網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從預(yù)期故障集的建立到組合故障評(píng)估進(jìn)行說(shuō)明，首先給出評(píng)估模型的流程示意圖，如圖4所示。

圖4 評(píng)估模型仿真流程圖Fig.4 Evaluation model simulation flow chart

3.1 信息故障集的建立

信息故障集是基于物理故障的恢復(fù)策略所生成的，其中包括監(jiān)測(cè)信息的上傳與控制中心產(chǎn)生指令后的下發(fā)，如圖5所示，為一個(gè)簡(jiǎn)單的故障恢復(fù)過(guò)

圖5 信息故障集生成Fig.5 Information fault set generation

程，物理故障Q的信息由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與傳輸節(jié)點(diǎn)上轉(zhuǎn)至控制中心后，后將指令W下發(fā)給物理網(wǎng)，從圖5中可以看出信息上傳下發(fā)過(guò)程不止一條，當(dāng)信息網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，可考慮使用遞歸遍歷算法[19]求解所有可行通信路徑。由此可得到與物理故障相關(guān)聯(lián)的所有信息節(jié)點(diǎn)集合，用ω(Hi)表示為

ω(Hi)=c(L1)∪c(L2)∪c(Lj)∪…∪c(Ln)

(4)

式(4)中：Hi為物理故障集的第i個(gè)故障；Lj表示為第j條通信路徑；c、ω為集合；n為可行通信路徑數(shù)目。

3.2 物理故障集的建立

本文方法建立物理故障集的方法是改變物理網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，假設(shè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間故障，導(dǎo)致線路斷開(kāi)，如圖6所示，物理故障集由4個(gè)元素組成，分別為1-2、2-3、3-4、4-5。

圖6 物理故障集生成Fig.6 Physical fault set generation

3.3 評(píng)估指標(biāo)的建立

本文所建立的評(píng)估指標(biāo)首先給出在信息-物理預(yù)期故障集建立完成后，需要對(duì)其中的組合故障進(jìn)行一一驗(yàn)證，并分析其對(duì)配電網(wǎng)CPS的影響，并篩選出影響較大的組合故障。在文獻(xiàn)[15]的基礎(chǔ)上考慮了信息網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)傳播，下面從評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行分析。

為了減少用戶損失及停電時(shí)間，需要及時(shí)重新定位故障區(qū)域，并對(duì)故障停電區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，對(duì)非故障停電區(qū)域恢復(fù)其正常用電，提出故障恢復(fù)時(shí)間Trec。

Trec=TFl+TFr+TNr

(5)

式(5)中：TFl為故障重新定位時(shí)間；TFr為故障停電區(qū)域修復(fù)時(shí)間；TNr為非故障停電區(qū)域恢復(fù)時(shí)間。

從物理網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，因信息故障造成停電范圍擴(kuò)大，而將停電區(qū)域分為故障停電區(qū)域與非故障停電區(qū)域，提出非故障停電區(qū)域損失程度βlost，體現(xiàn)其故障波及的影響。其計(jì)算公式為

(6)

式(6)中：η表示非故障停電區(qū)域內(nèi)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的集合；Pi表示為節(jié)點(diǎn)i處的原始功率；Ui表示為節(jié)點(diǎn)i處的原始電壓。

物理網(wǎng)中用戶的分布并不均勻，應(yīng)充分考慮組合故障對(duì)用戶的影響，提出用戶損失程度ρuser[15]，表達(dá)式為

(7)

式(7)中：ω1、ω2表示停電用戶比例和用戶損失比例的權(quán)重；X、Y為停電用戶數(shù)和總用戶數(shù)；δi表示用戶i的權(quán)重系數(shù)。

基于故障恢復(fù)過(guò)程，停電區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備并不是都能恢復(fù)，將物理網(wǎng)停電區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分為可恢復(fù)供電節(jié)點(diǎn)與不可恢復(fù)供電節(jié)點(diǎn)，提出故障恢復(fù)率ξrec[15]，計(jì)算公式為

(8)

式(8)中：PTi為節(jié)點(diǎn)i處的可恢復(fù)功率；λ為可恢復(fù)供電節(jié)點(diǎn)集合；T(a,b)為信息故障恢復(fù)時(shí)間；a為信息節(jié)點(diǎn)編號(hào)；b為信息故障類型，包括監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)故障、傳輸節(jié)點(diǎn)故障和控制中心節(jié)點(diǎn)故障。

4 應(yīng)用案例分析

4.1 場(chǎng)景構(gòu)建與仿真設(shè)計(jì)

為與文獻(xiàn)[15]仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，選取案例與其相同，物理網(wǎng)選取IEEE-33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，含有3個(gè)備用電源。信息網(wǎng)選取一個(gè)50節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，信息-物理雙網(wǎng)耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示[14]。

在IEEE-33總線系統(tǒng)中共有32個(gè)預(yù)想物理故障，并通過(guò)式(4)建立每種物理故障的信息故障集，并將其進(jìn)行組合，生成組合故障集。傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳播模型的所有節(jié)點(diǎn)的受損概率α相同，不能體現(xiàn)信息節(jié)點(diǎn)間的差異性，也沒(méi)有考慮失效信息節(jié)點(diǎn)類型，而文獻(xiàn)[15]只是提出單個(gè)物理故障與單個(gè)信息節(jié)點(diǎn)同時(shí)故障的情況，并未考慮信息節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性。為比較不同評(píng)估模型之間的差異性，仿真引入傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳播模型與文獻(xiàn)[15]評(píng)估模型與本文評(píng)估模型作比較。

圖7 信息-物理雙網(wǎng)耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Information physical dual network coupling topology

根據(jù)式(1)計(jì)算出各個(gè)信息節(jié)點(diǎn)的受損概率Yj，由于信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播的區(qū)域具有偶然性，因此為降低仿真中隨機(jī)性造成的影響，對(duì)整個(gè)評(píng)估過(guò)程仿真1 000次后，對(duì)每個(gè)評(píng)估結(jié)果取均值。

4.2 仿真結(jié)果與分析

以文獻(xiàn)[15]篩選出的6個(gè)組合故障進(jìn)行分析，設(shè)置傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳播模型的節(jié)點(diǎn)受損概率分別為α=0.2和α=0.3，如圖8所示，為3種評(píng)估模型對(duì)故障恢復(fù)率ξrec、用戶損失程度ρuser、非故障區(qū)域損失程度βlost和故障恢復(fù)時(shí)間Trec的影響?？梢?jiàn)，當(dāng)考慮信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播后，物理網(wǎng)各種損失程度均會(huì)不同程度增加。單一組合故障的ρrec最大，隨著節(jié)點(diǎn)受損概率α的增加，信息網(wǎng)失效區(qū)域增大，故障恢復(fù)率ρrec持續(xù)降低。用戶損失程度ρuser的曲線圖與其他圖相比有較大起伏，這是由于物理網(wǎng)中的用戶分散不均勻，而組合故障3和4對(duì)應(yīng)的停電區(qū)域中居民用戶數(shù)量較少，工業(yè)用戶較多，因此用戶損失程度較小。而從Trec的圖像可明顯看出，α的增加導(dǎo)致了Trec的增長(zhǎng)，并且曲線增長(zhǎng)的幅度不斷增加，這是由于考慮風(fēng)險(xiǎn)傳播后，信息失效節(jié)點(diǎn)成倍增加，故障重新定位十分困難，并且故障停電區(qū)域修復(fù)時(shí)間和非故障停電區(qū)域恢復(fù)時(shí)間都會(huì)成倍增加。非故障區(qū)域受損程度βlost曲線圖與Trec曲線相似，都受信息網(wǎng)失效區(qū)域成倍增加所導(dǎo)致的物理網(wǎng)負(fù)荷大量丟失。

圖8 不同算法對(duì)比Fig.8 Comparison of different algorithms

考慮了信息網(wǎng)傳播風(fēng)險(xiǎn)后，增加了信息故障的多樣性，從單個(gè)信息節(jié)點(diǎn)失效轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)的區(qū)域失效，與真實(shí)配電網(wǎng)CPS更加貼合。為與文獻(xiàn)[15]作比較，本文也基于故障恢復(fù)率篩選出6個(gè)組合故障，與其提出的單一組合故障方法與本文提出的風(fēng)險(xiǎn)傳播組合故障方法對(duì)6個(gè)組合故障計(jì)算其故障恢復(fù)率。如表1所示，ξ1rec?ξ2rec，T1rec?T2rec，這是由于信息網(wǎng)局部失效后，上傳下發(fā)過(guò)程受巨大影響，后備電源無(wú)法及時(shí)接入，導(dǎo)致故障恢復(fù)率與故障恢復(fù)時(shí)間受到影響。文獻(xiàn)[15]算法中認(rèn)為單一的信息傳輸節(jié)點(diǎn)失效不會(huì)影響電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)傳輸，只有在于二次設(shè)備相連的信息節(jié)點(diǎn)失效才會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響，而往往傳輸節(jié)點(diǎn)連接緊密，失效時(shí)引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)傳播范圍和概率大大增加，而單一組合故障方法太過(guò)理想化和單一化，忽略了信息網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性與節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性，很難得到真正造成系統(tǒng)損嚴(yán)重的組合故障。本文所得到的組合故障計(jì)及了信息網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)傳播，通過(guò)受損概率計(jì)算公式將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類與加權(quán)處理來(lái)體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)差異性，并通過(guò)多次仿真降低風(fēng)險(xiǎn)傳播的偶然性，因而較前人方法而言，仿真結(jié)果更具有可靠性與真實(shí)性。

表1 兩種方法評(píng)估結(jié)果Table 1 Two methods to evaluate the results

信息網(wǎng)與物理網(wǎng)的耦合，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加便利，但也面臨著信息網(wǎng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，仿真結(jié)果證明，當(dāng)考慮信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播后，電力系統(tǒng)所受影響大大增加，并根據(jù)本文方法可篩選出易被忽視的組合故障，有利于對(duì)配電網(wǎng)CPS中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性保護(hù)，對(duì)提升系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力提供支持。

5 結(jié)論

在信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合不斷加深的背景下，來(lái)自信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)不得不著重考慮，并且信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)間相互關(guān)聯(lián)，本文建立考慮信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播的信息-物理預(yù)想組合故障對(duì)配電網(wǎng)CPS的安全性影響進(jìn)行了分析，仿真結(jié)果表明，在考慮了信息網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)傳播后，對(duì)配電網(wǎng)CPS的安全影響更大，而前人評(píng)估的結(jié)果都為靠近原始電源的物理故障與控制聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)閉合的信息節(jié)點(diǎn)故障的組合，沒(méi)有考慮到信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)性。通過(guò)改變信息節(jié)點(diǎn)受損概率，考慮對(duì)配電網(wǎng)CPS系統(tǒng)故障恢復(fù)率、非故障區(qū)域損失程度、用戶損失程度、故障恢復(fù)時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)度較大的信息節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，其對(duì)系統(tǒng)的影響較大，并且當(dāng)節(jié)點(diǎn)受損概率增加時(shí)，系統(tǒng)的故障恢復(fù)時(shí)間與非故障區(qū)域損失程度大幅度增加，可以分析得到，對(duì)信息網(wǎng)進(jìn)行安全防護(hù)時(shí)，不僅要著重保護(hù)控制開(kāi)關(guān)閉合的二次設(shè)備，更需要保護(hù)度數(shù)較大的傳輸節(jié)點(diǎn)，這能夠有效提升信息-物理系統(tǒng)的安全水平。