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申请/专利权人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院;国家电网有限公司;东北大学

摘要：本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及电网多属性重要节点评估与规划方法。本发明包括：通过对目标信息物理融合系统进行数据采集，建立相依网络的复杂网络拓扑图；对相依网络建立故障传播模型，计算信息节点受攻击后对物理系统、信息系统的影响；分别建立信息节点、物理节点存活的条件数，根据信息节点失效的难易程度，分别对信息节点的脆弱性进行评估；根据复杂网络的拓扑结构，以节点的介数中心度、度数中心度为枢纽度指标对信息节点的枢纽度进行评估；根据节点重要度指标中的影响因素，对节点进行合理规划以提高cps的抗风险能力。本发明为电网cps的安全分析与防护方法研究提供新的视角，为电网节点的规划以及防御部署提供依据。

主权项：1.电网多属性重要节点评估与规划方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.通过对目标信息物理融合系统进行数据采集，建立相依网络的复杂网络拓扑图；具体包括：步骤1.1.从攻击者的角度，采集电力cps网络的拓扑连接数据；网络拓扑连接数据包括：cps物理网络的拓扑连接方式，调度中心节点的分布信息、cps信息网络的通信站点位置分布信息、信息网络和物理网络间耦合点的拓扑位置和耦合方式；步骤1.2.对电力物理网络和信息网络分别独立建模，得到两个无向拓扑图Gc，Gp，同时，Gx＝Vx,Ex，x∈{p,c}；Gx表示单侧网络的无向拓扑图；其中Vx＝{1,2,…N}是单侧网络的节点集合，Ex＝{ei,j}是单侧网络的边集合，分别建立单侧网络的自关联矩阵Ax表示根据物理和信息单层网络的自身特征分别建立的单侧网络的自关联矩阵，根据不同网络的物理意义，其矩阵元素的赋值如下：物理侧自关联矩阵Ap中矩阵元素取值如下： 信息侧自关联矩阵Ac矩阵元素取值如下： 步骤1.3.分别建立信息-物理、物理-信息的耦合关联矩阵Sc-p,Sp-c；其中，Sc-p矩阵描述信息网对物理网的耦合依存关系，若信息网络节点ic和物理网络节点jp存在联系，耦合关系矩阵元素Si,j＝1，否则Si,j＝0；Sp-c矩阵描述物理网对信息网的耦合依存关系，若物理网络节点ip和信息网络节点jc存在联系，Si,j＝1，否则Si,j＝0；步骤2.对相依网络建立故障传播模型，计算信息节点受攻击后对物理系统、信息系统的影响；具体包括以下步骤：步骤2.1.基于相依网络的拓扑结构，根据信息节点、物理节点的存活条件，建立某信息节点受攻击后的故障传播图；步骤2.2.计算物理节点的失效个数ΔNp＝Np-Np'和节点失效比例其中，Np代表故障前物理节点的个数，Np'代表故障后物理节点的个数；计算信息节点的失效个数ΔNc＝Nc-Nc'和失效比例其中，Nc代表故障前信息节点的个数，Nc'代表故障后信息节点的个数；更新物理网络矩阵、信息网络矩阵和耦合网络矩阵,将矩阵中的失效节点的矩阵元素取值改为0；步骤2.3.计算损失的信息量及其所占比例： 其中，分别代表故障前和故障后，第i个信息节点所承担的信息量的大小；计算损失的负荷及其所占比例其中，分别代表故障前和故障后，第i个物理节点所承担的功率大小；步骤2.4.计算该信息节点i遭破坏后产生的连锁故障对信息物理系统的损失度指标其中，ω1，ω2分别代表信息系统和物理系统故障所占的权重，根据相依网络的拓扑结构动态赋值；步骤3.分别建立信息节点、物理节点存活的条件数，根据信息节点失效的难易程度，分别对信息节点的脆弱性进行评估；具体包括以下步骤：步骤3.1.设定信息节点j的攻击难度为γj，对所有信息节点进行单个攻击，对节点j攻击后，计算其余信息节点引连锁故障而失效的数目根据故障传播理论和信息节点的存活条件计算节点i∈Nc的状态di，若信息节点i正常运行，则di＝0；若信息节点i失效，则di＝1；步骤3.2.以攻击者在攻击不同的节点的情况下信息节点i失效的难易程度之和来衡量信息节点的脆弱度，计算信息节点i的脆弱度指标： 其中γi为信息节点i的攻击难度，Nc为信息节点的个数，di为节点i的存活状态，γj为信息节点j的攻击难度；步骤4.根据复杂网络的拓扑结构，以节点的介数中心度、度数中心度为枢纽度指标对信息节点的枢纽度进行评估；具体包括以下步骤：步骤4.1.将信息节点i的度数规格化，用可能有的最大度数除以该节点度数，得到信息节点i的度数中心度其中Ki表示与节点i相连的其它节点数，Nc-1为网络中可能有的最大度数；步骤4.2.定义介数中心度为经过该节点的最短路径数目占最短路径总数的比例，该指标反映了节点在最短路径下的结构负荷水平，即： 其中，Vc表示信息节点集合，σj,k表示节点j,k之间的最短路径和，σj,k|i表示σj,k中最短路径经过节点i的个数和；步骤4.3.对度数中心度、介数中心度加权处理，得到信息节点的枢纽度指标Zic＝Cdi×αc+Cbi×1-αc，其中，αc，1-αc分别为度数中心度，介数中心度所占的权重；步骤5.节点重要度指标的影响因素有损失度指标、脆弱度指标和枢纽度指标，根据这些影响因素，对重要度高的信息节点进行合理规划以提高cps的抗风险能力；具体包括以下步骤：步骤5.1.将信息节点按损失度指标排序，删除损失度最大的节点i及其相连的边，删除其相依物理节点及与物理节点相连的边，物理网和信息网中将出现一些脱离最大连通子图的失效节点，用最少的边将这些节点连入最大连通子图；重新计算节点的损失度指标，删除损失度最大的节点及其相连的边，删除其相依物理节点及与物理节点相连的边，物理网和信息网中将出现一些脱离最大连通子图的失效节点，用最少的边将这些节点连入最大连通子图，直到达到允许范围内的最大加边数；步骤5.2.将信息节点按脆弱度指标排序，在不出现自环或重边的前提下，将脆弱度指标最高的两节点之间加一条边，建立备用信道；重新计算节点的脆弱度指标并排序，在不出现自环或重边的前提下，将脆弱度指标最高的两节点之间加一条边，直到达到允许范围内的最大加边数；步骤5.3.将信息节点按枢纽度指标排序找出枢纽度最高的节点i；将与节点i直接连接的节点枢纽度排序，找出枢纽度最高的节点j，删除连接节点i与j的边；重新计算节点的枢纽度指标，删除连接枢纽度最高的节点的边，直到节点的最大枢纽度达到允许的范围。

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