崔超

摘要：随着社会的进步，电网朝着大规模、高复杂性不断发展。为了对电网进行真实有效调控，先进信息通信技术在电网系统中广泛应用，加深了通信信息系统和电力物理网络融合，形成智能电网中的电力信息-物理相依系统（CPPS）。如今智能电网的快速发展，电力通信网的规模和结构变得越来越庞大而复杂。电力通信网作为电力网的信息通信传输主干网，承载着越来越多的各种电力通信业务。研究发现，在复杂网络中部分重要节点故障失效后，有可能造成整个网络的崩溃。电力通信网作为一种特殊的复杂网络，准确定位电力通信网中的关键节点，对其加以保护，加强其抵御攻击的能力，对确保电力系统的安全可靠运行具有重要作用。因此在本文之中，主要是对相依网络理论下电力通信网节点重要度评价进行了全面的分析研究，并且也是在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给予相同行业进行工作的人员提供出一定价值的参考。

关键词：相依网络理论;电力通信;网络节点;重要度;分析

1导言

相依网络是指由若干网络彼此依赖而耦合成的网络。由定义可知，首先要有多个网络，其次这些网络间需存在依赖与被依赖的关系。电网主要由各种电力设备以及电力线组成;而通信网络可以实现远距离信息传输，主要由通信线路将主机联系起来构成通信网络。为保证智能电网可靠稳定地运行，电网中各级站点均需要进行有效调控，调度与控制指令的安全可靠传输必须通过通信网来实现。因此电力设备通过数据线与通信节点相连接，即实现电力网依存于电力通信网络。通信网运行需要有电能的支持，智能电网中的通信设备部署在电力站点上，可直接由电力站点为通信节点提供能量驱动，即电力通信网需要依存于电力网络。根据相依网络的定义，电力网与通信网相互融合形成电力信息-物理相依系统。随着电力通信网的快速发展，网络拓扑的复杂度增加，运营和维护网络的难度越来越大。而网络拓扑中的重要节点对维护整张网络的正常运行又至关重要，一旦网络中的某些重要节点甚至某一节点故障，整张网络极易被破坏而不能正常运行。因此，研究电力通信网络节点的重要度以筛选出关键节点就成了一个必要的研究内容。

2电网影响重要度

将电力通信网节点所在调度中心，变电站等称为站点，作为电力系统的专属通信网络，电力通信网节点和电网站点一一对应。通信网节点对应的各站点，在电力网络中的重要性具有较大差异，考虑不同站点对电力通信网节点的影响，采用电网各站点电压等级、站点规模、站点负荷等级和负荷大小作为影响电力通信网节点重要性的因素。在通过电网站点描述电网对电力通信网节点的影响时。站点等级、规模不同，则其在网络中的重要性也不一样，电压等级高的变电站较电压等级低的变电站重要，枢纽站较区域站重要。相应的站点负荷等级越高、负荷越大也会较同类站点越重要。

3基于多指标的关键节点辨识

在辨识关键节点时，评价指标包括节点拓扑重要度和业务重要度以及电力通信网节点所处电网站点的电网影响重要度三个指标。节点的拓扑重要度越大，即节点所处网络的位置越关键;节点承担的业务种类和数量越多，以及相应的业务越重要，节点故障，对网络业务重要度损失也越大;从电网影响来看，各个站点之间的差异也反映了各通信网节点之间的差异。因此将上述三个指标作为辨识电力通信网的关键节点具有合理性。为了合理确定各指标的权重，采用主观赋权法中的层次分析法和客观赋权法中的熵权法相结合，确定各指标的综合权重。

4电力通信网络的节点重要度

在电力通信网络拓扑中，节点的重要度的评价可以从两个方面来考察：一个方面是从通信网络角度来看，基于网络凝聚度和割点来评价节点重要度;另一个方面是从电力网络角度来看，基于电力因素来评价节点重要度。最后综合这两个方面来对电力通信网络的节点重要度作总体评价，因此针对于这个方面的内容来说，必须要引起足够的重视，从而去保证电力系统能够得到持续稳定的发展，促进我国社会主义经济建设的水平得到全面的提高，为人们生活质量的提升奠定出相应的基础。

5CPPS网络中电力通信网节点重要度评价

5.1电力信息-物理相依网络

智能电网中电力网络与通信网络的相互融合形成电力信息-物理相依网络。根据其网间连接的不同，CPPS网络模型可以分为：“一一对应”相依网络模型、部分相互依存网络模型、多重依存相依网络模型、一对多相依网络模型、多对多相依网络模型和考虑节点异质性的电力信息-物理相依网络模型等。上述大多模型都是基于理论和假设提出的，未得到实际的验证，所以并不符合现实中的中国电力系统。通过对国内某省电网的分析以及参考文献中所指明的中国CPPS模型，在中国实际电力系统中，为了对各电力站点进行有效监测与控制，各电力站点都部署有数据采集与监视控制系统等信息节点。信息通信网络中还存在中继节点以及各级调度中心，但由于它们的重要作用，会配备有完备的备用发电机组，可使其成为自治节点。即每个电力节点有且只有一个信息节点与之对应，而通信网中却存在独立节点，但其他通信节点也与电力节点一一对应。所以，考虑到中国实际的电力系统情况，我国的CPPS网络可以表示为“部分一一对应”关系，

5.2CPPS网络中单侧网络节点重要度

本文中采用信息单侧网、电力单侧网及其依存关系的集合来表示电力信息-物理相依网络。在研究电力通信网络时，将拓扑中的路由器等通信设备视为节点，将链路视为无向的单线边，并且将链路的已用率作为边权值写出电力通信单侧网边权值矩阵CW。而为了反映电力单侧网络本质特性，在研究有权电力网络时，网络中的电能仅考虑有功功率且按照基尔霍夫定律分配，采用了电抗值作为线路的权值，所以本文亦将电力连接线的电抗值作为边权值，并将链路视为无向的单线边，得到电力单侧网边权值矩阵PW。电力系统中站点存在不同等级，并且在设备类型以及部署方式等方面存在差异，所以等级不同的站点重要度也会有所不同，并将其表示为电力节点电压等级重要度。在已有方法中，部分学者分析电力系统时就是将其分为了不同层次等级进行分析的，而对于电压节点的等级重要度，已有利用业务的重要度进行分析计算的方法以及本文中采用的通过专家评分得到等级重要度的方法，电力网与通信网互相融合成为相依系统，电力通信网作为电力网的支撑网络而存在，起到调控和传输数据的作用。若通信网发生故障，故障可通过相依边进行网间传播，造成更严重的网间连锁故障，因此，对智能电网中电力通信网络节点重要性进行评估具有重要的现实意义。

6结论

通过对上述的内容进行分析研究組会后可以得出，总而言之，将CPPS作为有权网络分析，电力单侧网以电力线电抗值作为边权值，通信单侧网以链路带宽已用率作为边权值，再根据双网间的相依关系矩阵，根据文中评价模型可以得到相依网络中电力通信网络的节点重要度指标。对重要度高的节点加强保护，可以减少和避免故障的发生，提高系统的可靠性，保证智能电网的正常可靠运行。

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