一种信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法
【专利摘要】一种信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法。其首先针对信息系统建立设备静态连接模型和信息包动态传输模型，然后，考虑信息系统设备静态连接的故障和信息系统信息包动态传输质量的不可靠(包括传输偏差、传输延时和传输路由错误)运用蒙特卡洛方法模拟微电网物理?信息系统的运行，以平均缺供电量和失负荷概率为指标，分析计算信息系统的不可靠对微电网运行的影响。最后针对信息系统设备静态连接的故障和信息系统信息包动态传输的质量进行微电网运行可靠性灵敏度分析。该方法能找出对微电网运行可靠性影响较大的信息系统薄弱环节并为微电网系统的精细化规划设计和运行管理提供科学建议。
【专利说明】
一种信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于计算机控制技术领域，特别是涉及一种信息系统对微电网运行可靠性 影响的分析方法。
【背景技术】
[0002] 信息系统对电力系统的安全、高效、经济运行起着重要的支撑作用。然而，信息系 统自身出现的故障也会影响电力系统的正常运行，随着电气物理系统与信息系统的耦合关 系日益密切，信息系统对电力系统可靠性的影响不能忽视。因此，分析信息系统与电气物理 系统的耦合关系，量化信息系统对电力系统运行可靠性的影响，甄别并改善电气物理-信息 系统薄弱环节，对提高电力系统的运行可靠性至关重要。
[0003] 微电网作为一种小型的发配用电系统，是一种深度融合计算、通信以及控制技术 的物理-信息系统。微电网的物理系统包括分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷等电 气设备;信息系统包括数据采集器、状态检测器、控制器、通信设备以及高性能计算决策设 备等信息设备。为充分且有效地协调微电网内各类发电、储能以及负荷的功率平衡关系，微 电网需要依靠安全可靠的信息系统实时采集各电气设备的信息，并基于一定的策略为相关 受控设备下达命令执行信息，以保证整个微电网的电压和频率的稳定，同时支撑实现面向 经济调度等目标的微电网能量管理和运行优化，信息系统一旦发生故障将很有可能极大地 影响微电网的安全稳定运行。
[0004] 关于信息系统对微电网可靠性影响的研究也已经出现，有些研究人员指出微电网 中通信控制终端的损坏会导致其所控制的设备退出运行，该研究只考虑了信息设备与电气 设备的静态耦合关系，但微电网中的负荷、分布式电源出力的不确定性较大，不同时刻、不 同信息设备的信息系统故障对微电网运行可靠性的影响效果可能有很大不同，因此需要在 模拟微电网物理-信息系统联合运行的基础上，分析信息系统对微电网运行可靠性的影响。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种信息系统对微电网运行可靠性影 响的分析方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法 包括按顺序执行的下列步骤：
[0007] 步骤1)建立信息系统信息设备静态连接模型：首先，为信息系统中信息设备建立 静态连接矩阵;然后，基于上述静态连接矩阵，运用深度优先搜索算法，为信息系统中信息 设备建立通信路径，最终得到信息设备静态连接模型；
[0008] 步骤2)建立信息系统信息包动态传输模型：在步骤1)建立好的通信路径上，考虑 信息包在通信路径的传输过程中的传输偏差、传输延时和传输路由错误三种情况，为信息 包在信息系统的传播建立动态传输模型；
[0009] 步骤3)模拟微电网物理系统和信息系统运行状态:考虑微电网负荷、电源出力的 不确定性，利用步骤1)获得的通信路径，采用步骤2)获得的信息包动态传输模型，运用蒙特 卡洛方法模拟微电网物理系统和信息系统运行状态；
[0010]步骤4)微电网运行可靠性评价和灵敏度分析:通过步骤3)模拟运行后采集的平均 缺供电量和失负荷概率作为可靠性指标，分析计算信息系统的不可靠对微电网运行的影 响，最后针对信息系统中信息设备静态连接的不可靠和信息包传输质量的不可靠进行微电 网运行灵敏度分析。
[0011]在步骤1)中，所述的建立信息系统信息设备静态连接模型的方法包括如下步骤：
[0012] 步骤1.1)建立信息系统信息设备的静态连接矩阵：
[0013] 将信息系统中每个信息设备定义为节点，两个信息设备的连接关系定义为边，将 通信网络中的所有信息设备进行编号，确认信息设备之间的连接关系，建立静态连接矩阵 A，那么若节点i与节点j相连，贝ljAij = l，否则Aij = 0;
[0014] 步骤1.2)基于上述静态连接矩阵A，运用深度优先搜索算法为信息设备建立通信 路径。
[0015] 在步骤1.2)中，所述的基于静态连接矩阵A，利用深度优先搜索算法为信息设备建 立通信路径的方法包括如下步骤：
[0016] 步骤1.2.1)运用蒙特卡洛模拟法，判断步骤1.1)中获得的静态连接矩阵A中信息 设备是否出现故障，若此时有信息设备故障，则下一步执行步骤1.2.2);否则，下一步执行 步骤 1.2.3);
[0017] 步骤1.2.2)从静态连接矩阵A中剔除存在故障的信息设备所对应的节点编号的行 与列，从而形成无故障信息设备静态连接矩阵；
[0018] 步骤1.2.3)运用DFS算法为该信息系统中无故障的信息设备建立通信路径，去除 冗余通道，以确保每两个信息设备间只有一条通信路径并保持通畅；
[0019] 步骤1.2.4)输出无冗余的简化通信网络拓扑，最终得到该信息系统中信息设备的 静态连接模型。
[0020] 在步骤2)中，所述的建立信息系统信息包动态传输模型的方法包括如下步骤：
[0021 ]步骤2.1)建立信息包模型：
[0022] 假设在时刻t待分析的通信网络中有一信息包S需要通过信息系统中的信息设备 i，最终到达信息设备k，借鉴信息通信领域数据包的概念，可以将信息包模型表示为 S嚇风
[0023] 步骤2.2)利用上述信息包模型建立信息系统信息包传输误差模型：
[0024] 设信息包传输过程中的有效载荷，即信息包的第一部分的传输误差概率为 报头信息，即信息包的第二部分的传输误差概率为误差量为时刻t的函数ei(t)，e2 (t)，则考虑信息传输误差后，信息设备i输出的信息按照式(1)、（ 2)计算：
[0025] S[nJ (/) = S[, (V) -int(rand(0,1) - )x (/) (1)
[0026] k，=k_int(rand(0, l)-Perr〇r2) Xe2(t) (2)
[0027] 步骤2.3)利用上述信息包模型建立信息传输延时模型：
[0028] 设信息传输过程中信息包的传输延时概率为PerrQrt，延时量为时刻t的函数et(t)， 则信息包通过信息设备i后的输出用式(3)计算：
[0029] (r-int( rand(0J) ~ Perron )X (0) = (T) (^)
[0030] 综合步骤2.2)中的信息包传输误差模型和步骤2.3)中的信息包传输延时模型，得 到当信息包S通过信息设备i时的输出状况：
[0031 ] S[p,(i -ini(rand(0.1)-i^,,)j = 5；; (/)--int(rand(0.)xe,(/) (4)
[0032] k，=k_int(rand(0, l)-Perr〇r2) Xe2(t) (5)
[0033] 式(4)、（5)称为传输路径动态传输函数F。
[0034] 在步骤3)中，所述的运用蒙特卡洛方法模拟微电网物理系统和信息系统运行状态 的方法包括如下步骤：
[0035] 5.1)信息采集过程：由信息系统中的数据采集器和状态检测器采集微电网中电气 设备的电量和状态信息(如电压、电流等电量信息和电机、开关的状态信息），形成信息包S;
[0036] 5.2)信息上传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传 输模型，即利用上述传输路径动态传输函数F进行信息上传；
[0037] 5.3)信息处理与决策过程:在信息设备的通信路径和动态传输都正常的情况下， 信息包S被传输到微电网中央控制器，微电网中央控制器通过调度人员设定的微电网运行 目标处理数据实时优化调度运行，并形成每个微电网中电气设备的命令信息包Sset;
[0038] 5.4)命令下传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传 输模型，即利用上述传输路径动态传输函数F将命令信息包S se3t传回相应的微电网电气设备 中；
[0039] 5.5)命令执行过程:微电网电气设备依据信息包Sset完成相应的运行调整动作。
[0040] 在步骤4)中，所述的微电网运行可靠性评价和灵敏度分析包括如下步骤：
[0041 ]步骤4.1)可靠性指标计算：
[0042]微电网物理-信息系统的可靠性指标L0LP的计算公式如下：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] eensjPlolpi*别是第i个时间步长下蒙特卡洛模拟微电网运行后采集的平均缺 供电量和失负荷概率，η为蒙特卡洛模拟次数，将每次采集的指标累计并做平均处理，得到 所研究的微电网系统在信息系统的影响下的可靠性指标；
[0047]步骤4.2)灵敏度分析：
[0048] 依次改变各个信息设备的可靠性参数，包括可靠率、有效载荷传输误差概率、信息 报头传输误差概率和传输延时概率，计算相应参数下的微电网可靠性指标，就能够分析出 信息系统中哪个环节对微电网可靠性的影响最大。
[0049] 本发明提供的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，首先针对信息系统 建立设备静态连接模型和信息包动态传输模型，然后，考虑信息系统设备静态连接的故障 和信息系统信息包动态传输质量的不可靠(包括传输偏差、传输延时和传输路由错误)运用 蒙特卡洛方法模拟微电网物理-信息系统的运行，以平均缺供电量(EENS)和失负荷概率 (LOLP)为指标，分析计算信息系统的不可靠对微电网运行的影响。最后针对信息系统设备 静态连接的故障和信息系统信息包动态传输的质量进行微电网运行可靠性灵敏度分析。该 方法能找出对微电网运行可靠性影响较大的信息系统薄弱环节并为微电网系统的精细化 规划设计和运行管理提供科学建议。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明提供的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法流程图。
[0051] 图2为信息系统中信息设备连接关系图；
[0052]图3为基于DFS算法的信息设备通信路径建立方法流程图；
[0053]图4为已建立好的信息设备通信路径；
[0054]图5为基于蒙特卡洛方法的微电网物理-信息系统的整体运行示意图；
[0055]图6为独立微电网示意图；
[0056]图7为实施例中信息系统的信息设备连接关系图；
[0057]图8为蒙特卡洛模拟收敛过程图；
[0058] 图9为信息包动态传输质量对可靠性的影响灵敏度分析图；
[0059] 图10为信息终端可靠率对灵敏度的影响分析图；
[0060] 图11为通信线路可靠率对灵敏度的影响分析图；
[0061] 图12为交换机可靠率对灵敏度的影响分析图；
【具体实施方式】
[0062] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的信息系统对微电网运行可靠性影响 的分析方法进行详细说明。
[0063] 如图1所示，本发明提供的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法包括按 顺序执行的下列步骤：
[0064]步骤1)建立信息系统信息设备静态连接模型：首先，为信息系统中信息设备建立 静态连接矩阵;然后，基于上述静态连接矩阵，运用深度优先搜索(DFS)算法，为信息系统中 信息设备建立通信路径，最终得到信息设备静态连接模型；
[0065] 步骤2)建立信息系统信息包动态传输模型：在步骤1)建立好的通信路径上，考虑 信息包在通信路径的传输过程中的传输偏差、传输延时和传输路由错误三种情况，为信息 包在信息系统的传播建立动态传输模型；
[0066] 步骤3)模拟微电网物理系统和信息系统运行状态:考虑微电网负荷、电源出力的 不确定性，利用步骤1)获得的通信路径，采用步骤2)获得的信息包动态传输模型，运用蒙特 卡洛方法模拟微电网物理系统和信息系统运行状态；
[0067] 步骤4)微电网运行可靠性评价和灵敏度分析:通过步骤3)模拟运行后采集的平均 缺供电量(EENS)和失负荷概率(L0LP)作为可靠性指标，分析计算信息系统的不可靠对微电 网运行的影响，最后针对信息系统中信息设备静态连接的不可靠和信息包传输质量的不可 靠进行微电网运行灵敏度分析。
[0068] 在步骤1)中，所述的建立信息系统信息设备静态连接模型的方法包括如下步骤：
[0069]步骤1.1)建立信息系统信息设备的静态连接矩阵：
[0070]此步骤的目的是运用静态连接矩阵A描述信息系统中各个信息设备之间的连接关 系，为信息系统通信路径的建立提供拓扑基础。具体过程如下：
[0071] 将信息系统中每个信息设备定义为节点，两个信息设备的连接关系定义为边。如 图2所示，在信息系统中，微电网中央控制器负责监测和控制整个微电网的运行，交换机负 责微电网中信息的传输和转发，信息通信方式为光纤通信。该系统是一个环形通信网络，将 通信网络中的所有信息设备进行编号，确认信息设备之间的连接关系，建立静态连接矩阵 A，那么若节点i与节点j相连，则A^ = l，否则牝=0。现以图2为例说明静态连接矩阵建立过 程，其中微电网中央控制器、光纤1、交换机1等信息设备均表示为节点，分别编号为1、2、 3……。1号设备(微电网中央控制器)与2号设备(光纤1)直接相连，表示为A 12 = A21 = 1;交换 机1与交换机4不直接相连，则表示为Α37 = Α73 = 0。图2中共包含16个信息设备，则该静态连 接矩阵A为16X16矩阵。
[0072] 步骤1.2)基于上述静态连接矩阵A，运用深度优先搜索算法为信息设备建立通信 路径：
[0073] 此步骤的目的是剔除步骤1.1)获得的静态连接矩阵A中可能存在故障的信息设 备，为无故障的信息设备建立通信路径。现实中的信息网络的通信路径通常存在冗余，两点 之间保持顺畅通信的通信路径可能有多条，其中一条通信路径上的信息设备损坏可能并不 影响这两点之间的正常通信，因此，需要在得到信息设备静态连接矩阵和通信网络中所有 信息设备是否处于故障状态的基础上，为信息系统的信息设备建立通信路径。
[0074] 深度优先搜索(Depth First Search，DFS)算法是图论中的经典算法，利用深度优 先搜索算法可以产生目标图的相应拓扑排序表，利用拓扑排序表可以方便地解决很多相关 的图论问题，本发明利用DFS算法查找并建立各个信息设备之间的通信路径。
[0075] 如图3所示，在步骤1.2)中，所述的基于静态连接矩阵A，利用深度优先搜索算法为 信息设备建立通信路径的方法包括如下步骤：
[0076] 步骤1.2.1)运用蒙特卡洛模拟法，判断步骤1.1)中获得的静态连接矩阵A中信息 设备是否出现故障，若此时有信息设备故障，则下一步执行步骤1.2.2);否则，下一步执行 步骤 1.2.3);
[0077] 步骤1.2.2)从静态连接矩阵A中剔除存在故障的信息设备所对应的节点编号的行 与列，从而形成无故障信息设备静态连接矩阵；
[0078]步骤1.2.3)运用DFS算法为该信息系统中无故障的信息设备建立通信路径，去除 冗余通道，以确保每两个信息设备间只有一条通信路径并保持通畅；
[0079] 步骤1.2.4)输出无冗余的简化通信网络拓扑，最终得到该信息系统中信息设备的 静态连接模型。
[0080] 现利用上述通信路径建立方法对图2中的通信网络进行简化:有冗余的静态连接 矩阵A已经求得，现假设交换机2与光纤6(两个信息设备的编号分别为6和12)出现故障并退 出运行，那么静态连接矩阵A中第6行第6列与第12行第12列需要剔除，并运用上述提出的通 信路径建立方法，得到最终能够正常运行的简化通信网络，如图4所示。6号设备和12号设备 为故障设备，已经被剔除;4号设备和15号设备为经过DFS算法分析后无法与通信网络中其 它部分形成完整路由的设备，因此无法参与正常通信；其余设备为可以正常运行并参与通 信的设备。可以看出，由于环状结构具备冗余通道，尽管其中一个交换机出现故障，14号和 16号设备仍然能够与节点1即1号设备(微电网中央控制器)保持通信通畅，从而保持正常运 行。但15号设备由于光纤6出现故障而无法与微电网中央控制器保持通信，从而退出运行。
[0081] 若要模拟信息系统的运行除了需要知道信息设备的连接关系和设备的通信路径 (即步骤1中的信息系统设备静态连接模型）外，还需要知道信息在通信路径中的动态传输 状态，下面通过步骤2)为信息在通信路径中的动态传输状态进行建模：
[0082] 在步骤2)中，所述的建立信息系统信息包动态传输模型的方法包括如下步骤： [0083]步骤2 · 1)建立信息包模型：
[0084] 假设在时刻t待分析的通信网络中有一信息包S需要通过信息系统中的信息设备 i，最终到达信息设备k，借鉴信息通信领域数据包(Packet)的概念，可以将信息包模型表示 为 灸]。.
[0085] 该信息包模型中共含有两部分信息，第一部分为有效载荷，即需要传输的信息量 值，如电压、电流的量、开关变化量等;第二部分为报头信息，包含信息包si.?最终需要送 达的地址，即信息设备k的地址，该地址可能是微电网中央控制器的地址，也有可能是某个 信息设备的通信地址，视运行过程中信息传输的情况而定。
[0086] 若信息包S在通过信息设备i时发生了传输扰动，则信息包模型中的 两部分信息都有可能因为扰动而变化，从而在信息包S通过信息设备i后，信息包模型变为 下面具体分析通信路径质量问题对信息包的影响，主要包括信息传输的误 差和信息传输的延时两种情况。
[0087] 步骤2.2)利用上述信息包模型建立信息系统信息包传输误差模型：
[0088] 信息包传输过程中需要考虑信息传输的误差，设信息包传输过程中的有效载荷 (信息包的第一部分）的传输误差概率为Perrorl，报头信息（信息包的第二部分）的传输误差 概率为FWcxr2,误差量为时刻t的函数ei(t)，e 2(t)，则考虑信息传输误差后，信息设备i输出 的信息按照式(1)、（2)计算：
[0089] SinJ (/) = (/) -inl:(rand(0,1) - )xe] (/) (1)
[0090] k，=k_int(rand(0, l)-Perr〇r2) Xe2(t) (2)
[0091 ] 式（1)、（2)中的rand(0,1)产生0~1之间的随机数，int为取整函数，通过比较rand (〇，1)和误差概率的大小来判断所传输的信息是否会产生误差。例如设1^^^ = 〇.2,在一次 信息传输过程中，若产生的随机数为0.8,则ei(t)前面的系数为0,说明此时传输过程不产 生误差，若产生的随机数为0.15,则取整函数int输出的值为-1，证明此时传输过程产生误 差；
[0092] 步骤2.3)利用上述信息包模型建立信息传输延时模型：
[0093] 同理，设信息传输过程中信息包的传输延时概率为Perrcirt，延时量为时刻t的函数 et(t)，则信息包通过信息设备i后的输出用式(3)计算：
[0094] Cd (rand(OJ) -)x^(/)) = ,V；; (/) (3)
[0095] 若式(3)中et(t)前面的系数为-1，则表示信息设备i直到t+et(t)的时刻才能输出 信息包S，在t至t+e t(t)这段时间里不会输出信息，从而产生了信息传输延时;若式(3)中et (t)前面的系数为0,则表示该传输过程不产生延时，信息设备i在t时刻就会输出信息包s。
[0096] 综合步骤2.2)中的信息包传输误差模型和步骤2.3)中的信息包传输延时模型，就 可以得到当信息包S通过信息设备i时的输出状况：
[0097] (/ -ini(rand(0.1)-11,,,,,)) = S[, (/) -int( riind(0.)XcJi 0)
[0098] k，=k_int(rand(0, l)-Perr〇r2) Xe2(t) (5)
[0099] 式(4)、（5)称为传输路径动态传输函数F，其综合考虑了信息设备故障、信息包传 输误差和信息传输延时的因素;这样首先应用步骤1)为信息传输构建一条通信路径，然后 就可以通过步骤2)中的式(4)、（5)建立信息包在这条通信路径的动态传输模型了。
[0100] 为了得到微电网的运行可靠性指标，需要进行多次微电网物理-信息系统的运行 模拟，将每次模拟得到的可靠性指标进行加和平均就会得到最终的微电网运行可靠性指 标。
[0101] 如图5所示，在步骤3)中，所述的运用蒙特卡洛方法模拟微电网物理系统和信息系 统运行状态的方法包括如下步骤：
[0102] 5.1)信息采集过程：由信息系统中的数据采集器和状态检测器采集微电网中电气 设备的电量和状态信息(如电压、电流等电量信息和电机、开关的状态信息），形成信息包S;
[0103] 5.2)信息上传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传 输模型，即利用上述传输路径动态传输函数F进行信息上传；
[0104] 5.3)信息处理与决策过程:在信息设备的通信路径和动态传输都正常的情况下， 信息包S被传输到微电网中央控制器，微电网中央控制器通过调度人员设定的微电网运行 目标处理数据实时优化调度运行，并形成每个微电网中电气设备的命令信息包S set;
[0105] 5.4)命令下传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传 输模型，即利用上述传输路径动态传输函数F将命令信息包S se3t传回相应的微电网电气设备 中；
[0106] 5.5)命令执行过程:微电网电气设备依据信息包Sse3t完成相应的运行调整动作。
[0107] 在模拟微电网的物理-信息系统运行过程中，信息系统的故障(包括信息设备故障 导致的通信路径中断、传输误差、延时导致的信息包传输失真)很可能影响微电网的电力供 需平衡，从而影响微电网的可靠运行。因此，需要评估微电网在信息系统有可能发生故障的 情况下的运行可靠性。
[0108] 在步骤4)中，所述的微电网运行可靠性评价和灵敏度分析包括如下步骤：
[0109] 步骤4.1)可靠性指标计算：
[0110] 微电网物理-信息系统的可靠性指标(L0LP)的计算公式如下：
[0114] eensjPlolpi*别是第i个时间步长下蒙特卡洛模拟微电网运行后采集的平均缺
[0111]
[0112] 1 供电量和失负荷概率，η为蒙特卡洛模拟次数，将每次采集的指标累计并做平均处理，就可 得到所研究的微电网系统在信息系统的影响下的可靠性指标。
[0115] 步骤4.2)灵敏度分析：
[0116] 灵敏度分析旨在找出影响微电网运行的信息系统薄弱环节，表1给出了在模拟微 电网的物理-信息系统运行过程中信息系统中信息设备可靠性参数，以表1数据为基础，依 次改变各个信息设备的可靠性参数(包括可靠率、有效载荷传输误差概率、信息报头传输误 差概率和传输延时概率），计算相应参数下的微电网可靠性指标，就能够分析出信息系统中 哪个环节对微电网可靠性的影响最大，从而为微电网的精细化规划设计和运行管理提供科 学建议。
[0117] 表1信息系统中信息设备可靠性参数
[0118]
[0119] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：
[0120] 图6为独立微电网示意图，该独立微电网有两条母线，母线1接有负荷和微型燃气 轮机MG。微型燃气轮机MG受能量管理系统调度，是该微电网中的稳定出力，该独立微电网提 供电压频率支撑，最大和最小出力分别为l〇〇kW和10kW。设定负荷为波动负荷，其概率分布 为平均值50kW的随机分布。母线2上接有蓄电池 B和风力发电机WT，蓄电池 B的容量为 500kWh，最大出力为10kW。风力发电机WT最大出力为50kW。设定风力发电机WT出力为威布尔 分布。分布式电源与负荷均设有控制器(LC和MC)，这些控制器实时采集微电网物理系统中 各个电气设备的电量和状态信息，并通过通信网络上传到信息系统的微电网中央控制器 (MGCC)中，MGCC根据设定的运行策略和采集到的信息为所有电气设备下达指令如负荷切削 设定、分布式电源出力设定、分布式电源启停设定等等，这些指令通过通信网络传递到各个 控制器中被执行。
[0121] 步骤1)建立信息系统信息设备静态连接模型
[0122] 用步骤1)的方法为图6所示微电网的信息系统建立静态连接矩阵A，并运用深度优 先搜索算法为信息设备建立通信路径(如图7所示）。
[0123] 步骤2)建立信息系统信息包动态传输模型
[0124] 用式(4)、（5)，基于步骤1)建立的信息设备通信路径，为信息系统中信息包传输的 动态过程进行建模。
[0125] 步骤3)模拟微电网物理系统和信息系统运行状态：
[0126] 微电网的目标是实现对分布式电源以及储能设备的优化调度，保证长期稳定、经 济运行，本发明选择硬充电策略作为该独立微电网的运行策略，其实微电网运行策略多样， 本发明研究重点关注的是信息系统对微电网运行的影响，所研究的方法也适用于其它运行 策略。如图5所示采用非序贯蒙特卡洛方法模拟微电网物理-信息系统的运行并应用年平均 失负荷概率(LOLP)和年平均缺供电量(EENS)来评估信息系统对该微电网运行时可靠性的 影响。
[0127] 步骤4)微电网运行可靠性评价和灵敏度分析
[0128] 步骤4.1)可靠性指标计算：
[0129] 以1小时为基本步长，图8为蒙特卡洛模拟5000年运行得到的年平均失负荷量 (EENS)和年平均失负荷概率(L0LP)的变化曲线，可以看出计算过程收敛，得到年平均失负 荷量为1302.7kWh，年平均失负荷概率为0.336%。虽然信息系统传输信息的可靠性达到了 99.99%，误差控制在3%以内，信息设备的可靠性也达到了99%，但由于信息系统和电力系 统的高度耦合，信息系统即使发生很小的误差或延时都有可能引起命令执行的不准确，从 而破坏电力系统的供需平衡。而一旦信息系统信息设备发生故障，该通信路径又没有备份 的冗余通道，其后果可能是部分电气系统直接退出运行，这会导致更大的事故发生。
[0130] 步骤4.2)灵敏度分析：
[0131] 在通信路径质量对微电网运行可靠性影响的灵敏度分析中，令有效载荷的传输误 差概率Perrorl、报头信息（传输路由错误）的传输误差概率和信息包的传输延时概率 Perrort从原始算例中的0.0001逐渐增加到0.001，观察微电网可靠性指标的变化情况。如图9 所示：
[0132] 从图中可以分析出，传输误差、延时、路由错误对失负荷概率的影响效果一致，而 对失负荷量的影响差别较大。路由错误对失负荷量的影响最大，因为路由器往往是通信系 统的关键节点，一旦传输路由出现错误，信息无法到达正确的电气部分，那么相当于整个传 输链条失去作用，对电气系统的运行会有较大影响。而传输误差对系统可靠性影响最小，因 为信息的传输误差控制在3%以内，仅仅会影响一小部分的供需平衡，因此相对影响较小。
[0133] 考虑通信终端、传输线、交换机三种信息设备的故障对系统可靠性的影响;令三种 设备的故障率λ逐渐增大到10倍，观察可靠性指标的变化情况。
[0134] 图10-图12显示了信息系统设备故障率对微电网运行可靠性影响灵敏度，信息终 端故障率对系统运行年缺供电量的灵敏度为111 4.45kW/ (次年），通信线路对系统年缺电量 的灵敏度为496.038kWA次年），路由器故障率对系统运行年缺供电量的灵敏度为 2371.749kW/(次年），由此可以看出，在如图7的树型网络中，交换机故障对微电网可靠性的 影响最大，因为在树形结构中，交换机是各个通信线路的交汇点，如果交汇节点发生故障， 则会导致多条通信线路退出运行，对电力系统的供电影响较大。另外，控制终端的不可靠对 微电网运行的缺电量贡献最大，交换机次之，原因是控制终端的可靠性相对较低，且数量较 多，一旦某一个控制终端退出运行，其控制的电气设备也退出运行，结果会对微电网影响较 大。而实际运行中交换机的故障率较小，因此尽管交换机的灵敏度最大，但是由于其运行可 靠性高，因此故障率极低，所以，实际运行中因为交换机故障而导致缺供电的情况相比于控 制终端故障少。
【主权项】
1. 一种信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于:所述的信息系统 对微电网运行可靠性影响的分析方法包括按顺序执行的下列步骤： 步骤1)建立信息系统信息设备静态连接模型：首先，为信息系统中信息设备建立静态 连接矩阵;然后，基于上述静态连接矩阵，运用深度优先搜索算法，为信息系统中信息设备 建立通信路径，最终得到信息设备静态连接模型； 步骤2)建立信息系统信息包动态传输模型：在步骤1)建立好的通信路径上，考虑信息 包在通信路径的传输过程中的传输偏差、传输延时和传输路由错误三种情况，为信息包在 信息系统的传播建立动态传输模型； 步骤3)模拟微电网物理系统和信息系统运行状态:考虑微电网负荷、电源出力的不确 定性，利用步骤1)获得的通信路径，采用步骤2)获得的信息包动态传输模型，运用蒙特卡洛 方法模拟微电网物理系统和信息系统运行状态； 步骤4)微电网运行可靠性评价和灵敏度分析:通过步骤3)模拟运行后采集的平均缺供 电量和失负荷概率作为可靠性指标，分析计算信息系统的不可靠对微电网运行的影响，最 后针对信息系统中信息设备静态连接的不可靠和信息包传输质量的不可靠进行微电网运 行灵敏度分析。2. 根据权利要求1所述的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于： 在步骤1)中，所述的建立信息系统信息设备静态连接模型的方法包括如下步骤： 步骤1.1)建立信息系统信息设备的静态连接矩阵： 将信息系统中每个信息设备定义为节点，两个信息设备的连接关系定义为边，将通信 网络中的所有信息设备进行编号，确认信息设备之间的连接关系，建立静态连接矩阵Ajp 么若节点i与节点j相连，贝1JAi j = 1，否则Ai j = O; 步骤1.2)基于上述静态连接矩阵A，运用深度优先搜索算法为信息设备建立通信路径。3. 根据权利要求2所述的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于： 在步骤1.2)中，所述的基于静态连接矩阵A，利用深度优先搜索算法为信息设备建立通信路 径的方法包括如下步骤： 步骤1.2.1)运用蒙特卡洛模拟法，判断步骤1.1)中获得的静态连接矩阵A中信息设备 是否出现故障，若此时有信息设备故障，则下一步执行步骤1.2.2);否则，下一步执行步骤 1.2.3)； 步骤1.2.2)从静态连接矩阵A中剔除存在故障的信息设备所对应的节点编号的行与 列，从而形成无故障信息设备静态连接矩阵； 步骤1.2.3)运用DFS算法为该信息系统中无故障的信息设备建立通信路径，去除冗余 通道，以确保每两个信息设备间只有一条通信路径并保持通畅； 步骤1.2.4)输出无冗余的简化通信网络拓扑，最终得到该信息系统中信息设备的静态 连接模型。4. 根据权利要求1所述的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于： 在步骤2)中，所述的建立信息系统信息包动态传输模型的方法包括如下步骤： 步骤2.1)建立信息包模型： 假设在时刻t待分析的通信网络中有一信息包S需要通过信息系统中的信息设备i，最 终到达信息设备k，借鉴信息通信领域数据包的概念，可以将信息包模型表示为步骤2.2)利用上述信息包模型建立信息系统信息包传输误差模型： 设信息包传输过程中的有效载荷，即信息包的第一部分的传输误差概率为报头 信息，即信息包的第二部分的传输误差概率为P_r2,误差量为时刻t的函数ei(t)，e 2(t)，则 考虑信息传输误差后，信息设备i输出的信息按照式(1 )、（2)计算：k'=k-int(rand(0，l)-Perr〇r2) Xe2(t) (2) 步骤2.3)利用上述信息包模型建立信息传输延时模型： 设信息传输过程中信息包的传输延时概率为Perrort，延时量为时刻t的函数et(t)，则信 息包通过信息设备i后的输出用式(3)计算： Slnd ((- int (rand(0,1) - )xe, (/)) = Si, (? (3) 综合步骤2.2)中的信息包传输误差模型和步骤2.3)中的信息包传输延时模型，得到当 信息包S通过信息设备i时的输出状况： (J -in^ (~Κ·η,")) = K (1)-in^(i'and(0.1) )xc, (I) (4) k'=k-int(rand(0,l)-Perr〇r2) Xe2(t) (5) 式(4)、（5)称为传输路径动态传输函数F。5. 根据权利要求1所述的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于： 在步骤3)中，所述的运用蒙特卡洛方法模拟微电网物理系统和信息系统运行状态的方法包 括如下步骤： 5.1) 信息采集过程：由信息系统中的数据采集器和状态检测器采集微电网中电气设备 的电量和状态信息(如电压、电流等电量信息和电机、开关的状态信息），形成信息包S; 5.2) 信息上传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传输模 型，即利用上述传输路径动态传输函数F进行信息上传； 5.3) 信息处理与决策过程:在信息设备的通信路径和动态传输都正常的情况下，信息 包S被传输到微电网中央控制器，微电网中央控制器通过调度人员设定的微电网运行目标 处理数据实时优化调度运行，并形成每个微电网中电气设备的命令信息包S set; 5.4) 命令下传过程:通过步骤1)建立的通信路径以及步骤2)建立的信息包动态传输模 型，即利用上述传输路径动态传输函数F将命令信息包S se3t传回相应的微电网电气设备中； 5.5) 命令执行过程:微电网电气设备依据信息包Sse3t完成相应的运行调整动作。6. 根据权利要求1所述的信息系统对微电网运行可靠性影响的分析方法，其特征在于： 在步骤4)中，所述的微电网运行可靠性评价和灵敏度分析包括如下步骤： 步骤4.1)可靠性指标计算： 微电网物理-信息系统的可靠性指标LOLP的计算公式如下：eensdPlolpi*别是第i个时间步长下蒙特卡洛模拟微电网运行后采集的平均缺供电 量和失负荷概率，η为蒙特卡洛模拟次数，将每次采集的指标累计并做平均处理，得到所研 究的微电网系统在信息系统的影响下的可靠性指标； 步骤4.2)灵敏度分析： 依次改变各个信息设备的可靠性参数，包括可靠率、有效载荷传输误差概率、信息报头 传输误差概率和传输延时概率，计算相应参数下的微电网可靠性指标，就能够分析出信息 系统中哪个环节对微电网可靠性的影响最大。
【文档编号】H02J13/00GK105932775SQ201610345230
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】罗凤章, 王成山, 张天宇, 王萧宇, 邢秦浩, 周天
【申请人】天津大学