电力通信网关键链路识别方法及其保护方法与流程

本发明属于通信
技术领域：
，具体涉及一种电力通信网关键链路识别方法及其保护方法。
背景技术：
：随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和是生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，电力系统的稳定可靠运行，就成为了电力系统最重要的任务之一。电网互联和智能化，提高了电力系统的规模和运行效率，但与此同时也增加了电力系统运行的不确定性，从而使我国电网发生大面积停电事故的风险大大增加。大面积停电事故会严重影响工厂生产及机器运行，给经济发展带来不可预估的损失。防止大面积停电事故，不仅要防止由于自然灾害造成的停电影响，更要防止由于电网内部运行失稳造成的停电事故以及人为操作不当造成的损失。连锁故障是引发大停电事故的重要原因之一。停电事故中，连锁故障的相继性与某些脆弱环节有密切关系。当这些脆弱环节因系统潮流转移退出运行，会加剧电力系统功率的不平衡性，进而导致电力系统失稳引发大停电事故。因此，在电力系统当前运行状态中，有必要及时准确辨识出脆弱环节，以给出针对性的预防控制措施，改善电力系统的运行状态，提高电网承载能力，减少大停电事故的发生，为电网的安全稳定运行提供有价值的参考数据。电网系统汇总，现有的关键线路辨识方法可分为两类，第一类是基于电网的复杂网络特性，第二类是基于电网运行特性对复杂网络理论进行改进，进而进行线路辨识。电网具有典型的小世界特性，其拓扑统计中的脆弱线路故障对网络鲁棒性将造成较大影响，因而可基于线路拓扑统计特性辨识脆弱线路。结合复杂网络理论中边的方向以及权重，基于算法对有向加权网络进行关键线路辨识。目前，通用的辨识指标主要包括全局性指标和局部性指标。基于复杂网络理论的脆弱环节研究，主要从结构脆弱性与状态脆弱性两方面展开。有研究从网络脆弱性角度出发，将网络脆弱性理论中边韧性度的概念应用到电网的脆弱线路识别。还有研究提出采用线路电抗值反映衡量电网脆弱性的介数值。结合线路长期统计平均故障率建立线路可靠性指标，综合线路脆弱度值建立脆弱线路评价模型。但是以上研究仅从复杂网络的角度分析电网脆弱性，建立的电网拓扑结构模型目前仅考虑电网拓扑结构的特征参数，未考虑电网实际运行特性，电力通信网络及外部因素影响使得复杂网络理论辨识结果与电网实际有较大出入，辨识的准确性和可靠性均较低。技术实现要素：本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、准确性好且效率较高的电力通信网关键链路识别方法。本发明的目的之二在于提供一种包括了所述电力通信网关键链路识别方法的保护方法。本发明提供的这种电力通信网关键链路识别方法，包括如下步骤：s1.对待分析的电力通信网进行建模，得到加权网络模型，并获取网络中任意两点之间的最短路径集；s2.根据步骤s1得到的加权网络模型和最短路径集，计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数；s3.依次保护网络中的每一条链路，并计算得到进行链路保护时的网络可靠性参数；s4.针对步骤s1得到的加权网络模型，根据任意节点对之间的通信参数，计算得到网络中各个链路的综合重要度；s5.根据步骤s4得到的各个链路的综合重要度，进行电力通信网的关键链路识别。步骤s1所述的对待分析的电力通信网进行建模，得到加权网络模型，并获取网络中任意两点之间的最短路径集，具体为采用如下步骤建模并计算：a.将待分析的电力通信网中的所有节点和链路用序号进行标注，并用变量eij表示节点i和节点j之间的链路的实际距离；b.采用现有技术计算得到任意两个节点之间的最短路径，从而得到最短路径集。步骤s2所述的根据步骤s1得到的加权网络模型和最短路径集，计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数，具体为采用如下步骤计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数：a.设定每一条链路的失效概率fk；b.采用如下算式计算从源节点s到目的节点d的路径可靠性a(s,d)：式中n为从源节点s到目的节点d的最短路径的条数；pr(s,d)为从源节点s到目的节点d的最短路径集合；fk为对应的从源节点s到目的节点d的路径的失效概率；mk为0-1变量，且取值为c.采用如下算式计算整个网络的可靠性a(g)：式中为对于任意的从源节点s到目的节点d的路径；v为网络节点集；|v|为网络节点集v的节点个数。步骤s3所述的依次保护网络中的每一条链路，并计算得到进行链路保护时的网络可靠性参数，具体为采用如下步骤计算网络可靠性参数：依次保护网络中的每一条链路，并采用如下算式计算各个链路对网络可靠性的贡献值δek：式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值；为第k条链路被保护后，整个网络的可靠性；a(g)为第k条链路被保护前，整个网络的可靠性。步骤s4所述的针对步骤s1得到的加权网络模型，根据任意节点对之间的通信参数，计算得到网络中各个链路的综合重要度，具体为从采用如下步骤计算网络中各个链路的综合重要度：(1)设定链路k上运行x1类业务，其中第i类业务si的业务数量为ci，第i类业务si的业务重要度为ri，采用如下算式计算链路k上运行的业务的业务综合重要度ik为(2)设定链路k上运行x2类流量，其中第j类流量ssj的流量总量为ccj，第j类流量ssj的流量重要度为rrj，采用如下算式计算链路k上运行的流量的流量综合重要度tk为(3)采用如下算式计算链路k的综合重要度pk：pk＝δek*ik*tk式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值。步骤s5所述的根据步骤s4得到的各个链路的综合重要度，进行电力通信网的关键链路识别，具体为按照步骤s4得到的各个链路的综合重要度，综合重要度越高，则表明该链路在电力通信网中越关键。本发明还提供了一种包括所述电力通信网关键链路识别方法的保护方法，还包括如下步骤：s6.获取电力通信网的可靠性要求值；s7.根据步骤s5得到的电力通信网的关键链路识别结果，选取一条链路进行保护，并计算该条链路保护后的电力通信网的可靠性值；s8.比较步骤s7得到的链路保护后的电力通信网的可靠性值和步骤s6得到的电力通信网的可靠性要求值：若链路保护后的电力通信网的可靠性值大于或等于电力通信网的可靠性要求值，则电力通信网的保护工作完成；若链路保护后的电力通信网的可靠性值小于电力通信网的可靠性要求值，则增加保护链路的数量，直至链路保护后的电力通信网的可靠性值大于或等于电力通信网的可靠性要求值，完成电力通信网的保护工作。本发明提供的这种电力通信网关键链路识别方法及其保护方法，分析电力通信网的拓扑结构，提出链路可靠性的定义，以保护链路前后网络的可靠性的增益的大小得出链路的重要度排序；不仅根据网络的复杂特性分析链路的可靠性，还结合网络中的电力通信业务和链路承载的流量综合得出链路的重要度，考虑因素更加全面合理；最后还提出了一种保护方法，能够保证电力通信网的保护效果和可靠性；因此，本发明方法不仅能够对电力通信网的关键链路识别并提供保护，而且可靠性高、准确性好且效率较高。附图说明图1为本发明的识别方法的方法流程示意图。图2为本发明的保护方法的方法流程示意图。图3为本发明方法的实施例的电力通信网结构示意图。具体实施方式如图1所示为本发明的识别方法的方法流程示意图：本发明提供的这种电力通信网关键链路识别方法，包括如下步骤：s1.对待分析的电力通信网进行建模，得到加权网络模型，并获取网络中任意两点之间的最短路径集；具体为采用如下步骤建模并计算：a.将待分析的电力通信网中的所有节点和链路用序号进行标注，并用变量eij表示节点i和节点j之间的链路的实际距离；b.采用现有技术计算得到任意两个节点之间的最短路径，从而得到最短路径集；s2.根据步骤s1得到的加权网络模型和最短路径集，计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数；具体为采用如下步骤计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数：a.设定每一条链路的失效概率fk；b.采用如下算式计算从源节点s到目的节点d的路径可靠性a(s,d)：式中n为从源节点s到目的节点d的最短路径的条数；pr(s,d)为从源节点s到目的节点d的最短路径集合；fk为对应的从源节点s到目的节点d的路径的失效概率；mk为0-1变量，且取值为其中，待分析的电力通信网中，可能已经存在保护链路；c.采用如下算式计算整个网络的可靠性a(g)：式中为对于任意的从源节点s到目的节点d的路径；v为网络节点集；|v|为网络节点集v的节点个数；s3.依次保护网络中的每一条链路，并计算得到进行链路保护时的网络可靠性参数；具体为采用如下步骤计算网络可靠性参数：依次保护网络中的每一条链路，并采用如下算式计算各个链路对网络可靠性的贡献值δek：式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值；为第k条链路被保护后，整个网络的可靠性；a(g)为第k条链路被保护前，整个网络的可靠性；s4.针对步骤s1得到的加权网络模型，根据任意节点对之间的通信参数，计算得到网络中各个链路的综合重要度；具体为从采用如下步骤计算网络中各个链路的综合重要度：(1)设定链路k上运行x1类业务，其中第i类业务si的业务数量为ci，第i类业务si的业务重要度为ri，采用如下算式计算链路k上运行的业务的业务综合重要度ik为(2)设定链路k上运行x2类流量，其中第j类流量ssj的流量总量为ccj，第j类流量ssj的流量重要度为rrj，采用如下算式计算链路k上运行的流量的流量综合重要度tk为(3)采用如下算式计算链路k的综合重要度pk：pk＝δek*ik*tk式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值；s5.根据步骤s4得到的各个链路的综合重要度，进行电力通信网的关键链路识别；具体为按照步骤s4得到的各个链路的综合重要度，综合重要度越高，则表明该链路在电力通信网中越关键。如图2所示，为本发明提供的包括所述电力通信网关键链路识别方法的保护方法，包括如下步骤：s1.对待分析的电力通信网进行建模，得到加权网络模型，并获取网络中任意两点之间的最短路径集；具体为采用如下步骤建模并计算：a.将待分析的电力通信网中的所有节点和链路用序号进行标注，并用变量eij表示节点i和节点j之间的链路的实际距离；b.采用现有技术计算得到任意两个节点之间的最短路径，从而得到最短路径集；s2.根据步骤s1得到的加权网络模型和最短路径集，计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数；具体为采用如下步骤计算得到未进行链路保护时的网络可靠性参数：a.设定每一条链路的失效概率fk；b.采用如下算式计算从源节点s到目的节点d的路径可靠性a(s,d)：式中n为从源节点s到目的节点d的最短路径的条数；pr(s,d)为从源节点s到目的节点d的最短路径集合；fk为对应的从源节点s到目的节点d的路径的失效概率；mk为0-1变量，且取值为c.采用如下算式计算整个网络的可靠性a(g)：式中为对于任意的从源节点s到目的节点d的路径；v为网络节点集；|v|为网络节点集v的节点个数；s3.依次保护网络中的每一条链路，并计算得到进行链路保护时的网络可靠性参数；具体为采用如下步骤计算网络可靠性参数：依次保护网络中的每一条链路，并采用如下算式计算各个链路对网络可靠性的贡献值δek：式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值；为第k条链路被保护后，整个网络的可靠性；a(g)为第k条链路被保护前，整个网络的可靠性；s4.针对步骤s1得到的加权网络模型，根据任意节点对之间的通信参数，计算得到网络中各个链路的综合重要度；具体为从采用如下步骤计算网络中各个链路的综合重要度：(1)设定链路k上运行x1类业务，其中第i类业务si的业务数量为ci，第i类业务si的业务重要度为ri，采用如下算式计算链路k上运行的业务的业务综合重要度ik为(2)设定链路k上运行x2类流量，其中第j类流量ssj的流量总量为ccj，第j类流量ssj的流量重要度为rrj，采用如下算式计算链路k上运行的流量的流量综合重要度tk为(3)采用如下算式计算链路k的综合重要度pk：pk＝δek*ik*tk式中δek为第k条链路对网络可靠性的贡献值；s5.根据步骤s4得到的各个链路的综合重要度，进行电力通信网的关键链路识别；具体为按照步骤s4得到的各个链路的综合重要度，综合重要度越高，则表明该链路在电力通信网中越关键；s6.获取电力通信网的可靠性要求值；s7.根据步骤s5得到的电力通信网的关键链路识别结果，选取一条链路进行保护，并计算该条链路保护后的电力通信网的可靠性值；s8.比较步骤s7得到的链路保护后的电力通信网的可靠性值和步骤s6得到的电力通信网的可靠性要求值：若链路保护后的电力通信网的可靠性值大于或等于电力通信网的可靠性要求值，则电力通信网的保护工作完成；若链路保护后的电力通信网的可靠性值小于电力通信网的可靠性要求值，则增加保护链路的数量，直至链路保护后的电力通信网的可靠性值大于或等于电力通信网的可靠性要求值，完成电力通信网的保护工作。以下结合一个实施例，对本发明方法进行进一步说明：如图3所示，为实施例的电力通信网模型示意图。该模型为10个节点，13条链路组成的骨干网网络拓扑。链路序号后面的数字表示为节点间加权路径距离，其中5号节点为地区中调，10号节点为220kv变电站，其余节点均为500kv变电站。每条链路所承担业务的种类以及数量如表1所示。表1链路业务量分布示意表链路s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s11e110113053763e210031362281e3101421095379e4101104876816e500214620116538e61001251498442e71011031467731e810092985263e91011258129364e1001234315233e1110123283165e1210211434742e1310012316532上述分析中的电力通信业务的类型及其对应的业务重要度如表2所示：表2电力通信网业务类型及重要度示意表标号电力通信网业务业务重要度s1500kv继电保护0.9672s2220kv继电保护0.9561s3安全稳定控制系统0.9448s4调度电话0.8550s5调度自动化0.9161s6保护管理信息系统0.6480s7广域相量测量系统0.8236s8雷电定位监测系统0.4651s9变电站视频监控业务0.3755s10视频会议系统0.5490s11行政电话0.4739根据上述两个表格结合链路的业务重要度公式可知，用i表示为：i＝(18.3728,17.8810,32.6167,34.2626,51.4821,40.6587,35.2290,30.7074,42.3217,17.9879,21.6894,17.3234,13.6849)假设链路故障概率fk为定值0.1(实际场景中应以真实故障概率为准)，利用本发明方法计算出剩余每条链路对网络可靠性的贡献值，计算结果如表3所示。表3各链路对网络可靠性的贡献值示意表查阅相关资料，上述业务对应的流量为s1,s2对应的业务流量为0.03；s3对应的业务流量为0.08；s4,s5,s7对应的业务流量为0.02；s6,s9,s10对应的业务流量为0.52；s8,s11对应的业务流量为0.14；结合链路承载的流量公式可知，用t表示：t＝(7.89,7.41,12.77,11.05,17.30,13.39,14.09,10.37,11.35,5.63,6.17,8.93,6.95)结合上述链路的业务重要度、链路对可靠性的贡献值、链路上承载的业务流量由公式可得出每条链路的重要度并对其进行排序，如表4所示。表4链路重要度及排序示意表链路标号链路重要度值链路重要度排序e915.035001e414.621602e513.733673e68.503844e36.106115e83.127046e112.713947e122.048208e21.942429e71.1019610e130.5725611e10.3218112e100.2248213由上表可知：e9,e4,e5链路重要度排序靠前，5号节点为地区中调，而三条链路都与此中调相连，e9与e4链路对网络可靠性的贡献值较大，表明在未运行业务的情况下，其在网络拓扑中相对于其它链路更为重要，并且链路上运行的业务重要度很大，因而链路的业务综合重要度很大，并且链路承载的流量值较大，所以由拓扑、业务及流量共同决定的链路重要度是排在第一第二位的；链路e5对网络可靠性贡献值虽然不太明显，但是该链路运行的业务的种类较多，而每种业务的重要度也较大，因而此条链路的业务综合重要度较大，业务数量较多时，链路承载的流量就大，弥补了它们对网络可靠性贡献值较低的不足，综合网络结构、业务及流量这三种因素得到的链路重要度排名较为靠前。假设给定的网络可靠性n为0.8284，则由链路保护模型可知达到该可靠性要求的保护链路如表5所示。表5满足可靠性n＝0.8284的链路保护方案示意表链路保护策略链路保护标号网络可靠性链路重要度排序值策略1e40.835822策略2e90.828421由上表可知，达到该可靠性要求的链路保护策略有两种，结合链路重要度排序结果可知，这两条链路中e9的链路重要度最大，所以有链路保护模型可知应该优先保护链路e9，即选择策略2。当前第1页12