基于复杂网络理论的电力通信网加边保护策略 卢彦飞
基于复杂网络理论的电网脆弱性分析
基于复杂网络理论的电网脆弱性分析发表时间：2017-06-13T16:39:30.300Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：王思橦[导读] 摘要：由于连锁故障引发的大面积停电事故地频繁发生，越来越多的人对连锁故障传播的内在机理和电网本身固有的结构脆弱性进行了探索。
（华南理工大学电力学院广东省广州市 510640）摘要：由于连锁故障引发的大面积停电事故地频繁发生，越来越多的人对连锁故障传播的内在机理和电网本身固有的结构脆弱性进行了探索。
本文就是基于复杂网络理论，运用Pajek软件对IEEE118节点标准测试系统进行拓扑建模，通过计算其特性指标分析网络的结构，然后引入了电气介数这一参数来寻找到网络的关键节点及关键线路，建立了脆弱性分析指标，通过MATLAB编程进行计算从而对电力系统网络脆弱性进行分析。
关键词：复杂网络理论；电力系统脆弱性；关键节点；关键线路引言电网是目前世界上元件数量最庞大、覆盖区域最广阔的人造系统之一。
电网规模的不断扩大为我们社会经济等各方面发展带来了巨大的效益，但同时也会导致许多不确定因素使电网发生灾变的风险增加。
长期以来，对电网安全性分析的研究大多都还基于还原论的思想方法[1]。
为了更准确地描述电网的行为，一般要首先建立出电网中各元件精确的数学模型，并能够在此基础上组合还原成系统，并能用微分代数方程描述出来，最后再使用计算机的仿真技术来进行求解。
由于现代电网规模的扩大和结构的复杂特性，再使用数学建模方法已经不能全面准确地描述其静态和动态的特性，这种基于还原论的分析方法在深入分析电网连锁故障和停电机理等系统动态行为方面已不满足，所以它不能够对电力系统的脆弱性进行准确的评估，也不能够预测连锁故障的发生和它的风险。
近年来，复杂网络理论方法的出现弥补了传统方法的不足，为研究电网的安全性特性开辟了全新的方向，它为帮助我们从整体上更好地把握电网的复杂性和讨论其相应的动力学特性提供了一种全新的视角。
复杂电网级联失效模型综述
复杂电网级联失效模型综述摘要:电力网络是人工创造的复杂网络之一，担负着将电能从发电机节点输送至负荷节点的任务，而且电网是一类耦合方式多样，具有复杂的层次结构和多时间尺度等特性。
个别元件往往会造成电网发生级联失效，导致整体网络崩溃，带来巨大的损失。
本文主要对电网失效模型进行总结，主要包括容量负载模型、基于直流潮流的OPA模型、基于负荷转移的CASCADE模型和非线性容量负载模型，理论结果可为解决实际电网建设提供理论依据和合理的保护策略。
关键词：复杂网络,级联失效,动力学模型0 引言复杂网络理论已成为复杂系统与复杂性科学重要的研究工具与方法，并被广泛地应用于各个领域，包括社会经济、交通电力及生命科学等。
随着信息和网络技术的快速发展，现代社会对各类网络系统的依赖日益加深。
而且，实际中的网络并不总是稳定的，一个节点或连边的失效往往会对多个其它元素造成影响，使得它们失效，这些新节点的失效同样地又可能使得更多其它节点失效,最终导致大规模的故障，这种现象叫做级联失效。
过去十几年,大规模电网连锁停电事故频繁发生，2003年8月，美国及加拿大出现的严重停电事故，因为少量输电线的故障导致了大范围的停电事故；2012年印度三大电网先后出现故障，造成印度北部、东北部地区电网全面崩溃，这些突发事件造成了大规模的灾难性后果，大停电事故会造成社会经济的极大损失，也会对个人生活产生影响，大停电的主要演变形式是以故障蔓延为特征的级联失效，电网从单一故障演变为多次故障，最终可能导致整个电网崩溃。
因此，学者致力于研究级联失效原理并构建相应模型，以减少级联失效带来的损害。
本文主要总结了Motter和Lai最早提出的容量负载模型[1]，Dobson等提出直流潮流OPA模型[2]、和CASCADE连锁故障模型[4,5],非线性容量负载模型[6]。
1 容量负载模型（ML模型）Motter和Lai假设电网中节点的初始负载和容量呈线性关系，得到以下模型：（1）其中为容量；为负载；a为公差参数，表示节点负荷变化时引起的抗干扰能力的变化，a值越小，负载攻击对电网损害越大。
复杂网络理论在电力系统中的运用与研究
复杂网络理论在电力系统中的运用与研究
肖军;刘天琪
【期刊名称】《四川电力技术》
【年(卷),期】2009(32)2
【摘要】自从小世界效应和无标度特性发现以来,复杂网络的研究在过去几年得到了迅速发展,其中复杂网络在电力系统中的运用也成为当前许多学者的研究焦点.文章对复杂网络理论与电力网络的共性进行了较为详细的叙述,指出了复杂网络在电力系统中运用的结合点.介绍了与两者共性有关的复杂网络理论的特征参数.同时在电力系统大停电模型、临界自组织状态、电力系统线路脆弱性评估以及小世界模型四个方面详细综述了目前复杂网络在电力系统中的运用及进展.最后对复杂网络在电力系统研究中存在的问题和未来发展的趋势进行了总结和展望.
【总页数】5页(P28-32)
【作者】肖军;刘天琪
【作者单位】四川大学电气信息学院,四川,成都,610065;四川大学电气信息学院,四川,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.电力系统中电气自动化技术的运用研究 [J], 左天和
2.电力系统中现代电网调度运行方式的运用研究 [J], 李颖;徐晓珏;张国庆;周晓丽
3.智能电网在电力技术及电力系统规划中的运用研究 [J], 范海雯; 徐怡; 张沫然; 冯兆阳
4.电力系统中现代电网调度运行方式的运用研究 [J], 国继明
5.计算机技术在电力系统自动化中的运用研究 [J], 王鑫
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基于复杂网络理论的系统脆弱度评估新方法
基于复杂网络理论的系统脆弱度评估新方法陈伟华;王刚;叶仁杰;张浩;刘倩【摘要】随着复杂网络理论在电力系统中应用研究的深入,基于复杂网络理论的系统脆弱度评估不再只是单纯考虑电力系统网络拓扑结构对电力系统安全稳定的影响,而是结合了电力系统本身的物理特性,从而更加有针对性地研究电力系统面临的安全稳定问题.为快速评估线路故障对系统的影响,提出了一种新的基于复杂网络理论的系统脆弱度评估方法.该评估方法综合考虑了系统的负荷水平、线路的传输功率容量利用率和系统的小世界特性,更加全面地评估了输电线路故障对电力系统静态安全稳定的影响.最后,通过对IEEE 118节点系统的仿真分析,验证了系统指标和评估方法的有效性.【期刊名称】《浙江电力》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】5页(P7-11)【关键词】复杂网络;脆弱度评估;输电线路;负荷水平;线路传输功率容量利用率【作者】陈伟华;王刚;叶仁杰;张浩;刘倩【作者单位】国网浙江省电力有限公司台州供电公司, 浙江台州 318000;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学), 武汉 430077;国网浙江省电力有限公司台州供电公司, 浙江台州 318000;国网浙江省电力有限公司台州供电公司, 浙江台州 318000;华中科技大学同济医学院附属协和医院, 武汉 430022【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言近几年，电力系统大停电事故受到越来越多的关注[1－3]。
传统的电力系统研究主要是基于还原论思想，在将电力系统各元件建成的精确数学模型的基础上，将电力系统描述成一组巨维的微分代数方程，最后通过计算机仿真技术求解电力系统的运行状态。
由于现代电力系统庞大的规模和复杂的特性，传统的还原论方法在深入分析电力系统的安全稳定研究中已经暴露出明显的不足。
复杂网络理论强调用整体论和还原论相结合的方法来分析系统，将个体及其相互作用或用演化的结构抽象成网络的节点和边，认为结构决定系统的功能，是研究复杂系统的一种新方法。
基于复杂网络的电力系统鲁棒性分析
第49卷第1期电力系统保护与控制V ol.49 No.1 2021年1月1日Power System Protection and Control Jan. 1, 2021 DOI: 10.19783/ki.pspc.200204基于复杂网络的电力系统鲁棒性分析周冬玥，胡福年，陈 军(江苏师范大学，江苏 徐州 221000)摘要：随着电力系统在现代社会发展中的地位不断提高，其面临的各种危险也越来越引起人们的高度关注。
为探究电力系统鲁棒性，建立了考虑电力系统实际运行机理的网络化模型。
基于复杂网络理论，按照方法论原则，提出了一种鲁棒性分析方法。
分别从结构和功能上给出了电力系统的鲁棒性分析指标，并模拟了电力系统三种故障情形。
运用IEEE30测试网络，比较了基于复杂网络的分析方法与基于常规潮流分析的系统崩溃结果，对提出的分析框架进行了验证。
同时，采取IEEE300网络和符合小世界特性及无标度特性的1 000节点网络模型对电力系统的鲁棒性进行了详细的分析。
结果表明，该分析方法可以对多种情况的电力系统进行鲁棒性全面评估，证明了该方法的有效性。
关键词：复杂网络；电力系统鲁棒性；故障模拟；网络特性Robustness analysis of power system based on a complex networkZHOU Dongyue, HU Funian, CHEN Jun(Jiangsu Normal University, Xuzhou 221000, China)Abstract: Along with the continuous rise of the importance of power systems, the various dangers they face have attracted increasing attention.In order to explore the robustness of power systems, a networked model considering the actual operating mechanism of a power system is established. Based on complex network theory and a methodological principle, a robust analysis method is proposed.The robustness analysis indices of the power system are given in terms of structure and function, respectively, and three failure scenarios of the power system are simulated. Using the IEEE30 network, the analysis method based on the complex network is compared with the system collapse results based on the conventional power flow analysis, and the proposed analysis framework is verified. At the same time, the robustness of the power system is analyzed in detail using the IEEE300 network and the 1000-node network model that meets the characteristics of small world and scale-free characteristics. The results show that the analysis method can comprehensively evaluate the robustness of power systems in various situations, proving the effectiveness of the method.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61773186).Key words: complex network; power system robustness; fault simulation; network characteristics0 引言电力系统长期以来一直饱受自然灾害、元件老化、人为破坏等因素的影响，其安全稳定运行面临着极大的挑战[1]。
电力系统配网自动化通信网络安全管理
电力系统配网自动化通信网络安全管理电力系统配网自动化是指利用计算机技术和自动化技术实现电力系统中配电网的实时监控、维护和故障智能自愈的系统。
随着现代信息技术的快速发展，电力系统配网自动化的通信网络安全问题越来越受到关注。
一、通信网络安全的重要性电力系统自动化基于通信网络来实现信息的传输和控制指令的下发，因此通信网络安全至关重要。
一旦通信网络出现故障或被攻击，将导致电力系统不能正常运行，严重时会造成供电中断、设备损毁等严重后果，对社会和经济都会产生重大影响。
二、通信网络安全管理措施1、物理隔离：将自动化系统内部网络与外部网络隔离，防止外部网络入侵和恶意攻击。
2、访问控制：对系统进行分级授权管理，对各级别用户设置不同的权限，限制对系统的访问和操作。
3、加密保护：通过使用各种加密算法对数据进行保护，加密传输通信数据，防止数据泄露和窃听。
4、漏洞管理：定期检测系统漏洞，针对漏洞及时修补，确保系统安全运行。
5、备份和恢复：对自动化系统数据进行备份，确保数据安全，同时实施灾难恢复措施，避免因灾难数据丢失。
随着电力系统自动化的不断发展，通信网络安全管理也面临着一些挑战。
如：1、网络攻击手段的增多：黑客攻击手段变化多端，攻击方法更加隐蔽和高级，给网络安全带来更大的风险。
2、网络安全知识与技术的更新换代：网络安全知识与技术需要不断更新换代，以适应日新月异、多变复杂的网络威胁。
3、智能电网的不断发展：智能电网为电力系统自动化提供了更加广阔的发展空间，同时也给通信网络安全管理带来了新的挑战。
四、总结通信网络安全是电力系统配网自动化的重要组成部分，必须重视和加强管理。
要采取有效的措施加强通信网络的安全性，确保网络安全，防范网络攻击，保障电力系统自动化的正常运行，从而为社会和经济的发展提供可靠的电力保障。
基于复杂网络理论的电力网络抗毁性分析
基于复杂网络理论的电力网络抗毁性分析
郭明健;高岩
【期刊名称】《复杂系统与复杂性科学》
【年(卷),期】2022(19)4
【摘要】抗毁性分析是电网安全研究的核心内容之一,因传统分析方法无法有效分析故障产生的过程,对研究抗毁性存在局限性,基于复杂网络理论研究电力网络的抗毁性并以上海市崇明区为例实证分析。
对电力网络随机攻击和蓄意攻击,得出攻击后网络效率和最大连通子图数量变化,并提出网络效率变化率作为评估抗毁性的参数。
根据仿真结果,提出一种基于实时接近中心性优先攻击策略的分段式保护方案,提高电力网络的抗毁性,以保证电网安全。
【总页数】6页(P1-6)
【作者】郭明健;高岩
【作者单位】上海理工大学系统科学系
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.基于复杂网络理论的航材配送网络抗毁性分析
2.基于复杂网络理论的中国航路网络抗毁性分析
3.基于复杂网络理论的中国原油网络抗毁性分析
4.基于复杂网络理论的空域扇区网络特性及抗毁性分析
5.基于复杂网络理论的空域扇区网络特性及抗毁性分析
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基于复杂网络理论的区域生态空间网络格局及稳定性测度——以长三角地区为例
Vol. 19
No.
5
Oct. 2021第19卷第
5期
2021年10月中国城市林业Journal of Chinese Urban Forestry
基于复杂网络理论的区域生态空间网络格局及 稳定性测度
——
以长三角地区为例
李子豪1陈卉1万山霖1卢江林
2
1同济大学建筑与城市规划学院上海200092
2重庆大学建筑城规学院重庆400030
摘要：研究以长三角地区为例，
综合多项生态系统服务评价识别生态源地，
运用最小成本路径模型构建生
态空间网络并概化为拓扑结构。基于复杂网络理论，将生态网络的稳定性测度进行拆解，静态上对生态网 络的整体结构性特征、
斑块与廊道的中心性进行评价，动态上借助节点移除实验
，
模拟随机自然灾害和刻
意人为破坏2种情景，分析其网络结构的变化趋势。研究结果表明：1）长三角内生态网络呈现
“一核多
廊”的空间格局，以浙皖交界的山地为核心向外扩展；2）生态网络拓扑结构具有无标度网络特征，
不具
备小世界特性，能量流动存在一定的滞塞性；3）长三角生态网络受城镇建设发展的胁迫较大，相较于随
机自然灾害情景，人为破坏下生态网络稳定性变化更加敏感；4）维持一定规模的生态空间并重点保护高
中心性的节点和廊道，均可保障生态网络的稳定性。基于上述结论，研究提出重点保护宣城一南京
一常州
和大别山一黄山2条重要的生态廊道，并结合网络稳定性测度的阈值提出生态空间差异化的管控策略。
关键词：生态空间网络，稳定性测度，复杂网络理论，长三角地区
DOI： 10.12169/zgcsly.2021.04.25.0002
Spatial Pattern and Stability
Measurement
of
Regional Ecological
Space Network Based on
Complex Network
Theory:
A Case Study of
Yangtze
River
Delta
Li Zihao
1 Chen Hui1 Wan Shanlin1 Lu
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基于复杂网络理论的电力通信网加边保护策略 卢彦飞
摘要：电力技术的蓬勃发展，使电力系统对通信安全的要求越来越高。电力通
信系统的脆弱点一旦暴露会直接导致电力系统灾难事故的发生。为了主动有效地
防御或抵御事故的冲击，确保电力系统安全稳定运行，应准确高效地找出电力通
信系统的脆弱部位，采用有效的方法进行系统脆弱性分析。在传统分析中，主要
应用可靠性指标来分析电力通信系统，这种方法仅依赖已知事故类型的多少，不
能反映整个系统固有的缺陷，不利于改进系统。本文分析了复杂网络理论的电力
通信网加边保护策略。
关键词：复杂网络理论；电力通信网；保护策略；
近年来，基于复杂网络的脆弱性分析方法被广泛运用于电力网、计算机网以
及社会科学网等大规模网络系统中，取得了良好的效果。电力通信网结构和电网
结构具有高度一致性，因此复杂网络分析法同样适用于电力通信网。。
一、意义
研究电力通信网的脆弱性并提出针对性的保护措施具有重要的理论价值与现
实意义。针对电力通信网的保护，目前主要有以下2 种思路。第一种思路以现有
的电力通信业务为研究重点，通过更新硬件设备、优化软件系统、建立合理的安
全评估指标等策略提高其可靠性。针对电力通信网中业务分布不均衡的问题，提
出了面向业务的风险均衡路由分配机制以降低通道段和网络整体风险。基于业务
平均风险度和业务风险均衡度，提出了一种基于电力通信网可靠性的业务路由分
配优化算法。第二种思路基于网络理论，通过优化电力通信网的拓扑改善其结构
脆弱性。基于节点重要度的平衡度网络拓扑优化算法。对调度数据网的拓扑特性
进行了研究并指出现有的调度数据网大致可分为双星形和网状2 种典型结构，双
星形网是典型的无标度网络，而网状网是典型的小世界网络。基于复杂网络理论，
从网络效率的角度评估了电力通信网的脆弱性。拓扑是电力通信网最直观、本质
的属性，通信业务的有效传输建立在可靠的物理网络基础上。除此之外，由于电
力通信业务种类繁多、运行方式复杂，拓扑脆弱节点更容易成为攻击对象。基于
复杂网络理论，可以有效地识别电力通信网固有的结构脆弱性并提出针对性的保
护策略。虽然已有学者提出了通过增加多条地理上相互独立的线路以改善网络脆
弱性的思路，但是缺乏对各种加边策略的对比研究且其有效性尚未在实际电力通
信网中得到检验。电力系统长期重一次侧轻二次侧，对一次电网的拓扑结构已进
行了较为充分的研究，而对实际电力通信网尤其是区域级电力通信网的拓扑结构
尚不清楚。因此，有必要对电力通信网的拓扑结构进行深入分析，并对现有加边
策略的有效性进行对比研究。
二、复杂网络理论的电力通信网加边保护策略
1.电力通信网建模。中国的电力通信网是服务于一次电网的专网，与公共通
信网物理隔离。由于各厂站内部通信设备的部署与连接情况难以获取且站点间存
在差异。一是除电力通信网外（包含110kV 电力通信网），其他省市只考虑
220kV 及以上高压输电网的通信系统，不考虑配电网的通信系统。二是按照功能
区分，电力通信网中包含2 类节点：各厂站（包含发电厂、变电站、换流站）的
通信节点和各级调度中心的通信节点。三是将站点之间的通信线路（光纤复合架
空地线光缆、全介质自承式光缆等）建模为电力通信网的边，忽略通信线路间的
差异且认为通信线路双向通信，即认为所有边为无向边。合并同一方向上的多条
通信线路以消除多重边和自环。忽略华中电力通信网与其邻接省份电力通信网间
的联络线。
2.脆弱性分析。本节首先基于复杂网络理论，从连通性和网络效率角度对比
了华中电力通信网在随机攻击、高度数节点攻击和高介数节点攻击模式下的脆弱
性；然后针对其结构特点，将电力通信网的脆弱性定义为电力通信网在遭受攻击
或故障下能够继续提供服务的能力，并从连通性和网络效率角度进行评估。站点
之间的连通是保障彼此间能够进行通信的最基本要求。连通脆弱性以最大连通子
集中的节点数与网络节点总数之比为指标，评估了电力通信网在遭受攻击或故障
下网络的最大连通能力。区域之间的通信虽然中断，但各区域内部的通信站点仍
可保障部分业务的正常运行。实时性是电力通信网最重要的指标之一，厂站间的
通信延时取决于经过站点的数目与通信线路的长度。通过增加通信线路可以有效
地提高电力通信网的鲁棒性，且可以避免有效节点比例及网络效率陡降的现象。
各种加边策略在不同攻击模式下互有优劣，在高介数节点攻击模式下，在不
同攻击模式下均具有较好的适应能力。
3.网络仿真。攻击脆弱性是复杂网络研究的一个热点分支，其基本定义是从
网络中有选择地移去某个节点或某条线路，以网络性能因此而下降的程度衡量此
节点或线路的脆弱度。研究目的在于识别出对系统功能影响严重的故障，从而采
取正确的预防/校正措施实施保护。经过以上的参数计算，得到节点度数排序和节
点介数排序，对网络进行攻击仿真，观察网络效能的变化情况，并与随机攻击相
对比。攻击联络节点的方式可分为：随机攻击某个节点，并逐步增加被攻击节点
的个数；有选择地蓄意攻击度数最大的节点，并依次攻击度数次大的节点；有选
择地蓄意攻击介数最大的节点，并依次攻击介数次大的节点。鉴于节点缺失过多
会使网络解体，做逐次攻击时，选取了部分节点进行攻击，并以修改后的效能函
数作为衡量网络特性的指标，节点的失效使得网络的特性曲线下降。显而易见，
蓄意攻击所引起的网络效能下降比随机攻击造成的影响要大，效能曲线的变化更
快。总体来看，度数越高或介数越高的节点对网络的影响更明显。在网络中，蓄
意攻击模式下，失去不到10%的节点，就造成网络效能60%的下降；网络的效能
下降更快，10%的节点损失就使得效能基本为0。这种差异是由网络结构差异引
起的，更加均匀。影响电力通信网脆弱性的因素主要有2 个。一是网络拓扑结构。
网络的结构和随机网络相近，但是结构不完全平衡；网络的结构不平衡，尤其是
介数分布。少数高介数和高度数节点能对网络产生很大的影响。对于小型随机电
力通信网来说，连接度比较高的节点和传输次数比较多的路径的点造成了这种结
构上的不平衡，成为了网络的脆弱点。二是通信网的业务分布。修改后的效能函
数隐含了业务分布对连通性的影响。节点的业务通过量越高，对网络影响越大，
但是曲线的基本趋势是不会改变的。综上所述，可以将介数或度数指标作为衡量
网络脆弱点的标准。对小型电力通信网来讲，故障是不可避免的，因此，必须加
强那些与网络结构相关的节点的保护。在现有脆弱点或脆弱线路上分配尽量少的
业务，使网络更加平衡，进而提升网络传输性能。
本文运用基于复杂网络理论的脆弱性分析法对电力通信网的脆弱性进行了分
析。通过攻击脆弱性的仿真，得出了系统潜在的脆弱点，分析了影响网络脆弱性
的因素。今后的研究将围绕网络节点承受能力的限制，使这种分析方法更加完善。
参考文献：
[1]周静，吕天光，陈希，等．省级电力调度数据网带宽分析与容量规划研究
[J]．电网技术，2015，36（5）：173-177．
[2]马辰，丁慧霞，赵永利，等．电力光传输网中基于主动监测业务的多链路
故障定位算法[J]．电网技术，2015，37（11）：3221-3226．
[3]郭静，王东蕊．基于复杂网络理论的电力通信网脆弱性分析[J]．电力系统
通信，2015，30（9）：6-10．