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
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。

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
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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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

电力系统网络安全与攻防技术研究与应用随着信息技术的快速发展，电力系统也日益依赖网络和计算机技术，以提高运行效率和智能化水平。

然而，这也带来了电力系统面临的网络安全威胁与挑战。

网络攻击者越来越熟练和专业化，不断寻找漏洞和弱点来渗透电力系统，因此电力系统的网络安全与攻防技术研究与应用显得尤为重要。

首先，电力系统的网络安全是保障能源供应连续性和稳定性的关键。

电力系统是各行各业的基础设施，一旦遭受网络攻击，可能导致供电中断、信息泄露、能源被利用作为攻击载体等危害。

因此，必须借助先进的网络安全技术，确保电力系统的可靠性和安全性。

电力系统网络攻防技术的研究与应用是重中之重。

首先，需要建立起强大的网络监控与防护系统，实时监测电力系统中的网络流量、数据传输、设备状态等重要信息，以及检测可疑的网络活动。

其次，需要建立起严格的身份验证和访问控制机制，加密关键数据以防止未经授权的访问。

此外，还应该定期进行网络安全演练和渗透测试，发现潜在的安全风险并及时修复。

同时，电力系统还需要进行安全策略与政策的制定，对内外部人员进行网络安全意识的培训，提高整个电力系统对网络安全的重视程度。

同时，电力系统网络安全与攻防技术的研究与应用也需要依靠先进的技术手段。

例如，利用人工智能和大数据分析技术，可以对电力系统中的异常行为进行智能识别和预测，从而及时发现潜在的网络攻击。

另外，区块链技术在电力系统网络安全中也有着重要的应用前景，它可以实现去中心化的安全认证和数据传输，有效防止数据篡改和伪造。

此外，加密算法和安全协议的研发也是电力系统网络安全的关键技术，能够保护敏感数据的传输和存储。

在电力系统网络安全与攻防技术的研究与应用中，还需要加强国际合作与信息共享。

网络攻击没有国界，在一个地区的攻击成功往往也会对其他地区造成连锁反应。

因此，各国之间应加强合作，共同研究电力系统网络安全与攻防技术，并分享信息和经验，以达成全球范围内的网络安全防护和攻击溯源。

复杂电力网络的级联故障分析与研究作者：刘芳郑义来源：《现代电子技术》2014年第19期摘要：将复杂网络理论应用于电力系统，特别是对级联故障导致的大电网停电事故进行研究，得到了广泛关注。

首先探讨了对级联故障进行理论建模的重要性，然后对电网结构脆弱性和级联故障方面的研究进展和应用情况进行了分析，最后对课题的研究方向做了阐述和展望。

关键词：复杂电力网络；级联故障；小世界网络；无标度网络中图分类号： TN915.853⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）19⁃0114⁃03Analysis and research of cascading failure in complex power gridLIU Fang1， ZHENG Yi2（1. Jiangsu Open University， Nanjing 210036， China； 2. Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）Abstract： Applying complex network theory to power systems， especially to the research of the large power grid blackout accident caused by the cascade failure， has been widely concerned. The importance of the theoretical modeling on cascading failures is discussed in this paper. The research progress of the grid structure vulnerability and the cascading failure is analyzed. The research direction is expounded and prospected.Keywords： complex power grid； cascading failure； small world network； scale⁃free network0 引言电网是现代文明社会的重要基础设施，电网的大规模互联已成为全世界范围内电力系统发展的必然趋势，电网的安全运行已越来越成为社会政治经济生活高效运作的有效保证。

基于复杂网络理论的交通网络鲁棒性分析交通网络作为现代社会的重要基础设施，对于经济发展和人们的日常生活起着至关重要的作用。

然而，交通网络在运行过程中面临着各种各样的干扰和破坏，如自然灾害、交通事故、道路施工等。

这些干扰可能会导致交通网络的性能下降，甚至瘫痪。

因此，研究交通网络的鲁棒性，即网络在遭受干扰或破坏时仍能保持其基本功能的能力，具有重要的理论和实际意义。

复杂网络理论为研究交通网络的鲁棒性提供了有力的工具。

一、复杂网络理论概述复杂网络是由大量节点和节点之间的连接边组成的系统。

在交通网络中，节点可以是道路交叉口、车站等，连接边可以是道路、铁路等。

复杂网络具有一些重要的特征，如小世界特性、无标度特性和社团结构等。

小世界特性指的是网络中任意两个节点之间的平均距离较短，大多数节点之间可以通过较少的步骤相互连接。

这意味着在交通网络中，信息和交通流可以在较短的时间内传播到较远的地方。

无标度特性则表明网络中存在少数具有大量连接的节点（称为枢纽节点），而大多数节点的连接数较少。

在交通网络中，一些重要的交通枢纽，如大城市的机场、火车站等，就类似于枢纽节点。

社团结构是指网络可以划分为若干个内部连接紧密、外部连接稀疏的子网络。

在交通网络中，不同的区域或城市之间可能形成不同的社团。

二、交通网络的建模为了研究交通网络的鲁棒性，首先需要对交通网络进行建模。

常见的交通网络模型有拓扑模型和流量模型。

拓扑模型主要关注网络的结构，将交通网络抽象为节点和边的集合，不考虑交通流量等因素。

这种模型简单直观，可以用于分析网络的基本拓扑特征，如节点度分布、平均路径长度等。

流量模型则考虑了交通流量在网络中的分配和传播。

通过建立交通流的数学方程，可以模拟交通网络在不同情况下的运行状态。

流量模型更加接近实际交通情况，但计算复杂度较高。

在实际研究中，通常会结合使用拓扑模型和流量模型，以更全面地了解交通网络的特性。

三、交通网络鲁棒性的评估指标评估交通网络的鲁棒性需要使用合适的指标。

Ｚ ＨＯＵ Ｙａ ｎ ｇ ， Ｓ ＵＮ Ｊ ｉ ｎ ｇ ２ＦＥＮＧ Ｙｉ ｎ — ｃ ｈ ａ ｏ ， ＹＵ Ｌｉ
，
（ １ ． Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｉ ｄ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ３ ３ ０ ０ ７ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
基于链路重要度的电力通信网链路保护方法
周 洋 ，孙 京 ，冯 银超 ，喻 莉
（ １ ． 国家电网江西省电力公司 ，江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ ７ ７ ； ２ ． 华 中科技大学 电子信息 与通信学 院 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４）
２
摘 要 ：传统的链路保护方法大多基于网络拓扑结构和 网络流量 ，很 少考虑网络 中传输业务的类 别 和特 征 。 为此 ，创 新 性 地提 出 了一 种基 于链路 重要 度 的链 路 保 护 方 法。 该 方 法首 先从 网络 拓 扑 角度提 出一种链路贡献值模型 ，以计算各链路对整个网络的可靠性贡献值 ，然后 与各链路 上承载 的业务相结合 ，构建 出一种链路重要度模型。基于链路重要度，可以在给定网络 可靠性的条件下，
关键词 ： 电力通信 网；链 路保 护 ；业 务分 析 ；链路 重要 度 ；网络 可 靠性 中 图分类 号 ：Ｔ Ｍ７ ３ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ２ — ０ ８ ０ ２ （ ２ ０ １ ７ ） 一 ０ ３ — ０ ４ ８ ０ — ０ ７
Ｌｉ ｎ ｋ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌｉ ｎ ｋ Ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋｓ