一种基于相互依存网络的电力信息物理系统建模耦合方法与流程

本发明是关于一种基于相互依存网络的电力信息物理系统建模耦合方法、装置、设备及介质，涉及电力系统。

背景技术：

1、近年来，新型电力系统，电源结构向强不确定性，若可控出力的新能源发电占主导转变，电网形态向微电网能源互联网转变，先进信息通信技术、控制技术将与先进能源技术深度融合，推动能源电力系统的转型与变革。

2、能源互联网的建设催生了综合能源、虚拟电厂及微能网等新业态的发展，以新能源基地、智慧城市等一片区域为单位，面向为能源网及其他客户端形成了具有源网荷储全部或部分生态要素的区域能源互联网。而与此同时，各种新型业态层出不穷，对新能源系统并网消纳、弹性互动、灵活调控及安全可靠的需求日渐提升。迫切需要一种融合应用先进能源技术、信息通信技术和控制技术通过一二次系统协同规划来促进能源互联网发展。

3、传统的分布式控制策略研究没有考虑到各层级之间的通信可靠性与信息协同问题，层级之间耦合度不高，规划策略的合理性和结果性得不到保证。面对以上情况，如何通过建立电力网与信息网耦合度更高的模型，更合理调度能源是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够通过建立电力网与信息网耦合度更高的模型，更合理调度能源的基于相互依存网络的电力信息物理系统建模耦合方法、装置、设备及介质。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明还提供一种基于相互依存网络的电力信息物理系统建模耦合方法，该方法包括：

4、根据复杂网络理论建立电力网模型，基于电力网模型计算得到电力网邻接矩阵；

5、根据复杂网络理论建立信息网模型，基于信息网模型计算得到信息网邻接矩阵；

6、以内在自相似耦合理论为基础建立信息物理相依模型，并基于电力网及信息网邻接矩阵通过信息物理相依模型构建电力信息物理系统的拓扑结构；

7、基于电力信息物理系统的拓扑结构和电力系统的潮流分布特性分别建立电力网及信息网权重模型，获得电力网和信息网的线路权重，用于反映各线路的占用情况。

8、进一步地，根据复杂网络理论建立电力网模型，计算得到电力网邻接矩阵，包括：

9、根据复杂网路理论，电力网采用模型gp＝(vp,ep)，其中，vp为节点集，表示不同功能属性的电力系统母线，ep为电力线路集；

10、建立的电力网中存在n个节点分别为vp1、vp2、vp3、......vpn以及m条电力网的边ep1、ep2、ep3、......、epm，根据连通图中各个节点的连接关系，获得表示节点和节点之间连接关系的电力网邻接矩阵：

11、

12、式中，aij为矩阵中ap的元素，当点i与节点j之间有连接关系时元素aij＝1；否则aij则为0。

13、进一步地，根据复杂网络理论建立信息网模型，计算得到信息网邻接矩阵，包括：

14、采用ba无标度网络生成方法进行无标度网络建模，具体为：1)确定初始节点个数以及各节点之间的连接状态；2)在已有的网络结构中加入一个节点和固定条数的边，通过节点增长的循环过程，经过t次之后，新网络中将有n0+t个节点以及e0+mt条边，并在生成的网络结构中额外添加一个信息节点代表调度控制中心节点；

15、采用与电力网邻接矩阵相同的建立方法获得信息网邻接矩阵ac。

16、进一步地，网络节点增长阶段，包括：

17、从初始网络g0开始，该网络有n0个节点与e0条边，每次加入一个新的节点以及m条边；

18、新节点优先与节点度数较大的节点进行连接，其中，节点度数较大的节点为该节点相连的边的数量最多。

19、进一步地，以内在自相似耦合理论为基础建立信息物理相依模型，并基于电力网及信息网邻接矩阵构建电力信息物理系统的拓扑结构，包括：

20、计算电力网的介数中心性序列和信息网中的度数中心性序列；

21、分别对电力网的介数中心性序列和信息网中的度数中心性序列进行排序；

22、除调度控制中心节点外，将信息网中的度数中心性序列中度数中心性排序与电力网介数中心性序列中介数中心性排序序号相同的节点进行耦合连接得到信息物理相依模型；

23、基于信息物理相依模型构建电力信息物理系统拓扑结构。

24、进一步地，基于信息物理相依模型构建电力信息物理系统拓扑结构，包括：

25、将信息网与电力网之间的相依关系抽象为电力节点与信息节点之间的相互连接状态，电力信息物理系统拓扑结构为：

26、

27、式中，ap为电力网邻接矩阵；ac为信息网邻接矩阵；ap-c为电力网与信息网相依的信息-物理邻接矩阵，atp-c为矩阵ap-c的转置矩阵，其中，ap-c表示电力网与信息网相互之间的连接关系，具体为：

28、

29、式中，ap-c是一个n×m维矩阵，n表示电力网节点数，m表示信息网节点数；当n＝m，即电力网与信息网的节点数相同时，ap-c为方阵，当点i与节点j之间有连接关系时元素cij＝1；否则cij则为0。

30、进一步地，基于电力信息物理系统的拓扑结构和电力系统的潮流分布特性分别建立电力网及信息网权重模型，获得电力网和信息网的线路权重，包括：

31、建立cpps的加权网络数学模型，表示为：

32、

33、式中，wij表示网络中的边权重值；wij的值为无穷大时，表示网络中不存在此边，且其对角线元素的值为0；

34、建立电力网权重模型，计算出电力网线路的权重值wlp.ij为：

35、

36、式中，p是线路l当前的功率传输量；plmax为线路l的最大功率传输量；wi表示发电机节点i的权重，取其数值为发电机的实际出力；wj表示负荷节点j的权重，取节点的实际负荷值；gen表示为所有发电机的节点集合；lod表示为所有负荷节点的集合；βl-i与βl-j分别为线路l对节点i和节点j的功率灵敏度；βl-(i-j)为发电机节点i注入单位功率，再从负荷节点j流出时线路l的功率增长值；

37、建立考虑数据传输特性的信息网权重模型，依据信息网权重模型计算出信息网线路的权重值：

38、wlc.ij＝bci·bcj

39、式中，bci为信息节点i的节点介数；bcj表示信息节点j的节点介数。

40、第二方面，本发明还提供一种基于相互依存网络的电力信息物理系统建模耦合装置，包括：

41、电力网模型构建单元，被配置为根据复杂网络理论建立电力网模型，基于电力网模型计算得到电力网邻接矩阵；

42、信息网模型构建单元，被配置为根据复杂网络理论建立信息网模型，基于信息网模型计算得到信息网邻接矩阵；

43、拓扑构建单元，被配置为以内在自相似耦合理论为基础建立信息物理相依模型，并基于电力网及信息网邻接矩阵通过信息物理相依模型构建电力信息物理系统的拓扑结构；

44、权重计算单元，被配置为基于电力信息物理系统的拓扑结构和电力系统的潮流分布特性分别建立电力网及信息网权重模型，获得电力网和信息网的线路权重，用于反映各线路的占用情况。

45、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行本发明第一方面所述方法中的任一方法的指令。

46、第四方面，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行本发明第一方面所述方法中的任一方法。

47、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：

48、1、本发明在考虑电力系统潮流分布特性的基础上，提出建立电力网及信息网权重模型，使得模型更加具有电力特性，获得电力网与信息网耦合度更高的模型，更合理调度能源。

49、2、本发明通过在信息网中添加一个总调度控制节点从而更好地仿真真实生产环境中的电力系统，对于生产实际更具指导意义。

50、综上，本发明可以广泛应用于电力系统中。