本發(fā)明屬于電力信息物理系統(tǒng)和電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，特別涉及一種自動控制系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)模型及其故障分析方法。

背景技術(shù)：

1、為了實現(xiàn)對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和智能服務(wù)，更先進的計算、通信和控制環(huán)節(jié)和電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)物理系統(tǒng)緊密耦合，形成了信息物理系統(tǒng)。閉環(huán)自動控制系統(tǒng)承載于電力通信系統(tǒng)之上，作為電力二次系統(tǒng)的重要組成，自動控制系統(tǒng)故障可以通過信息物理耦合的路徑，影響物理電網(wǎng)。目前電力系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)和電力自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)存在壁壘，難以直接分析信息擾動、故障對特定自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種自動控制系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)模型及其故障分析方法。本發(fā)明實現(xiàn)了自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型的信息流和實際系統(tǒng)通信鏈路和元件的關(guān)聯(lián)，基于該關(guān)聯(lián)模型，可對信息網(wǎng)絡(luò)異常、故障在電力自動控制系統(tǒng)中的傳播路徑實現(xiàn)快速定位，并方便開展信息物理耦合的故障分析。

2、本發(fā)明實施例提出一種自動控制系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)模型，包括：信息網(wǎng)絡(luò)元件層、通信鏈路層、網(wǎng)絡(luò)元件層；

3、所述信息網(wǎng)絡(luò)元件層包括由多個量測元件子模型組成的量測元件單元、由連接每個量測元件子模型的信息傳輸通路子模型組成的信息傳輸通路單元、信息計算和處理單元、由多個執(zhí)行元件子模型組成的執(zhí)行元件單元；所述信息網(wǎng)絡(luò)元件層用于展示自動控制系統(tǒng)的信息流傳遞過程，其中包括所述自動控制系統(tǒng)和物理電網(wǎng)交互的環(huán)節(jié)；

4、所述通信鏈路層用于表示所述信息網(wǎng)絡(luò)元件層中任一子模型對應(yīng)的通信鏈路子模型；

5、所述網(wǎng)絡(luò)元件層用于表示所述通信鏈路層中任一通信鏈路子模型對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)元件子模型；所述網(wǎng)絡(luò)元件子模型用于表明對應(yīng)通信鏈路包括的通信網(wǎng)絡(luò)元件。

6、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述量測元件單元用于獲取所需物理量并轉(zhuǎn)換為信息網(wǎng)絡(luò)的輸入；所述信息傳輸通路單元用于各類數(shù)據(jù)的傳輸；所述信息計算和處理單元用于基于設(shè)定的邏輯生成系統(tǒng)的控制指令；所述執(zhí)行元件單元用于將信息網(wǎng)絡(luò)信息承載的控制指令轉(zhuǎn)換為實際物理量。

7、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述靜態(tài)模型構(gòu)建方法包括：

8、首先基于信息-物理系統(tǒng)耦合關(guān)系，構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)元件層，所述信息網(wǎng)絡(luò)元件層包括：物理量采集環(huán)節(jié)、傳輸通路環(huán)節(jié)、計算和分析環(huán)節(jié)、下行通路環(huán)節(jié)以及指令執(zhí)行環(huán)節(jié)，所述信息網(wǎng)絡(luò)元件層還對每個環(huán)節(jié)分別建立其承載的信息處理過程函數(shù)；其次，基于電網(wǎng)通信系統(tǒng)的虛擬通道建立通信鏈路層，包括：承載信息的鏈路模型、主備路由以及鏈路狀態(tài)；最后，基于通信網(wǎng)絡(luò)的物理元件模型將其與通信鏈路進行關(guān)聯(lián)。

9、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)元件層，包括：

10、1)構(gòu)建量測元件子模型；

11、對任一量測元件nm，其輸入為物理電網(wǎng)的狀態(tài)輸出為系統(tǒng)狀態(tài)的采集fm表示量測矩陣，表示實際信號經(jīng)過采集過程的映射；

12、該量測元件對應(yīng)的子模型表達式如下：

13、

14、2)構(gòu)建執(zhí)行元件子模型；

15、對任一執(zhí)行節(jié)點na，其輸入為上級支路的控制指令輸出為執(zhí)行器的接收指令fa表示執(zhí)行矩陣，表示控制信號經(jīng)過執(zhí)行過程的映射；

16、該執(zhí)行節(jié)點對應(yīng)的子模型表達式如下：

17、

18、3)構(gòu)建信息傳輸通路子模型；

19、對任一信息傳輸通路tk，分別用列向量和表示其輸入節(jié)點和輸出節(jié)點的數(shù)據(jù)，則該信息傳輸通路子模型表達式如下：

20、

21、式中，矩陣mk為方陣，其階數(shù)與向量和相同；

22、4)構(gòu)建信息計算和處理單元；

23、對于任一業(yè)務(wù)，分別用列向量和表示其輸入節(jié)點和輸出節(jié)點的數(shù)據(jù)，信息計算和處理單元的表達式如下：

24、

25、式中，fc代表該環(huán)節(jié)對應(yīng)的映射函數(shù)。

26、在本發(fā)明的一個具體實施例中，還包括：

27、當(dāng)量測信號采集無誤差時，fm的元素為1；當(dāng)控制信號執(zhí)行無誤差時，fa的元素為1；當(dāng)信息傳輸通路無擾動時，mk為一個單位矩陣。

28、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述建立通信鏈路層，包括：

29、1)構(gòu)建信息元件關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)鏈路集合；

30、通信鏈路層為從起始信息元件到結(jié)束信息元件中不同數(shù)據(jù)鏈路的集合，表達式如下：

31、

32、其中，lkij表示信息元件i到信息元件j的通信鏈路集合，表示信息元件i到信息元件j的第k條通信鏈路，k＝1,2,...,n,該集合中共有n條通信鏈路的路徑；

33、2)獲取通信鏈路的狀態(tài)；

34、對于每一條通信鏈路分別建立其狀態(tài)位statel和狀態(tài)標(biāo)志pl，其中正常時statel＝0，中斷時statel＝-1，誤碼時statel＝1。

35、在本發(fā)明的一個具體實施例中，還包括：

36、當(dāng)statel＝1時，記錄該通信鏈路的誤碼率。

37、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述基于通信網(wǎng)絡(luò)的物理元件模型將其與通信鏈路進行關(guān)聯(lián)，包括：

38、1)對于任一條通信鏈路令其關(guān)聯(lián)的集合為：

39、

40、其中，是信息元件i和信息元件j之間通信鏈路k的第m條通信信道，m為通信信道的總數(shù)；

41、2)獲取通信信道的狀態(tài)；

42、對于任一通信信道獲取其狀態(tài)位statec和狀態(tài)標(biāo)志pc，其中，正常時statec＝0，中斷時statec＝-1，誤碼時statec＝1。

43、在本發(fā)明的一個具體實施例中，還包括：

44、當(dāng)statec＝1時，記錄該信道的誤碼率。

45、本發(fā)明實施例還提出一種基于上述靜態(tài)模型的故障分析方法，包括：

46、1)建立各級元件故障影響傳播路徑；

47、對于任一通信信道及其異常狀態(tài)根據(jù)該通信信道和通信鏈路關(guān)聯(lián)，通信元件i和j之間的通信鏈路的狀態(tài)計算表達式如下：

48、

49、式中，ηm,k為第m個通信網(wǎng)絡(luò)元件對第k條路徑的影響權(quán)重；

50、根據(jù)通信鏈路的狀態(tài)將故障影響加權(quán)傳播到信息網(wǎng)絡(luò)元件層，即：

51、

52、式中，ζk為第k條路徑對lkij的影響權(quán)重；

53、2)信息元件對自動控制系統(tǒng)的影響分析；

54、對于任意信息元件lkij,其對于自動控制系統(tǒng)的影響基于信息物理耦合模型，首先分析信息元件異常對其承載信息量的影響，進而分析信息量對物理系統(tǒng)關(guān)鍵物理指標(biāo)的影響：

55、

56、其中，λp為設(shè)定的物理量，sc為自動控制系統(tǒng)的信息量；f為信息物理耦合的故障影響方程，為信息元件到信息流的靈敏度和信息流到物理量的靈敏度的乘積。

57、本發(fā)明的特點及有益效果：

58、本發(fā)明是在基于有向圖的信息流網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上進行的改進，在保留了信息網(wǎng)絡(luò)元件模型的基本架構(gòu)基礎(chǔ)上，增設(shè)了量測元件子模型和執(zhí)行元件子模型，使得信息網(wǎng)絡(luò)和物理電網(wǎng)的交互路徑清晰，便于開展故障的定位和全過程分析；此外，將信息網(wǎng)絡(luò)元件作為信息流的業(yè)務(wù)層，向下拓展了通信鏈路層和網(wǎng)絡(luò)元件層，使得信息網(wǎng)絡(luò)模型和電力系統(tǒng)通信系統(tǒng)鏈路和實際通信網(wǎng)絡(luò)元件相關(guān)聯(lián)，相比于單一的信息網(wǎng)絡(luò)元件模型，更貼合實際電力系統(tǒng)，為實際電力系統(tǒng)的應(yīng)用打通壁壘。

59、1)本發(fā)明的靜態(tài)模型構(gòu)建使得自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流和通信鏈路以及通信系統(tǒng)元件相關(guān)聯(lián)，方便分析信息網(wǎng)絡(luò)元件層發(fā)生的故障和擾動到自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)的傳播路徑，便于實現(xiàn)信息物理融合的故障定量分析。

60、2)本發(fā)明打通了信息網(wǎng)絡(luò)和自動控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)的壁壘，幫助自動控制系統(tǒng)分析通信系統(tǒng)故障對本業(yè)務(wù)的影響，有效提升電力二次系統(tǒng)的韌性。

61、3)本發(fā)明構(gòu)建的信息網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)模型適用于各類自動控制業(yè)務(wù)、如自動發(fā)電控制、自動電壓控制等，可以作為高級應(yīng)用輔助此類系統(tǒng)的建設(shè)和安全運行。