(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211042742.1 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 申请人 国网河南省电力公司电力科 学研究 院　 国网电力科 学研究院有限公司 (72)发明人 李生虎　周慧敏　韩伟　颜云松　 任建锋　王计林　段文岩　 (74)专利代理 机构 安徽省合肥新 安专利代理有 限责任公司 34101 专利代理师 陆丽莉　何梅生 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种安全稳定控制系统的结构优化方法及 应用 (57)摘要 本发明公开了一种安全稳定控制系统的结 构优化方法及应用， 包括： 1计算各通信通道和站 点可靠性参数； 2计及站点、 通信通道可靠性参数 及各底层站点控制的资源， 计算顶层站点对各底 层站点的控制能力； 3计算安全稳定控制系统的 控制能力和能量冗余度； 4基于能量冗余度大小 和控制能力对站点的灵敏度， 确定薄弱站点； 5以 通信时延和带宽为约束， 以控制能力最大、 能量 冗余度最小、 区域等效控制能力平衡差最小为目 标函数， 采用环网结构构建安全 稳定控制 系统模 型； 6采用萤火虫算法求解所述安全稳定控制系 统模型， 得到优化后的安全 稳定控制系统的拓扑 结构。 本发 明采用环网架构能优化安全稳定控制 系统结构， 能提高安全稳定控制系统的控制性 能。 权利要求书5页 说明书18页 附图5页 CN 115392033 A 2022.11.25 CN 115392033 A 1.一种安全稳定控制系统的结构优化方法， 所述安全稳定控制系统的拓扑结构包括多 个站点和站点间的通信通道， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1， 计算各个通信通道的可靠性 参数以及计算对应站点的可靠性 参数； 步骤2， 基于各个通信通道 的可靠性参数、 各个站点的可靠性参数、 所述安全稳定控制 系统的拓扑结构及其底层站 点所控制的资源容量， 计算所述拓扑结构的顶层站 点对各底层 站点所控制的资源容 量的控制能力； 步骤3， 根据所述顶层站点对各底层站点所控制的资源容量的控制能力、 各个站点的正 常运行概率以及误动概率， 计算所述安全稳定控制系统的控制能力、 每个站点在误动状态 下的能量冗余度和所述 安全稳定控制系统的区域 等效控制能力平衡差指标； 步骤4， 确定包括第一类站点及第 二类站点的薄弱站点， 所述第一类站点是所述能量冗 余度高于能量冗余度阈值的站点， 所述第二类站 点是基于所述安全稳定控制系统的控制能 力对各个站点的可靠性灵敏度进行计算后， 其可靠性灵敏度高于可靠性灵敏度阈值的站 点； 步骤5， 以电网故障发生时刻到所述安全稳定控制系统执行保护动作时刻的时间延迟 以及所述通信通道的带宽为约束， 以所述安全稳定控制系统的控制能力最大、 每个站点在 误动状态下的能量冗余度最小、 所述安全稳定控制系统的区域等效控制能力平衡差指标最 小为目标函数， 建立所述薄弱站点与同级站点间的环状结构， 以形成包含环状结构和树状 结构的所述 安全稳定控制系统的环网模型； 步骤6， 采用GSO优化算法对所述安全稳定控制系统的环网模型进行求解， 得到优化后 的安全稳定控制系统的拓扑 结构。 2.根据权利要求1所述的安全稳定控制系统的结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤1 包括： 步骤1.1， 根据式(1)和式(2)分别计算所述安全稳定控制系统中各个通信通道的故障 率和正常运行概 率： 式(1)中， 表示第k条通信通道的故障率， 表示第k条通信通道的正常运行概 率， λ0表示单位长度的通信通道的故障率， Lk表示第k条通信通道的长度； 所述各个 通信通道 的可靠性 参数包括所述各个通信通道的故障率和正常运行概 率。 3.根据权利要求2所述的安全稳定控制系统的结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤1 包括： 步骤1.2， 根据站点存在的各状态及状态间的转移过程， 建立的站点的状态空间模型， 设置每个站点的状态类型， 每个站点的状态类型为正常运行状态、 误动状态、 拒动状态、 故 障状态和定期检修状态中的一种； 根据式(3)计算得 出各个站点的状态空间的转移率矩阵A：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115392033 A 2式(3)中， λsr和 λse分别表示任一站点处于拒动状态和误动状态的概率， T表示任一站点 的期检修周期， t25和t35分别表示任一站 点发生拒动和误动时检修人员到 现场的时间， μ51为 任一站点定期检修时间的倒数； μ41表示任一站点故障后的修复率， α1为任一站点的故障检 出系数， α2为任一站点未检出故障时， 误动次数占误动次数与拒动次数之和的比值， α3表示 任一站点从误动状态到拒动状态的转移率； α4表示任一站点从拒动状态到误动状态的转移 率， a11、 a22、 a33、 a33、 a55分别表示所述转移率矩阵A上的五个主对角元素， 其取值根据式(4) 计算得到； 步骤1.3， 基于所述转移率矩阵A、 pA＝0、 其中， pi表示状态i的概率， 利用式 (5)计算任一站点的状态概 率矩阵p： 式(5)中， p1,p2,p3,p4,p5分别表示状态1～状态5的概率， 状态1～状态5分别表示正常运 行状态、 误动状态、 拒动状态、 故障状态和定期检修状态， Φ是由A 转置后的最后一行元素替 换为1后再求逆得到的矩阵， 以状态概率矩阵p中的概率值作为所述对应站点的可靠性参 数。 4.根据权利要求3所述的安全稳定控制系统的结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤2 包括： 步骤2.1， 获取安全稳定控制系统中各个顶层站点对各个底层站点的控制路径； 所述控 制路径为顶层站点到 达底层站点所 经过的站点编号和通信通道编号； 步骤2.2， 利用式(6)计算第x条控制路径的可控概 率ppath,x： 式(6)中， 为第i个站点正常运行概率， 并由式(5)中的p1得出； Xx表示第x条控制路 径包含的站点 集合， Yx代表第x条控制路径包 含的通信通道集 合；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115392033 A 3