电力系统控制与决策中的博弈问题工程博弈论初(7)

2)电网演化中选择与变异机制的设计.

在生物演化中,通过基因的遗传与变异实现生物的继承与发展.在电网演化中,可以考虑将网架结构、输电方式、电压等级等作为遗传和变异的关键特征,分析电网演化过程中相关特征的发展过程,预测电网演化各阶段的具体形态.笔者团队建立了光伏–电网–负荷发展演化博弈模型[22],提出了基于演化稳定均衡的电网升级方法,指导了青海电网17项大型光伏汇集送出工程的有序建设,有效解决了电网规划与建设滞后带来的弃光问题.

借鉴复杂网络演化的思路,结合对我国电网发展历程的总结与展望,我们将驱动电网演化的各种主要因素,如社会发展需求、管理部门、技术创新与进步以及大自然等视为决策主体,电网演化则可视为由上述主体参与的多阶段博弈过程,从而形成一类工程演化博弈格局,最终希望通过演化博弈论方法揭示电网时空演化规律.我们在文献[38]中对周孝信院士提出的三代电网理论[39]进行了建模及特性分析,构建了三代电网演化博弈的复制者动态模型,给出了三代电网关系度、特征路径长度以及聚类系数等网络形态特征参数,首次从数学上复现了三代电网演化过程.

4.6 大电网安全与安全博弈(Large-scale power grid security and security game)

现代电力系统是一个包含上万个节点、数万条线路和数千台发电机组的大规模、跨区域、远距离的广域复杂系统.随着电力市场改革的深入、各种新技术的应用以及风电、太阳能等分布式发电系统的发展,更急剧增大了现代电力系统的复杂度,如何保障其安全运行是极具挑战的课题.传统的确定性电力系统安全评估方法不足以用于准确评估蓄意攻击下电力系统的安全水平,而动态博弈为分析电网防御与进攻的交互行为进而为电网安全评估提供了可行的研究手段.一方面,进攻方试图攻击电力系统中的薄弱环节以最大化系统损失;另一方面,防御方则采取适当防护策略以增强系统运行的安全性,如此则需要研究和发展一种特殊的动态博弈方法——安全博弈[22],该博弈模型及其均衡解可为系统防御决策提供指导性意见,同时可用于预测攻击方的攻击行为,合理评估系统遭受攻击后的运行可靠性与脆弱性,在安全分析基础上制定部署合理的电网规划,提高薄弱环节的防护程度,使系统即使在真实发生的蓄意攻击下亦具有较高的供电可靠性.笔者团队基于安全博弈理论对河南特高压交直流混联电网脆弱性进行评估,提出对哈密–郑州直流线路、南阳特高压交流线路、豫香山–豫郑南交流线路等关键线路进行进行防护,可大幅降低连锁故障发生几率和负荷损失[22].

应当指出,蓄意攻击不但可以直接作用于物理电力系统,还可以通过信息系统影响电力系统关键设施从而引发大停电事故.典型者如2015年12月23日的乌克兰大停电事故,导致个用户停电3～6h不等.事后调查机构在电力调度通信网络中发现部分恶意软件的样本.结合停电过程的特征及影响,本次停电事故被定位为由“网络协同攻击”造成[40].从安全博弈的观点,该过程可描述为攻击者–防御者型双层安全博弈模型,其中攻击者选择系统最为脆弱的环节实施破坏,系统受到攻击后进行紧急控制等自动防御措施.进一步,如何利用有限资源保护关键环节免遭攻击,则可建模为防御者–攻击者–防御者型3层安全博弈模型,其中第1层给出防御者的最优防护策略,第2层辨识对系统运行危害最大的攻击策略,第3层模拟攻击发生后调度员执行的切机切负荷等应急预案.总之,安全博弈理论可以较好模拟实际工程中的攻防过程,从而为网络安全性分析提供了新的研究思路.

5 总结与展望(Conclusions and prospects)

应当指出的是,博弈论与现有优化控制和决策方法并无冲突,它是后者在面临多决策主体和策略交互时的自然推广.博弈论与若干控制和决策问题的关系如表1所示.

表1 博弈论与若干控制和决策问题的关系Table 1 The relationship between game theory and several control and decision-making problems理性类型 决策类型 单主体决策 多主体决策单阶段决策 单阶段优化 静态博弈完全理性 多阶段决策 多阶段优化 动态博弈连续决策 最优控制 微分博弈有限理性 多阶段或连续决策 演化计算 演化博弈

从表1可以看出,工程博弈论可以视为一门特殊的具有多个决策主体的优化方法论.一般优化方法所追求的“最优解”或“最优控制策略”此时对应的是博弈格局的“均衡”.另一方面,以往我们所熟悉的优化方法包括控制论亦属于博弈论范畴,不过它们是只考虑单个参与者的特殊博弈格局.

文章来源：《电力系统自动化》 网址: http://www.dlxtzdhzz.cn/qikandaodu/2021/0419/885.html