復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險建模與仿真研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的持續(xù)增長以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，能源領(lǐng)域正經(jīng)歷著深刻的變革。能源互聯(lián)網(wǎng)作為一種將能源生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲和消費與信息技術(shù)深度融合的新型能源體系，應(yīng)運而生并迅速成為研究與發(fā)展的焦點。它打破了傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的界限，通過智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的手段，實現(xiàn)了能源的高效利用、優(yōu)化配置以及清潔能源的大規(guī)模接入與消納，為解決能源危機和應(yīng)對氣候變化提供了新的思路與途徑，在當(dāng)今能源格局中占據(jù)著關(guān)鍵地位。能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵地位首先體現(xiàn)在其對能源轉(zhuǎn)型的推動作用。傳統(tǒng)能源體系以化石能源為主，面臨著資源枯竭和環(huán)境污染的雙重困境。而能源互聯(lián)網(wǎng)能夠整合風(fēng)能、太陽能、水能等多種可再生能源，使其在能源結(jié)構(gòu)中的占比不斷提高，加速能源向清潔化、低碳化方向轉(zhuǎn)型。例如，在一些風(fēng)能和太陽能資源豐富的地區(qū)，通過能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以將這些不穩(wěn)定的可再生能源高效地并入電網(wǎng)，實現(xiàn)能源的穩(wěn)定供應(yīng)。其次，能源互聯(lián)網(wǎng)提升了能源利用效率。它借助先進(jìn)的信息技術(shù)和智能控制手段，實現(xiàn)了能源生產(chǎn)與消費的精準(zhǔn)匹配和協(xié)同優(yōu)化，減少了能源在傳輸、分配和使用過程中的損耗。以智能電網(wǎng)中的需求響應(yīng)技術(shù)為例，通過實時監(jiān)測用戶的用電需求，調(diào)整發(fā)電計劃，能夠有效降低能源浪費。再者，能源互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了能源市場的創(chuàng)新與發(fā)展。它打破了傳統(tǒng)能源市場的壟斷格局，引入了多元化的市場主體，激發(fā)了市場活力，推動了能源交易模式的創(chuàng)新，如分布式能源交易、虛擬電廠等新型商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)。然而，能源互聯(lián)網(wǎng)在帶來諸多優(yōu)勢的同時，也面臨著一系列嚴(yán)峻的風(fēng)險挑戰(zhàn)。由于能源互聯(lián)網(wǎng)融合了電力、天然氣、熱力等多種能源網(wǎng)絡(luò)以及信息通信網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)和運行機制極為復(fù)雜，各網(wǎng)絡(luò)之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，使得風(fēng)險在不同網(wǎng)絡(luò)空間之間的傳播變得更加復(fù)雜和難以預(yù)測。一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障或遭受攻擊，風(fēng)險可能會迅速蔓延至整個能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積的能源供應(yīng)中斷，對社會經(jīng)濟的正常運行造成嚴(yán)重影響。例如，2019年美國中西部地區(qū)發(fā)生的一次大面積停電事故，就是由于電力系統(tǒng)中的某個關(guān)鍵設(shè)備故障，引發(fā)了連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致多個州的電力供應(yīng)中斷，造成了巨大的經(jīng)濟損失。此外，能源互聯(lián)網(wǎng)還面臨著網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、市場風(fēng)險、政策風(fēng)險等多種風(fēng)險，這些風(fēng)險相互交織，進(jìn)一步增加了能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究的復(fù)雜性和緊迫性。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論作為一門研究復(fù)雜系統(tǒng)中元素之間相互關(guān)系和結(jié)構(gòu)特性的學(xué)科，為能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險研究提供了全新的視角和有力的工具。能源互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是一個典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其包含大量的節(jié)點（如能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路、用戶等）和邊（如能源傳輸鏈路、信息通信鏈路等），節(jié)點之間存在著復(fù)雜的非線性相互作用。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，可以對能源互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，揭示其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)特性和演化規(guī)律，從而識別出系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點和脆弱環(huán)節(jié)。例如，通過度中心性、介數(shù)中心性等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，可以確定哪些節(jié)點在能源傳輸和信息交互中起著關(guān)鍵作用，一旦這些關(guān)鍵節(jié)點出現(xiàn)故障，可能會對整個系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究中的重要性和價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面。其一，有助于深入理解風(fēng)險傳播機制。通過構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，能夠清晰地描述風(fēng)險在不同網(wǎng)絡(luò)空間之間的傳播路徑和擴散規(guī)律，分析風(fēng)險傳播的影響因素，為制定有效的風(fēng)險防控策略提供理論依據(jù)。其二，實現(xiàn)風(fēng)險的定量評估與預(yù)測。借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析方法和工具，可以對能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險進(jìn)行量化分析，評估系統(tǒng)在不同風(fēng)險場景下的脆弱性和穩(wěn)定性，預(yù)測風(fēng)險發(fā)生的可能性和影響范圍，為風(fēng)險管理決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。其三，優(yōu)化風(fēng)險防控策略。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究成果，可以有針對性地制定風(fēng)險防控措施，如加強關(guān)鍵節(jié)點的保護(hù)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)的冗余度等，從而提高能源互聯(lián)網(wǎng)的抗風(fēng)險能力和魯棒性。其四，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合。能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究涉及能源科學(xué)、信息科學(xué)、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論作為連接這些學(xué)科的橋梁，能夠促進(jìn)不同學(xué)科之間的交叉融合，推動能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究的創(chuàng)新發(fā)展。綜上所述，開展基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險模型與仿真研究具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。從現(xiàn)實意義來看，有助于提高能源互聯(lián)網(wǎng)的安全可靠性，保障能源的穩(wěn)定供應(yīng)，降低能源系統(tǒng)運行風(fēng)險，促進(jìn)能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為經(jīng)濟社會的穩(wěn)定發(fā)展提供堅實的能源保障。從理論價值而言，豐富和完善了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究，拓展了能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究的方法和思路，為解決復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險問題提供了新的范例和參考。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列有價值的成果。國外方面，文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]深入剖析了能源互聯(lián)網(wǎng)中因多能源耦合特性所引發(fā)的風(fēng)險，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，對能源互聯(lián)網(wǎng)在不同運行場景下的風(fēng)險進(jìn)行量化分析，明確了各能源子系統(tǒng)之間的風(fēng)險關(guān)聯(lián)機制，為能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險評估提供了重要的理論支撐。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]則從市場風(fēng)險角度出發(fā)，研究了能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式能源交易的市場風(fēng)險因素，如能源價格波動、市場供需不平衡等，運用金融風(fēng)險管理方法，提出了相應(yīng)的風(fēng)險防范策略，為能源互聯(lián)網(wǎng)市場的穩(wěn)定運行提供了參考。國內(nèi)在能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究方面也成果豐碩。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]針對能源互聯(lián)網(wǎng)中電力信息融合的風(fēng)險傳遞問題展開研究，通過對電力信息融合過程的深入分析，構(gòu)建了風(fēng)險傳遞模型，揭示了風(fēng)險在電力信息網(wǎng)絡(luò)中的傳遞規(guī)律，為能源互聯(lián)網(wǎng)信息安全風(fēng)險管理提供了新的思路和方法。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]綜合考慮能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層、信息層和市場層等多層面風(fēng)險，提出了一種全面的風(fēng)險評估體系，運用層次分析法等方法對各風(fēng)險因素進(jìn)行權(quán)重分配，實現(xiàn)了對能源互聯(lián)網(wǎng)整體風(fēng)險的綜合評估。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究同樣受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。國外文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對能源互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，通過分析網(wǎng)絡(luò)的度分布、聚類系數(shù)等指標(biāo)，揭示了能源互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)涮匦?，發(fā)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)具有小世界和無標(biāo)度特性，這為理解能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能提供了新的視角。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究了能源互聯(lián)網(wǎng)在遭受攻擊時的魯棒性，通過模擬不同的攻擊策略，分析網(wǎng)絡(luò)的連通性和節(jié)點重要性變化，提出了提高能源互聯(lián)網(wǎng)魯棒性的措施，如加強關(guān)鍵節(jié)點的保護(hù)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。國內(nèi)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于能源領(lǐng)域的研究也有顯著進(jìn)展。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對電力系統(tǒng)的脆弱性進(jìn)行評估，通過構(gòu)建電力系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，識別出系統(tǒng)中的關(guān)鍵線路和節(jié)點，分析了這些關(guān)鍵元件對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，為電力系統(tǒng)的安全運行和優(yōu)化提供了依據(jù)。文獻(xiàn)[文獻(xiàn)具體編號]將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險傳播研究相結(jié)合，構(gòu)建了基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險傳播模型，模擬了風(fēng)險在不同網(wǎng)絡(luò)空間之間的傳播過程，分析了風(fēng)險傳播的影響因素，為制定有效的風(fēng)險防控策略提供了技術(shù)支持。盡管國內(nèi)外在能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的研究在考慮能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險時，對不同能源網(wǎng)絡(luò)之間的深度耦合關(guān)系以及信息網(wǎng)絡(luò)與能源網(wǎng)絡(luò)的交互影響研究不夠全面和深入，未能充分揭示風(fēng)險在多網(wǎng)絡(luò)空間中復(fù)雜的傳播和演變機制。另一方面，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險研究中，部分模型過于簡化，未能準(zhǔn)確反映能源互聯(lián)網(wǎng)的實際運行特性和動態(tài)變化過程，導(dǎo)致風(fēng)險評估和預(yù)測的準(zhǔn)確性有待提高。此外，針對能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險防控策略的研究，缺乏系統(tǒng)性和綜合性，未能充分考慮不同風(fēng)險防控措施之間的協(xié)同效應(yīng)和相互影響。1.3研究內(nèi)容與方法本研究旨在基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，深入剖析能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險，構(gòu)建精準(zhǔn)有效的風(fēng)險模型，并通過仿真實驗進(jìn)行驗證與分析，為能源互聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)險防控提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。具體研究內(nèi)容如下：能源互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模：從能源互聯(lián)網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)和運行特性出發(fā)，詳細(xì)分析其節(jié)點和邊的構(gòu)成。將能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路、存儲裝置以及各類用戶等視為節(jié)點，能源傳輸鏈路、信息通信鏈路等視為邊，構(gòu)建反映能源互聯(lián)網(wǎng)真實結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型。在此基礎(chǔ)上，深入研究網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?，包括度分布、聚類系?shù)、平均路徑長度等指標(biāo)，揭示能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律，為后續(xù)的風(fēng)險分析奠定基礎(chǔ)?？缈臻g風(fēng)險傳播機制分析：全面分析能源互聯(lián)網(wǎng)中電力、天然氣、熱力等不同能源網(wǎng)絡(luò)之間以及能源網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間的耦合關(guān)系，深入探究風(fēng)險在這些不同網(wǎng)絡(luò)空間之間的傳播路徑和方式。運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析方法，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)原理，建立風(fēng)險傳播的數(shù)學(xué)模型，分析風(fēng)險傳播過程中的關(guān)鍵因素，如節(jié)點的重要性、邊的連通性以及耦合強度等對風(fēng)險傳播的影響，揭示風(fēng)險傳播的動態(tài)演化規(guī)律。風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建：綜合考慮能源互聯(lián)網(wǎng)的物理風(fēng)險、信息安全風(fēng)險、市場風(fēng)險以及政策風(fēng)險等多方面因素，選取能夠全面反映能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險狀況的指標(biāo)，構(gòu)建科學(xué)合理的風(fēng)險評估指標(biāo)體系。運用層次分析法、熵權(quán)法等方法確定各指標(biāo)的權(quán)重，采用模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等對能源互聯(lián)網(wǎng)的整體風(fēng)險水平進(jìn)行評估，實現(xiàn)對能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險的定量分析和評價。風(fēng)險模型構(gòu)建與仿真：基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和風(fēng)險傳播機制的研究成果，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險模型。利用仿真軟件，如MATLAB、Simulink等，對不同風(fēng)險場景下能源互聯(lián)網(wǎng)的運行狀態(tài)進(jìn)行模擬仿真，分析風(fēng)險在網(wǎng)絡(luò)中的傳播過程和影響范圍，驗證風(fēng)險模型的準(zhǔn)確性和有效性。通過仿真實驗，研究不同風(fēng)險防控措施對能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險的影響，為風(fēng)險防控策略的制定提供依據(jù)。風(fēng)險防控策略研究：根據(jù)風(fēng)險評估和仿真的結(jié)果，提出針對性的風(fēng)險防控策略。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、關(guān)鍵節(jié)點保護(hù)、信息安全防護(hù)、市場監(jiān)管以及政策支持等多個方面入手，制定全面系統(tǒng)的風(fēng)險防控措施。例如，通過優(yōu)化能源互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的冗余度和魯棒性；加強對關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測和保護(hù)，降低關(guān)鍵節(jié)點故障引發(fā)的風(fēng)險；強化信息安全防護(hù)措施，防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露；完善市場監(jiān)管機制，穩(wěn)定能源市場秩序；制定合理的政策法規(guī)，引導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。同時，分析不同風(fēng)險防控策略之間的協(xié)同效應(yīng)，提出綜合風(fēng)險防控方案，提高能源互聯(lián)網(wǎng)的抗風(fēng)險能力。在研究方法上，本研究綜合運用多種方法，確保研究的科學(xué)性和可靠性。采用理論分析方法，深入研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與運行原理以及風(fēng)險傳播的基本理論，為研究提供堅實的理論基礎(chǔ)。通過模型構(gòu)建方法，建立能源互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型、風(fēng)險傳播模型和風(fēng)險評估模型，將復(fù)雜的實際問題抽象為數(shù)學(xué)模型，便于進(jìn)行定量分析和研究。運用仿真實驗方法，利用專業(yè)的仿真軟件對能源互聯(lián)網(wǎng)的運行過程和風(fēng)險傳播進(jìn)行模擬，直觀地展示風(fēng)險的演化過程，驗證模型的正確性和策略的有效性。同時，結(jié)合案例分析方法，選取實際的能源互聯(lián)網(wǎng)項目案例，對研究成果進(jìn)行應(yīng)用和驗證，進(jìn)一步完善研究內(nèi)容，提高研究成果的實用性和可操作性。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1能源互聯(lián)網(wǎng)概述2.1.1能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與特征能源互聯(lián)網(wǎng)是一種將能源生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲和消費與信息技術(shù)深度融合的新型能源體系。它以電力系統(tǒng)為核心，整合了天然氣、熱力等多種能源網(wǎng)絡(luò)，通過先進(jìn)的電力電子技術(shù)、信息技術(shù)和智能管理技術(shù)，實現(xiàn)了能源的雙向流動、對等交換與共享。能源互聯(lián)網(wǎng)的概念最早由美國學(xué)者杰里米?里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提出，他設(shè)想的能源互聯(lián)網(wǎng)是基于可再生能源的、分布式、開放共享的網(wǎng)絡(luò)。此后，能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵不斷豐富和發(fā)展。從廣義上來說，能源互聯(lián)網(wǎng)是一個復(fù)雜的多網(wǎng)流系統(tǒng)，不僅包含能源的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，還涵蓋了信息通信網(wǎng)絡(luò)以及能源市場交易網(wǎng)絡(luò)等，各網(wǎng)絡(luò)之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同構(gòu)成了能源互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)具有多個顯著特征。一是廣域互聯(lián)，借助特高壓輸電技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)以及先進(jìn)的通信技術(shù)，能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了能源在不同區(qū)域、不同層級之間的廣泛互聯(lián)。以我國的西電東送工程為例，通過特高壓輸電線路，將西部地區(qū)豐富的水電、火電等能源輸送到東部負(fù)荷中心，實現(xiàn)了能源資源在全國范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。二是多能互補，能源互聯(lián)網(wǎng)整合了電力、天然氣、熱力等多種能源形式，充分發(fā)揮不同能源的優(yōu)勢，實現(xiàn)能源的協(xié)同優(yōu)化利用。在一些綜合能源示范項目中，通過冷熱電三聯(lián)供技術(shù)，利用天然氣發(fā)電，發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱用于供熱和制冷，提高了能源利用效率，減少了能源浪費。三是高度智能化，能源互聯(lián)網(wǎng)運用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)，實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的實時監(jiān)測、智能分析和精準(zhǔn)控制。智能電表能夠?qū)崟r采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，電力公司可以準(zhǔn)確掌握用戶的用電行為和需求，從而實現(xiàn)更合理的電力調(diào)度和需求響應(yīng)。四是分布式能源接入，能源互聯(lián)網(wǎng)支持大量分布式能源的接入，如太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等。這些分布式能源靠近用戶側(cè)，能夠減少能源傳輸損耗，提高能源供應(yīng)的可靠性和靈活性。在一些農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)戶屋頂安裝的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅滿足了自身用電需求，多余的電量還可以并入電網(wǎng)，實現(xiàn)能源的雙向流動。2.1.2能源互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)能源互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)涵蓋多個層面，各層面相互協(xié)作，共同支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的高效運行。物理架構(gòu)是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，包括能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、存儲裝置和消費終端等。在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包含傳統(tǒng)的火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電，以及日益發(fā)展的太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源發(fā)電設(shè)施。傳輸網(wǎng)絡(luò)則由輸電線路、天然氣管網(wǎng)、熱力管道等構(gòu)成，負(fù)責(zé)能源的輸送。例如，我國的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，電壓等級高、輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的高效跨區(qū)域傳輸。存儲裝置如電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能等，用于調(diào)節(jié)能源供需的時間差，提高能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。消費終端則包括工業(yè)用戶、商業(yè)用戶和居民用戶等各類能源消耗單元。信息架構(gòu)是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能化控制和優(yōu)化管理的關(guān)鍵。它主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層組成。感知層通過大量的傳感器、智能電表、智能終端等設(shè)備，實時采集能源生產(chǎn)、傳輸、分配和消費各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，包括能源的流量、壓力、溫度、電量等信息。網(wǎng)絡(luò)層利用有線通信、無線通信、電力線載波通信等多種通信技術(shù)，將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_層。平臺層基于云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理，為能源互聯(lián)網(wǎng)的運行決策提供數(shù)據(jù)支持。通過大數(shù)據(jù)分析，可以預(yù)測能源需求的變化趨勢，優(yōu)化能源生產(chǎn)和調(diào)度計劃，提高能源利用效率。運營架構(gòu)涉及能源互聯(lián)網(wǎng)的市場運營和管理模式。它包括能源市場交易機制、運營管理平臺和監(jiān)管體系等。能源市場交易機制建立了能源生產(chǎn)者、消費者和運營商之間的交易規(guī)則，促進(jìn)能源的市場化交易。例如，分布式能源用戶可以通過能源交易平臺，將多余的電能出售給其他用戶，實現(xiàn)能源的價值最大化。運營管理平臺負(fù)責(zé)能源互聯(lián)網(wǎng)的日常運營管理，包括能源的調(diào)度、設(shè)備的維護(hù)、用戶服務(wù)等。監(jiān)管體系則對能源互聯(lián)網(wǎng)的市場行為、服務(wù)質(zhì)量、安全運行等進(jìn)行監(jiān)督管理，保障能源互聯(lián)網(wǎng)的健康有序發(fā)展。2.1.3能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險特點能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險具有一系列獨特的特點。風(fēng)險傳播速度快，由于能源互聯(lián)網(wǎng)中各網(wǎng)絡(luò)之間緊密耦合，信息傳遞迅速，一旦某個節(jié)點出現(xiàn)故障或遭受攻擊，風(fēng)險會在短時間內(nèi)迅速傳播到其他節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)空間。在電力系統(tǒng)中，某個關(guān)鍵變電站發(fā)生故障，可能導(dǎo)致與之相連的輸電線路過載，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)，影響到整個電力網(wǎng)絡(luò)的正常運行，甚至可能波及到依賴電力供應(yīng)的天然氣網(wǎng)絡(luò)和熱力網(wǎng)絡(luò)。影響范圍大，能源互聯(lián)網(wǎng)涉及能源生產(chǎn)、傳輸、分配和消費的各個環(huán)節(jié)，連接了眾多的用戶和設(shè)備，風(fēng)險的發(fā)生往往會對社會經(jīng)濟的各個領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響。大面積停電事故不僅會導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)停滯、商業(yè)活動中斷，還會影響居民的日常生活，如交通癱瘓、通信中斷、醫(yī)療設(shè)施無法正常運行等，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。耦合性強，能源互聯(lián)網(wǎng)中電力、天然氣、熱力等不同能源網(wǎng)絡(luò)之間以及能源網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。一個網(wǎng)絡(luò)空間的風(fēng)險可能通過耦合作用引發(fā)其他網(wǎng)絡(luò)空間的風(fēng)險，形成風(fēng)險的疊加和放大效應(yīng)。電力網(wǎng)絡(luò)的故障可能導(dǎo)致天然氣壓縮站無法正常運行，影響天然氣的輸送，進(jìn)而影響到以天然氣為燃料的熱力生產(chǎn)和供應(yīng)；信息網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞可能被攻擊者利用，篡改能源系統(tǒng)的控制指令，引發(fā)能源網(wǎng)絡(luò)的故障。不確定性高，能源互聯(lián)網(wǎng)的運行受到多種因素的影響，如能源市場價格波動、天氣變化、政策法規(guī)調(diào)整等，這些因素增加了風(fēng)險發(fā)生的不確定性?？稍偕茉窗l(fā)電受天氣影響較大，太陽能光伏發(fā)電在陰天或夜晚發(fā)電量會大幅下降，風(fēng)力發(fā)電的功率也會隨著風(fēng)速的變化而不穩(wěn)定，這使得能源供應(yīng)的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。同時，能源市場價格的波動會影響能源生產(chǎn)和消費的決策，進(jìn)而影響能源互聯(lián)網(wǎng)的運行風(fēng)險。2.2復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)2.2.1復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本概念復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是由大量節(jié)點和節(jié)點之間的邊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，廣泛存在于自然界和人類社會中，如互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、生物網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)等。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點代表網(wǎng)絡(luò)中的個體或元素，邊則表示節(jié)點之間的相互關(guān)系或連接。例如，在社交網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點可以是用戶，邊可以是用戶之間的好友關(guān)系；在電力網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點可以是發(fā)電廠、變電站和用戶，邊可以是輸電線路。度是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中一個重要的概念，用于描述節(jié)點的連接程度，即與該節(jié)點相連的邊的數(shù)量。對于有向網(wǎng)絡(luò)，度又分為入度和出度，入度表示指向該節(jié)點的邊的數(shù)量，出度表示從該節(jié)點出發(fā)的邊的數(shù)量。度分布則描述了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點度的概率分布情況，它反映了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點連接的異質(zhì)性。在一些復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，度分布呈現(xiàn)出冪律分布的特征，即少數(shù)節(jié)點具有很高的度，而大多數(shù)節(jié)點的度較低，這些具有高度的節(jié)點被稱為樞紐節(jié)點，它們在網(wǎng)絡(luò)中起著關(guān)鍵的作用，對網(wǎng)絡(luò)的連通性和穩(wěn)定性有著重要影響。集聚系數(shù)用于衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的集聚程度，即節(jié)點的鄰居節(jié)點之間相互連接的緊密程度。如果一個節(jié)點的鄰居節(jié)點之間相互連接的邊越多，那么該節(jié)點的集聚系數(shù)就越高，說明這個節(jié)點周圍的節(jié)點形成了一個緊密的團體。整體集聚系數(shù)則是對整個網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點集聚系數(shù)的平均值，它反映了網(wǎng)絡(luò)的整體集聚特性。高集聚系數(shù)的網(wǎng)絡(luò)通常具有更好的局部信息傳遞和協(xié)作能力。平均路徑長度是指網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間最短路徑長度的平均值，它反映了網(wǎng)絡(luò)中信息傳播的效率。在平均路徑長度較短的網(wǎng)絡(luò)中，信息可以快速地從一個節(jié)點傳播到其他節(jié)點，節(jié)點之間的相互作用更加緊密。例如，在小世界網(wǎng)絡(luò)中，雖然節(jié)點數(shù)量眾多，但平均路徑長度卻很短，這使得信息能夠在網(wǎng)絡(luò)中迅速傳播，同時節(jié)點又具有較高的集聚系數(shù)，保證了局部信息的有效傳遞。介數(shù)也是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的一個重要指標(biāo)，分為節(jié)點介數(shù)和邊介數(shù)。節(jié)點介數(shù)指網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中經(jīng)過該節(jié)點的數(shù)量比例，邊介數(shù)指網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中經(jīng)過該邊的數(shù)量比例。介數(shù)反映了相應(yīng)的節(jié)點或邊在整個網(wǎng)絡(luò)中的作用和影響力。具有較高介數(shù)的節(jié)點或邊在網(wǎng)絡(luò)的信息傳播和資源分配中扮演著關(guān)鍵角色，一旦這些關(guān)鍵節(jié)點或邊出現(xiàn)故障，可能會對網(wǎng)絡(luò)的正常運行產(chǎn)生較大影響。2.2.2復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型規(guī)則網(wǎng)絡(luò)是一類具有高度規(guī)律性的網(wǎng)絡(luò)模型，其節(jié)點的連接方式遵循特定的規(guī)則。常見的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)有最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點僅與其相鄰的若干節(jié)點相連。以一維最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)為例，節(jié)點呈線性排列，每個節(jié)點只與它左右兩側(cè)的固定數(shù)量節(jié)點連接。規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于分析和理解，但其缺點是缺乏靈活性和適應(yīng)性，信息傳播效率相對較低。在規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點連接的局限性，信息往往需要經(jīng)過較多的中間節(jié)點才能從一個節(jié)點傳遞到另一個較遠(yuǎn)的節(jié)點，這導(dǎo)致信息傳播速度較慢，且網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點故障的容錯能力較弱，一旦某個關(guān)鍵節(jié)點出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致局部網(wǎng)絡(luò)的連通性受損。隨機網(wǎng)絡(luò)是另一類經(jīng)典的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，由厄多斯（Erd?s）和雷尼（Rényi）于1959年提出，也稱為ER隨機網(wǎng)絡(luò)。在隨機網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點之間的連接是隨機生成的，給定節(jié)點數(shù)量N和連接概率p，任意兩個節(jié)點之間以概率p連接成邊。隨機網(wǎng)絡(luò)具有一些獨特的性質(zhì)，其度分布近似服從泊松分布，大部分節(jié)點的度集中在平均值附近，與規(guī)則網(wǎng)絡(luò)相比，隨機網(wǎng)絡(luò)的信息傳播效率有所提高，因為節(jié)點之間的隨機連接增加了信息傳播的路徑。然而，隨機網(wǎng)絡(luò)也存在一些局限性，它與許多實際復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特性存在差異，例如現(xiàn)實中的社交網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)等往往具有小世界和無標(biāo)度等特性，而隨機網(wǎng)絡(luò)難以體現(xiàn)這些特性。小世界網(wǎng)絡(luò)是一種介于規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和隨機網(wǎng)絡(luò)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，具有較短的平均路徑長度和較高的集聚系數(shù)。1998年，瓦茨（Watts）和斯托加茨（Strogatz）通過對規(guī)則網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行小概率的邊重連操作提出了WS小世界模型。在小世界網(wǎng)絡(luò)中，大部分節(jié)點通過少數(shù)幾個“捷徑”連接，使得信息可以在網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，同時節(jié)點之間又保持著較高的集聚性，形成了緊密的局部社區(qū)結(jié)構(gòu)。這種特性使得小世界網(wǎng)絡(luò)在信息傳播、資源分配等方面具有較高的效率，許多實際系統(tǒng)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等都具有小世界特性。以城市交通網(wǎng)絡(luò)為例，城市中的道路連接既存在著局部區(qū)域內(nèi)的密集連接，形成了一個個社區(qū)結(jié)構(gòu)，又有一些主干道等“捷徑”連接不同區(qū)域，使得從城市的一端到另一端可以通過較短的路徑到達(dá)，體現(xiàn)了小世界網(wǎng)絡(luò)的特征。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)是指度分布服從冪律分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其特點是少數(shù)節(jié)點（樞紐節(jié)點）具有極高的度，而大多數(shù)節(jié)點的度較低。1999年，巴拉巴西（Barabási）和阿爾伯特（Albert）提出了BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型，該模型通過兩個基本機制——增長和優(yōu)先連接來生成無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)增長過程中，新節(jié)點不斷加入網(wǎng)絡(luò)，并優(yōu)先與度較大的節(jié)點連接，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)度分布極不均勻的情況。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在許多實際復(fù)雜系統(tǒng)中廣泛存在，如互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)等。在互聯(lián)網(wǎng)中，一些核心服務(wù)器和節(jié)點擁有大量的連接，而大多數(shù)普通節(jié)點的連接數(shù)較少，這些樞紐節(jié)點對互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性和功能起著關(guān)鍵作用，一旦樞紐節(jié)點出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致大面積的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。2.2.3復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用在能源系統(tǒng)拓?fù)浞治龇矫妫瑥?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為深入理解能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性提供了有力工具。通過將能源系統(tǒng)中的發(fā)電廠、變電站、輸電線路、用戶等視為節(jié)點，將能源傳輸線路視為邊，構(gòu)建能源系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，可以利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的度分布、集聚系數(shù)、平均路徑長度等指標(biāo)來分析能源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過計算節(jié)點的度分布，可以確定能源系統(tǒng)中哪些節(jié)點（如關(guān)鍵變電站、大型發(fā)電廠）在能源傳輸中起著核心作用，這些節(jié)點具有較高的度，連接著眾多其他節(jié)點，是能源傳輸?shù)年P(guān)鍵樞紐。分析集聚系數(shù)可以了解能源系統(tǒng)中局部區(qū)域的緊密程度，有助于發(fā)現(xiàn)能源系統(tǒng)中的子區(qū)域或社區(qū)結(jié)構(gòu)，這些子區(qū)域內(nèi)的節(jié)點之間連接緊密，能源傳輸和分配相對獨立，對于優(yōu)化能源系統(tǒng)的布局和運行具有重要意義。平均路徑長度則反映了能源在系統(tǒng)中傳輸?shù)钠骄嚯x和效率，較短的平均路徑長度意味著能源可以更快速、高效地從生產(chǎn)端傳輸?shù)较M端。在能源系統(tǒng)脆弱性評估中，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論能夠有效識別系統(tǒng)中的脆弱環(huán)節(jié)。通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的介數(shù)中心性、接近中心性等指標(biāo)，可以確定能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點和關(guān)鍵邊。介數(shù)中心性較高的節(jié)點或邊，在能源系統(tǒng)的最短路徑中頻繁出現(xiàn)，一旦這些關(guān)鍵節(jié)點或邊發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響能源的傳輸和分配，導(dǎo)致系統(tǒng)的連通性受損，甚至引發(fā)大面積停電事故。在電力系統(tǒng)中，某些樞紐變電站的介數(shù)中心性較高，它們連接著多個重要的輸電線路，是電力傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點，一旦這些變電站出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致多個地區(qū)的電力供應(yīng)中斷。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行脆弱性評估，還可以分析不同故障場景下能源系統(tǒng)的響應(yīng)和演化情況，為制定針對性的防護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在能源系統(tǒng)可靠性分析中也發(fā)揮著重要作用。通過建立能源系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，考慮節(jié)點和邊的故障概率，可以運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)，如連通可靠性、終端可靠性等，對能源系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行定量評估。連通可靠性是指在給定的故障條件下，能源系統(tǒng)中任意兩個節(jié)點之間保持連通的概率；終端可靠性則是指能源系統(tǒng)中指定的源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間保持連通的概率。通過計算這些可靠性指標(biāo)，可以評估能源系統(tǒng)在不同運行狀態(tài)下的可靠性水平，分析影響可靠性的因素，如節(jié)點和邊的故障率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的可靠性分析，還可以提出優(yōu)化能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式的建議，提高能源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。例如，通過增加關(guān)鍵節(jié)點的冗余連接、優(yōu)化輸電線路布局等措施，可以降低能源系統(tǒng)在面臨故障時的失效風(fēng)險，提高系統(tǒng)的可靠性。2.3風(fēng)險傳遞理論風(fēng)險傳遞是指風(fēng)險在系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間通過各種關(guān)聯(lián)關(guān)系和作用機制進(jìn)行傳播和擴散的過程。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，風(fēng)險傳遞涉及不同能源網(wǎng)絡(luò)之間以及能源網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用。其基本原理基于系統(tǒng)的耦合性和關(guān)聯(lián)性，當(dāng)某個節(jié)點或子系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)險事件時，由于節(jié)點之間的連接和系統(tǒng)之間的耦合，風(fēng)險會沿著這些連接和耦合關(guān)系向其他節(jié)點和子系統(tǒng)傳遞。在電力系統(tǒng)中，某個變電站因設(shè)備故障導(dǎo)致停電，這一風(fēng)險會通過輸電線路傳遞到與之相連的其他變電站和用戶，影響電力的正常供應(yīng)。同時，由于電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)存在耦合關(guān)系，電力供應(yīng)中斷可能導(dǎo)致天然氣壓縮站無法正常運行，進(jìn)而影響天然氣的輸送，使得風(fēng)險從電力網(wǎng)絡(luò)傳遞到天然氣網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)險傳遞的方式主要有物理傳遞、信息傳遞和經(jīng)濟傳遞等。物理傳遞是基于能源的物理傳輸過程，如電力通過輸電線路傳輸、天然氣通過管道輸送等，當(dāng)傳輸過程中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，風(fēng)險會隨著能源的傳輸而擴散。信息傳遞則是通過信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，在能源互聯(lián)網(wǎng)中，信息的實時傳輸和共享對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。如果信息網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或遭受攻擊，導(dǎo)致錯誤的信息傳遞，可能會使能源系統(tǒng)的控制決策出現(xiàn)偏差，從而引發(fā)風(fēng)險在能源網(wǎng)絡(luò)中的傳遞。在智能電網(wǎng)中，智能電表采集的用電數(shù)據(jù)通過信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娏φ{(diào)度中心，如果信息傳輸過程中數(shù)據(jù)被篡改，調(diào)度中心根據(jù)錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)行電力調(diào)度，可能會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行。經(jīng)濟傳遞主要體現(xiàn)在能源市場交易中，能源價格的波動、市場供需關(guān)系的變化等經(jīng)濟因素會影響能源生產(chǎn)者、消費者和運營商的決策，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)險的傳遞。當(dāng)能源價格大幅上漲時，能源消費者可能會減少能源使用量，這可能導(dǎo)致能源生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能過剩，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，甚至可能引發(fā)企業(yè)的財務(wù)風(fēng)險，這種風(fēng)險又會通過產(chǎn)業(yè)鏈傳遞到相關(guān)企業(yè)和部門。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，風(fēng)險傳遞路徑復(fù)雜多樣。以電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)的耦合為例，當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障導(dǎo)致部分地區(qū)停電時，依賴電力驅(qū)動的天然氣壓縮機無法正常工作，天然氣的輸送壓力下降，影響天然氣的供應(yīng)范圍和供應(yīng)量。這一風(fēng)險從電力網(wǎng)絡(luò)傳遞到天然氣網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而影響到以天然氣為燃料的發(fā)電廠、工業(yè)用戶和居民用戶等。天然氣供應(yīng)不足可能導(dǎo)致天然氣發(fā)電廠發(fā)電量下降，進(jìn)一步加劇電力供應(yīng)緊張的局面，形成風(fēng)險在電力網(wǎng)絡(luò)和天然氣網(wǎng)絡(luò)之間的循環(huán)傳遞。信息網(wǎng)絡(luò)與能源網(wǎng)絡(luò)之間也存在風(fēng)險傳遞路徑。能源互聯(lián)網(wǎng)中的信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集、傳輸和處理能源系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，為能源系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)度提供決策支持。如果信息網(wǎng)絡(luò)遭受黑客攻擊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、篡改或系統(tǒng)癱瘓，能源系統(tǒng)的控制中心無法獲取準(zhǔn)確的運行信息，可能會做出錯誤的調(diào)度決策，引發(fā)能源網(wǎng)絡(luò)的故障，使風(fēng)險從信息網(wǎng)絡(luò)傳遞到能源網(wǎng)絡(luò)。影響能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險傳遞的因素眾多。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是重要因素之一，不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了節(jié)點之間的連接方式和信息、能量的傳輸路徑。在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中，樞紐節(jié)點具有大量的連接，一旦樞紐節(jié)點出現(xiàn)故障，風(fēng)險會迅速傳播到與之相連的眾多節(jié)點，對整個網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重影響。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，如果某個關(guān)鍵的變電站或天然氣樞紐是網(wǎng)絡(luò)中的樞紐節(jié)點，其故障可能導(dǎo)致大面積的能源供應(yīng)中斷。節(jié)點的重要性也會影響風(fēng)險傳遞，重要節(jié)點在能源傳輸和系統(tǒng)運行中起著關(guān)鍵作用，其發(fā)生故障或遭受攻擊所引發(fā)的風(fēng)險傳遞范圍更廣、影響更大。能源網(wǎng)絡(luò)之間的耦合強度同樣不容忽視，耦合強度越大，風(fēng)險在不同能源網(wǎng)絡(luò)之間傳遞的可能性和速度就越高。當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)的耦合緊密時，一方出現(xiàn)風(fēng)險事件，很容易通過耦合關(guān)系傳遞到另一方。此外，系統(tǒng)的運行狀態(tài)、外部環(huán)境因素（如自然災(zāi)害、政策法規(guī)變化等）也會對風(fēng)險傳遞產(chǎn)生影響。在能源系統(tǒng)處于高負(fù)荷運行狀態(tài)時，系統(tǒng)的容錯能力下降，風(fēng)險傳遞更容易引發(fā)連鎖反應(yīng)；自然災(zāi)害可能直接破壞能源設(shè)施，引發(fā)風(fēng)險的產(chǎn)生和傳遞；政策法規(guī)的調(diào)整可能改變能源市場的規(guī)則和運行模式，從而影響風(fēng)險的傳遞路徑和程度。三、能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險模型構(gòu)建3.1能源互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蜆?gòu)建3.1.1物理空間拓?fù)淠Ｐ湍茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的物理空間是能源生產(chǎn)、傳輸、分配和消費的物質(zhì)基礎(chǔ)，構(gòu)建準(zhǔn)確的物理空間拓?fù)淠Ｐ蛯τ诶斫饽茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的運行機制和分析風(fēng)險傳播具有重要意義。在物理空間拓?fù)淠Ｐ椭?，發(fā)電環(huán)節(jié)涵蓋了多種能源發(fā)電形式。傳統(tǒng)的火力發(fā)電，以煤炭、天然氣等化石燃料為能源，通過燃燒產(chǎn)生熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。如大型燃煤發(fā)電廠，擁有多臺大容量的發(fā)電機組，通過復(fù)雜的熱力系統(tǒng)和發(fā)電設(shè)備，將煤炭的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能輸出。水力發(fā)電則利用水流的能量，通過水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。以三峽水電站為例，其擁有眾多巨型水輪發(fā)電機組，利用長江豐富的水能資源，產(chǎn)生大量清潔電能。風(fēng)力發(fā)電依靠風(fēng)力驅(qū)動風(fēng)電機組的葉片旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，在我國的西北、東北等地，分布著大規(guī)模的風(fēng)電場，一排排風(fēng)電機組在風(fēng)中矗立，源源不斷地為電網(wǎng)輸送綠色電力。太陽能發(fā)電通過光伏發(fā)電板將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，在一些城市的屋頂、工業(yè)園區(qū)，分布式光伏發(fā)電項目正逐漸興起，為當(dāng)?shù)靥峁┝瞬糠蛛娏χС?。這些不同類型的發(fā)電節(jié)點，根據(jù)其發(fā)電容量、地理位置、能源類型等因素，在拓?fù)淠Ｐ椭芯哂胁煌膶傩院瓦B接關(guān)系。輸電環(huán)節(jié)是實現(xiàn)電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵，通過輸電線路將發(fā)電廠發(fā)出的電能輸送到各個地區(qū)。輸電線路的電壓等級、輸電容量、線路長度等參數(shù)在拓?fù)淠Ｐ椭兄陵P(guān)重要。我國的特高壓輸電線路，電壓等級高、輸電容量大，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的跨區(qū)域、大容量傳輸。500千伏及以上的超高壓輸電線路，構(gòu)成了電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架，連接著各個大型發(fā)電廠和負(fù)荷中心。這些輸電線路在拓?fù)淠Ｐ椭幸赃叺男问酱嬖?，連接著不同的發(fā)電節(jié)點和配電節(jié)點，其傳輸能力和可靠性直接影響著能源互聯(lián)網(wǎng)的運行穩(wěn)定性。配電環(huán)節(jié)則將輸電線路輸送來的電能分配到各個用戶端。配電網(wǎng)由變電站、配電線路和用戶終端組成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，包括放射式、環(huán)式、鏈?zhǔn)降取Ｔ诔鞘兄?，為了提高供電可靠性，配電網(wǎng)通常采用環(huán)式結(jié)構(gòu)，通過多條配電線路相互連接，形成供電環(huán)，當(dāng)一條線路出現(xiàn)故障時，其他線路可以及時切換，保障用戶的用電需求。在農(nóng)村地區(qū)，由于負(fù)荷相對分散，配電網(wǎng)多采用放射式結(jié)構(gòu)，從變電站引出多條配電線路，直接向各個村莊和用戶供電。配電線路的導(dǎo)線截面積、供電半徑、負(fù)荷分布等因素，決定了其在拓?fù)淠Ｐ椭械倪B接方式和傳輸能力。用戶終端作為能源消費的末端，包括工業(yè)用戶、商業(yè)用戶和居民用戶等，不同類型的用戶具有不同的用電特性和負(fù)荷需求，在拓?fù)淠Ｐ椭幸簿哂胁煌倪B接和影響。大型工業(yè)用戶，如鋼鐵廠、化工廠等，用電量大且負(fù)荷相對穩(wěn)定，對供電可靠性要求較高，通常與配電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點直接相連；商業(yè)用戶的用電需求則隨營業(yè)時間和季節(jié)變化較大，其用電特性在拓?fù)淠Ｐ椭行枰M(jìn)行動態(tài)考慮；居民用戶數(shù)量眾多、負(fù)荷分散，通過低壓配電線路接入配電網(wǎng)。在物理空間拓?fù)淠Ｐ椭校靼l(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)的節(jié)點和邊存在著緊密的連接關(guān)系。發(fā)電節(jié)點通過輸電線路與配電節(jié)點相連，實現(xiàn)電能的傳輸和分配。輸電線路的容量和可靠性決定了發(fā)電節(jié)點的電力輸出范圍和穩(wěn)定性。當(dāng)某條輸電線路出現(xiàn)故障時，可能會導(dǎo)致與之相連的發(fā)電節(jié)點的電力無法正常輸送，進(jìn)而影響到下游的配電節(jié)點和用戶。配電節(jié)點則負(fù)責(zé)將輸電線路傳來的電能分配給各個用戶終端，其配電能力和負(fù)荷分配情況直接影響著用戶的用電體驗。如果配電線路過載或出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致部分用戶停電或電壓不穩(wěn)定。各節(jié)點之間的連接關(guān)系還受到地理因素、能源資源分布、負(fù)荷需求分布等多種因素的影響。在能源資源豐富的地區(qū)，發(fā)電節(jié)點相對集中，輸電線路需要將這些節(jié)點發(fā)出的電能輸送到負(fù)荷中心；而在負(fù)荷集中的城市地區(qū)，配電節(jié)點和用戶終端數(shù)量眾多，需要合理規(guī)劃配電線路，確保電能能夠高效、可靠地分配到各個用戶。3.1.2信息空間拓?fù)淠Ｐ托畔⒖臻g在能源互聯(lián)網(wǎng)中起著核心的控制和協(xié)調(diào)作用，建立科學(xué)合理的信息空間拓?fù)淠Ｐ蛯τ诒Ｕ夏茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的智能化運行和信息安全至關(guān)重要。信息空間拓?fù)淠Ｐ椭械耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，涵蓋了多種通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。有線通信網(wǎng)絡(luò)如光纖通信，以其高帶寬、低損耗、抗干擾能力強的特點，成為能源互聯(lián)網(wǎng)骨干通信網(wǎng)絡(luò)的主要選擇。在智能電網(wǎng)中，大量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制指令等需要通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的傳輸。在變電站之間、發(fā)電廠與調(diào)度中心之間，光纖通信線路構(gòu)建起了穩(wěn)定可靠的通信鏈路，確保了信息的高速傳輸。無線通信技術(shù)如4G、5G等，在能源互聯(lián)網(wǎng)中也發(fā)揮著重要作用。它們具有部署靈活、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，適用于分布式能源接入、移動設(shè)備通信等場景。分布式能源發(fā)電設(shè)備，如分散在各地的風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏板等，通過無線通信技術(shù)將發(fā)電數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。在智能電表數(shù)據(jù)采集方面，5G技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)采集更加及時、準(zhǔn)確，為電力公司實現(xiàn)精準(zhǔn)的電力調(diào)度和需求響應(yīng)提供了有力支持。數(shù)據(jù)處理中心是信息空間的關(guān)鍵節(jié)點，負(fù)責(zé)對海量的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理。這些數(shù)據(jù)包括能源生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能源消費數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。大型數(shù)據(jù)中心配備了高性能的服務(wù)器、存儲設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析平臺，能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理。通過對能源生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，可以實時掌握發(fā)電設(shè)備的運行效率和發(fā)電能力，優(yōu)化發(fā)電計劃；對能源消費數(shù)據(jù)的分析，可以了解用戶的用電行為和負(fù)荷需求變化規(guī)律，為電力調(diào)度和需求響應(yīng)提供依據(jù)。數(shù)據(jù)處理中心之間通過高速網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同處理。在跨區(qū)域的能源互聯(lián)網(wǎng)中，不同地區(qū)的數(shù)據(jù)處理中心需要相互協(xié)作，共同完成對能源系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。例如，在進(jìn)行跨區(qū)域電力調(diào)度時，需要各個地區(qū)的數(shù)據(jù)處理中心提供本地的電力供需信息，通過數(shù)據(jù)共享和協(xié)同分析，制定出合理的調(diào)度方案。在信息空間拓?fù)淠Ｐ椭校鞴?jié)點之間的連接緊密且復(fù)雜。通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)處理中心與各個能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路、用戶終端等連接起來，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸。數(shù)據(jù)處理中心與能源生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，使得設(shè)備的運行狀態(tài)能夠?qū)崟r反饋到數(shù)據(jù)處理中心，同時數(shù)據(jù)處理中心可以根據(jù)分析結(jié)果向設(shè)備發(fā)送控制指令，實現(xiàn)對能源生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制。在智能電網(wǎng)中，發(fā)電廠的發(fā)電設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)將發(fā)電數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷需求和發(fā)電設(shè)備的運行狀態(tài)，向發(fā)電廠發(fā)送發(fā)電功率調(diào)整指令，實現(xiàn)電力的供需平衡。數(shù)據(jù)處理中心與用戶終端之間的連接，使得電力公司能夠?qū)崟r了解用戶的用電情況，為用戶提供個性化的能源服務(wù)。通過智能電表與數(shù)據(jù)處理中心的通信連接，電力公司可以實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，分析用戶的用電習(xí)慣，為用戶提供節(jié)能建議和電價套餐選擇。通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點之間的連接也至關(guān)重要，不同通信技術(shù)之間的融合和協(xié)同工作，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院透咝浴９饫w通信網(wǎng)絡(luò)與無線通信網(wǎng)絡(luò)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)有線通信和無線通信的優(yōu)勢互補，在不同的場景下為能源互聯(lián)網(wǎng)提供穩(wěn)定的通信支持。3.1.3跨空間耦合拓?fù)淠Ｐ臀锢砜臻g與信息空間是能源互聯(lián)網(wǎng)中兩個相互關(guān)聯(lián)、相互影響的重要組成部分，它們之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。這種耦合關(guān)系體現(xiàn)在多個方面，首先是物理設(shè)備與信息系統(tǒng)的緊密關(guān)聯(lián)。能源互聯(lián)網(wǎng)中的各種能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路和用戶終端都配備了相應(yīng)的傳感器和智能控制裝置，這些裝置與信息系統(tǒng)相連，實現(xiàn)了物理設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。在發(fā)電廠中，發(fā)電機組的運行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、溫度、功率等，通過傳感器采集后，經(jīng)信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心的工作人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對發(fā)電機組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)整。在輸電線路上，安裝的智能監(jiān)測設(shè)備可以實時監(jiān)測線路的電流、電壓、溫度等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即通過信息系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號，并采取相應(yīng)的控制措施。用戶終端的智能電表不僅能夠準(zhǔn)確計量用戶的用電量，還可以將用電數(shù)據(jù)實時上傳到電力公司的信息系統(tǒng)，同時接收電力公司發(fā)送的電價信息和控制指令，實現(xiàn)用戶與電力系統(tǒng)的互動。信息交互對能源傳輸和分配起著關(guān)鍵的控制作用。能源互聯(lián)網(wǎng)中的信息系統(tǒng)通過對能源生產(chǎn)、傳輸和消費數(shù)據(jù)的實時采集、分析和處理，為能源的優(yōu)化調(diào)度和分配提供決策依據(jù)。在電力系統(tǒng)中，調(diào)度中心根據(jù)實時的電力供需信息、發(fā)電設(shè)備狀態(tài)和輸電線路運行情況，通過信息系統(tǒng)下達(dá)發(fā)電計劃和輸電調(diào)度指令，確保電力的安全、穩(wěn)定供應(yīng)。當(dāng)電力負(fù)荷高峰時段，信息系統(tǒng)監(jiān)測到某些地區(qū)的電力需求急劇增加，調(diào)度中心可以根據(jù)這些信息，調(diào)整發(fā)電廠的發(fā)電功率，增加向該地區(qū)的輸電容量，保障電力供應(yīng)。在能源分配方面，信息系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電需求和用電行為分析，實現(xiàn)能源的精準(zhǔn)分配。通過對商業(yè)用戶和居民用戶用電規(guī)律的分析，合理安排電力分配，提高能源利用效率。構(gòu)建跨空間耦合的拓?fù)淠Ｐ褪菧?zhǔn)確描述物理空間與信息空間耦合關(guān)系的關(guān)鍵。在該模型中，物理空間的節(jié)點（如發(fā)電設(shè)備、輸電線路、用戶終端等）與信息空間的節(jié)點（如數(shù)據(jù)處理中心、通信設(shè)備等）通過耦合邊相互連接。這些耦合邊表示物理設(shè)備與信息系統(tǒng)之間的信息交互和控制關(guān)系。發(fā)電設(shè)備節(jié)點與數(shù)據(jù)處理中心節(jié)點之間的耦合邊，代表著發(fā)電設(shè)備向數(shù)據(jù)處理中心傳輸運行數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)處理中心向發(fā)電設(shè)備發(fā)送控制指令的通道。耦合邊的權(quán)重可以根據(jù)物理設(shè)備與信息系統(tǒng)之間信息交互的頻率、重要性等因素來確定。對于實時性要求高、對能源系統(tǒng)運行影響大的信息交互，相應(yīng)的耦合邊權(quán)重可以設(shè)置得較高。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的緊急故障信息傳輸，其耦合邊權(quán)重應(yīng)設(shè)置較高，以確保信息能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，及時采取應(yīng)對措施?？缈臻g耦合拓?fù)淠Ｐ湍軌蛑庇^地展示物理空間與信息空間的相互作用和影響。通過對該模型的分析，可以深入研究風(fēng)險在兩個空間之間的傳播機制。當(dāng)信息空間出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊或數(shù)據(jù)故障時，可能會導(dǎo)致錯誤的控制指令發(fā)送到物理空間的設(shè)備，從而引發(fā)物理設(shè)備的故障，影響能源的正常生產(chǎn)和傳輸。反之，物理空間設(shè)備的故障也可能會通過信息系統(tǒng)反饋到監(jiān)控中心，導(dǎo)致信息系統(tǒng)的誤判或控制失效。在跨空間耦合拓?fù)淠Ｐ椭?，可以模擬不同的風(fēng)險場景，分析風(fēng)險在物理空間和信息空間之間的傳播路徑和影響范圍，為制定有效的風(fēng)險防控策略提供依據(jù)。通過模擬信息系統(tǒng)遭受黑客攻擊的場景，分析黑客篡改控制指令后，如何通過耦合邊影響物理空間的發(fā)電設(shè)備和輸電線路，進(jìn)而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的故障和停電范圍擴大，從而針對性地加強信息安全防護(hù)和物理設(shè)備的冗余設(shè)計，提高能源互聯(lián)網(wǎng)的抗風(fēng)險能力。三、能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險模型構(gòu)建3.2基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險指標(biāo)體系3.2.1節(jié)點重要度指標(biāo)在能源互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點重要度指標(biāo)對于識別系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點、保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。度中心性是衡量節(jié)點重要度的基本指標(biāo)之一，它表示與節(jié)點直接相連的邊的數(shù)量。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，發(fā)電站、大型變電站等節(jié)點通常具有較高的度中心性，因為它們連接著眾多的輸電線路和其他節(jié)點，承擔(dān)著大量的能源傳輸任務(wù)。一個大型火力發(fā)電站通過多條輸電線路與不同區(qū)域的變電站相連，其度中心性較高，一旦該發(fā)電站出現(xiàn)故障，將會對與之相連的多個變電站的電力供應(yīng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到下游的眾多用戶。度中心性的計算簡單直觀，能夠快速反映節(jié)點在局部網(wǎng)絡(luò)中的連接程度，但它沒有考慮節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用，對于一些處于網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵位置但直接連接邊數(shù)量不多的節(jié)點，度中心性可能無法準(zhǔn)確體現(xiàn)其重要性。介數(shù)中心性則從節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)最短路徑中的作用角度來衡量節(jié)點重要度。介數(shù)中心性高的節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間的最短路徑上頻繁出現(xiàn)，控制著信息和資源在網(wǎng)絡(luò)中的流動。在能源互聯(lián)網(wǎng)的輸電網(wǎng)絡(luò)中，某些樞紐變電站的介數(shù)中心性較高，它們處于多條輸電線路的交匯點，是電力傳輸?shù)年P(guān)鍵樞紐。當(dāng)電力從發(fā)電廠傳輸?shù)截?fù)荷中心時，很多最短路徑都會經(jīng)過這些樞紐變電站，如果這些變電站出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致電力傳輸受阻，影響多個地區(qū)的電力供應(yīng)。介數(shù)中心性能夠較好地反映節(jié)點在全局網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵作用，但計算復(fù)雜度較高，對于大規(guī)模的能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，計算介數(shù)中心性需要耗費大量的時間和計算資源。接近中心性用于衡量節(jié)點與其他所有節(jié)點之間的接近程度，它反映了節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中傳播信息或資源的效率。接近中心性高的節(jié)點，能夠快速地將信息或資源傳遞到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，對網(wǎng)絡(luò)的整體運行效率有著重要影響。在能源互聯(lián)網(wǎng)的信息網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)處理中心等關(guān)鍵節(jié)點通常具有較高的接近中心性。這些數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)收集、分析和處理大量的能源數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果及時傳輸?shù)礁鱾€能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路和用戶終端，以實現(xiàn)對能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化控制。如果數(shù)據(jù)處理中心的接近中心性較低，數(shù)據(jù)傳輸延遲較大，將會影響能源系統(tǒng)的實時監(jiān)控和調(diào)度，降低能源互聯(lián)網(wǎng)的運行效率。接近中心性的計算考慮了節(jié)點與其他所有節(jié)點的距離，但它假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的信息或資源傳輸是基于最短路徑的，在實際的能源互聯(lián)網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和不確定性，信息和資源的傳輸可能并不總是沿著最短路徑進(jìn)行。特征向量中心性認(rèn)為一個節(jié)點的重要性不僅取決于與之直接相連的節(jié)點數(shù)量，還取決于這些相連節(jié)點的重要性。與重要節(jié)點連接越多的節(jié)點，其特征向量中心性越高。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，一些與多個重要發(fā)電站和大型變電站相連的輸電線路節(jié)點，雖然其自身的度中心性可能不是最高的，但由于與之相連的節(jié)點都非常重要，其特征向量中心性會相對較高。這些節(jié)點在能源傳輸中起著橋梁和紐帶的作用，對于保障能源互聯(lián)網(wǎng)的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要。特征向量中心性綜合考慮了節(jié)點的局部連接和全局影響，但它的計算依賴于網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣，對于動態(tài)變化的能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，計算特征向量中心性需要不斷更新鄰接矩陣，增加了計算的復(fù)雜性。3.2.2風(fēng)險傳播指標(biāo)風(fēng)險傳播速度是衡量能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險傳播特征的重要指標(biāo)之一，它反映了風(fēng)險在網(wǎng)絡(luò)中擴散的快慢程度。風(fēng)險傳播速度受到多種因素的影響，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵作用。在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中，由于存在少數(shù)度值極高的樞紐節(jié)點，風(fēng)險一旦在這些樞紐節(jié)點處爆發(fā)，就會通過其大量的連接邊迅速傳播到網(wǎng)絡(luò)的各個角落。在能源互聯(lián)網(wǎng)的輸電網(wǎng)絡(luò)中，如果某個樞紐變電站（樞紐節(jié)點）遭受攻擊或出現(xiàn)故障，風(fēng)險會通過與之相連的眾多輸電線路快速傳播到其他變電站和用戶，導(dǎo)致大面積的電力供應(yīng)中斷。信息傳遞效率也會影響風(fēng)險傳播速度。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，信息的及時準(zhǔn)確傳遞對于風(fēng)險的防控至關(guān)重要。如果信息網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)傳輸延遲或錯誤，將會導(dǎo)致對風(fēng)險事件的響應(yīng)不及時，使得風(fēng)險能夠在物理網(wǎng)絡(luò)中更快地傳播。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，由于信息傳遞不暢，調(diào)度中心無法及時獲取故障信息并采取相應(yīng)的控制措施，故障可能會在電力網(wǎng)絡(luò)中迅速蔓延。風(fēng)險傳播速度的計算公式可以基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的傳播模型，如SIR模型、SEIR模型等進(jìn)行推導(dǎo)。在SIR模型中，風(fēng)險傳播速度與感染率、節(jié)點的連接度等因素相關(guān)，通過對這些因素的分析和計算，可以定量地評估風(fēng)險傳播速度。風(fēng)險傳播范圍是指風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中擴散所涉及的節(jié)點和邊的集合。風(fēng)險傳播范圍的大小直接關(guān)系到風(fēng)險對能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的影響程度。網(wǎng)絡(luò)的連通性是影響風(fēng)險傳播范圍的重要因素。在連通性良好的網(wǎng)絡(luò)中，風(fēng)險更容易傳播到更多的節(jié)點和邊。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，如果各個能源子網(wǎng)之間的連接緊密，風(fēng)險一旦在某個子網(wǎng)中出現(xiàn)，就可能通過子網(wǎng)之間的連接傳播到其他子網(wǎng)。電力網(wǎng)絡(luò)與天然氣網(wǎng)絡(luò)之間存在耦合關(guān)系，當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障導(dǎo)致部分地區(qū)停電時，依賴電力驅(qū)動的天然氣壓縮機無法正常工作，天然氣的輸送受到影響，風(fēng)險就從電力網(wǎng)絡(luò)傳播到了天然氣網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點的重要性也會對風(fēng)險傳播范圍產(chǎn)生影響。重要節(jié)點的故障或遭受攻擊往往會引發(fā)更大范圍的風(fēng)險傳播。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，大型發(fā)電站、核心數(shù)據(jù)處理中心等重要節(jié)點出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致整個能源生產(chǎn)、傳輸和分配系統(tǒng)的癱瘓，風(fēng)險傳播范圍將覆蓋整個能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。為了評估風(fēng)險傳播范圍，可以通過構(gòu)建風(fēng)險傳播模型，模擬風(fēng)險在網(wǎng)絡(luò)中的傳播過程，統(tǒng)計受到風(fēng)險影響的節(jié)點和邊的數(shù)量，從而確定風(fēng)險傳播范圍。風(fēng)險傳播強度用于衡量風(fēng)險在傳播過程中對各個節(jié)點和邊產(chǎn)生的影響程度。它不僅考慮了風(fēng)險傳播的范圍，還考慮了風(fēng)險對不同節(jié)點和邊的影響差異。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，不同類型的節(jié)點和邊對風(fēng)險的承受能力和敏感度不同，因此風(fēng)險傳播強度也會有所不同。對于一些關(guān)鍵的輸電線路，其傳輸容量有限，一旦受到風(fēng)險影響，如過載或短路，可能會導(dǎo)致線路損壞，影響電力的正常傳輸，對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，風(fēng)險傳播強度較高。而對于一些次要的配電線路，雖然也會受到風(fēng)險影響，但由于其負(fù)載相對較小，對整個系統(tǒng)的影響程度相對較低，風(fēng)險傳播強度較弱。風(fēng)險傳播強度可以通過節(jié)點和邊的狀態(tài)變化、能量損失等指標(biāo)來衡量。在電力網(wǎng)絡(luò)中，可以通過計算節(jié)點的電壓偏差、功率損耗以及邊的電流過載程度等指標(biāo)來評估風(fēng)險傳播強度。當(dāng)某個節(jié)點的電壓偏差超過一定范圍，說明風(fēng)險對該節(jié)點的影響較大，風(fēng)險傳播強度較高；當(dāng)輸電線路的電流過載程度嚴(yán)重，表明風(fēng)險對該線路的影響較大，風(fēng)險傳播強度也相應(yīng)較高。通過對風(fēng)險傳播強度的分析，可以更準(zhǔn)確地了解風(fēng)險對能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的破壞程度，為制定針對性的風(fēng)險防控措施提供依據(jù)。3.2.3網(wǎng)絡(luò)脆弱性指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)效率是衡量能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)脆弱性的重要指標(biāo)之一，它反映了網(wǎng)絡(luò)中信息或資源傳輸?shù)挠行?。網(wǎng)絡(luò)效率的計算通?；诠?jié)點之間的最短路徑。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，高效的網(wǎng)絡(luò)能夠使能源在生產(chǎn)端、傳輸端和消費端之間快速、穩(wěn)定地流動。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)效率較高時，能源從發(fā)電廠傳輸?shù)接脩舻倪^程中，能夠以最短的路徑和最小的損耗進(jìn)行，確保能源的可靠供應(yīng)。如果網(wǎng)絡(luò)中存在一些低效的連接或瓶頸節(jié)點，會導(dǎo)致能源傳輸受阻，增加能源損耗，降低網(wǎng)絡(luò)效率。在輸電網(wǎng)絡(luò)中，某條輸電線路由于老化或容量不足，成為能源傳輸?shù)钠款i，使得電力在該線路上傳輸時損耗增加，傳輸速度減慢，從而降低了整個網(wǎng)絡(luò)的效率。網(wǎng)絡(luò)效率的計算公式為：網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點對之間最短路徑長度的倒數(shù)之和除以節(jié)點對的總數(shù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在較多的冗余路徑和高效連接時，網(wǎng)絡(luò)效率較高，系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒性較強；反之，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在較多的單一路徑和低效連接時，網(wǎng)絡(luò)效率較低，系統(tǒng)容易受到節(jié)點或邊故障的影響，表現(xiàn)出較高的脆弱性。連通性是評估能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)脆弱性的關(guān)鍵指標(biāo)，它表示網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間是否存在路徑相連。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，保持良好的連通性是確保能源正常傳輸和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。一個連通性強的能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，在面對部分節(jié)點或邊的故障時，能夠通過其他路徑維持能源的傳輸，保障系統(tǒng)的正常運行。在配電網(wǎng)中，采用環(huán)式結(jié)構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)的連通性，當(dāng)某條配電線路出現(xiàn)故障時，電力可以通過環(huán)網(wǎng)中的其他線路繼續(xù)傳輸，避免用戶停電。相反，若網(wǎng)絡(luò)的連通性較差，一旦某個關(guān)鍵節(jié)點或邊發(fā)生故障，可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分裂成多個孤立的部分，使能源無法正常傳輸，引發(fā)大面積的能源供應(yīng)中斷。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源網(wǎng)絡(luò)中，由于基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，網(wǎng)絡(luò)連通性較差，一旦某個變電站出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致該地區(qū)的能源供應(yīng)完全中斷。連通性可以通過連通分量的數(shù)量、最大連通分量的大小等指標(biāo)來衡量。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只有一個連通分量，即所有節(jié)點都相互連通時，連通性最強；隨著連通分量數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)的連通性逐漸降低，脆弱性增加。通過分析連通性指標(biāo)，可以及時發(fā)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，如增加冗余線路、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性和抗風(fēng)險能力。聚類系數(shù)也是衡量能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)脆弱性的重要指標(biāo)，它反映了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的集聚程度和局部結(jié)構(gòu)特性。聚類系數(shù)高的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點之間形成了緊密的局部團體，信息和資源在局部區(qū)域內(nèi)的傳播和共享更加高效。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，高聚類系數(shù)意味著在某些局部區(qū)域內(nèi)，能源生產(chǎn)設(shè)備、傳輸線路和用戶之間的聯(lián)系緊密，能夠更好地實現(xiàn)能源的協(xié)同優(yōu)化和互補利用。在一個工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)中，園區(qū)內(nèi)的企業(yè)、分布式能源發(fā)電設(shè)施和儲能設(shè)備之間形成了較高的聚類系數(shù)，它們可以通過局部的能源共享和協(xié)同調(diào)度，提高能源利用效率，降低能源成本。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)受到外部干擾或故障時，高聚類系數(shù)可以在一定程度上限制風(fēng)險的傳播范圍，因為風(fēng)險在局部區(qū)域內(nèi)傳播時，受到局部結(jié)構(gòu)的約束，難以迅速擴散到整個網(wǎng)絡(luò)。相反，聚類系數(shù)低的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點之間的連接較為松散，局部結(jié)構(gòu)不明顯，風(fēng)險更容易在網(wǎng)絡(luò)中自由傳播，增加了網(wǎng)絡(luò)的脆弱性。在一些早期的能源網(wǎng)絡(luò)中，由于規(guī)劃不合理，節(jié)點之間的連接缺乏系統(tǒng)性，聚類系數(shù)較低，一旦某個節(jié)點出現(xiàn)問題，風(fēng)險容易迅速蔓延，影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。通過分析聚類系數(shù)，可以了解能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的局部結(jié)構(gòu)特征，為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布局、提高網(wǎng)絡(luò)的抗風(fēng)險能力提供參考。3.3風(fēng)險傳遞模型建立3.3.1風(fēng)險傳遞機制分析在能源互聯(lián)網(wǎng)中，風(fēng)險傳遞的觸發(fā)機制復(fù)雜多樣。設(shè)備故障是常見的觸發(fā)因素之一，能源生產(chǎn)設(shè)備如風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏板等長期運行可能出現(xiàn)機械磨損、電氣故障等問題。風(fēng)力發(fā)電機的葉片可能因長期受強風(fēng)沖擊而出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致發(fā)電效率下降甚至停機，進(jìn)而影響電力的正常生產(chǎn)和供應(yīng)。輸電線路也可能因老化、外力破壞等原因發(fā)生故障，如線路短路、斷路等，使電力傳輸受阻。在惡劣天氣條件下，輸電線路可能會被大風(fēng)刮斷或遭受雷擊，導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷。信息系統(tǒng)故障同樣不容忽視，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器故障、通信網(wǎng)絡(luò)的中斷等，都可能引發(fā)風(fēng)險。數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器出現(xiàn)硬件故障，可能導(dǎo)致能源互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓，無法及時獲取設(shè)備運行狀態(tài)和能源供需信息，影響能源系統(tǒng)的正常調(diào)度和控制。外部攻擊也是風(fēng)險傳遞的重要觸發(fā)機制，包括物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊。物理攻擊可能針對能源基礎(chǔ)設(shè)施，如對變電站、天然氣管道等進(jìn)行破壞，直接影響能源的生產(chǎn)和傳輸。網(wǎng)絡(luò)攻擊則主要針對能源互聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)，黑客可能通過入侵信息系統(tǒng)，篡改數(shù)據(jù)、竊取信息或發(fā)送惡意指令，干擾能源系統(tǒng)的正常運行。黑客入侵電力調(diào)度系統(tǒng)，篡改電力調(diào)度指令，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的過載或停電事故。市場波動同樣會觸發(fā)風(fēng)險傳遞，能源市場價格的大幅波動會影響能源生產(chǎn)者和消費者的決策，進(jìn)而影響能源互聯(lián)網(wǎng)的運行。當(dāng)天然氣價格大幅上漲時，以天然氣為燃料的發(fā)電廠可能會減少發(fā)電量，導(dǎo)致電力供應(yīng)緊張，風(fēng)險從天然氣市場傳遞到電力系統(tǒng)。政策法規(guī)的調(diào)整也可能對能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生影響，如新能源補貼政策的變化、能源市場準(zhǔn)入規(guī)則的調(diào)整等，都可能引發(fā)能源企業(yè)的經(jīng)營風(fēng)險，進(jìn)而影響能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定運行。風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間的傳播過程涉及多個環(huán)節(jié)和多種路徑。在物理空間中，風(fēng)險通常沿著能源傳輸線路進(jìn)行傳播。在電力網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某條輸電線路發(fā)生故障時，故障點上游的電壓會升高，電流會重新分配，可能導(dǎo)致與之相連的其他輸電線路過載。這種過載情況如果持續(xù)發(fā)展，可能會引發(fā)連鎖反應(yīng)，使更多的輸電線路和變電站受到影響，導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷范圍擴大。在天然氣網(wǎng)絡(luò)中，管道泄漏或堵塞會導(dǎo)致天然氣壓力下降，影響下游用戶的用氣需求。當(dāng)某段天然氣管道發(fā)生泄漏時，為了保證安全，相關(guān)部門可能會關(guān)閉部分管道閥門，導(dǎo)致下游的天然氣用戶無法正常使用天然氣，風(fēng)險沿著天然氣管道向用戶端傳播。在信息空間中，風(fēng)險主要通過數(shù)據(jù)傳輸和信息交互進(jìn)行傳播。當(dāng)信息系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊時，攻擊者可能會篡改能源設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)或控制指令。如果這些錯誤的數(shù)據(jù)或指令被傳輸?shù)侥茉瓷a(chǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)中，可能會導(dǎo)致設(shè)備誤動作或運行異常。黑客篡改智能電表上傳的用電數(shù)據(jù)，電力調(diào)度中心根據(jù)錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)行電力調(diào)度，可能會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的供需失衡。信息系統(tǒng)的故障也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或傳輸中斷，影響能源系統(tǒng)的實時監(jiān)控和調(diào)度。數(shù)據(jù)中心的存儲設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致歷史能源數(shù)據(jù)丟失，可能會影響對能源系統(tǒng)運行趨勢的分析和預(yù)測，進(jìn)而影響能源生產(chǎn)和調(diào)度決策。物理空間與信息空間之間存在著緊密的耦合關(guān)系，風(fēng)險也會在這兩個空間之間相互傳播。物理空間的設(shè)備故障信息需要通過信息系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，以便及時采取應(yīng)對措施。如果信息系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致故障信息無法及時傳輸，監(jiān)控中心無法及時了解設(shè)備故障情況，可能會延誤故障處理時機，使物理空間的風(fēng)險進(jìn)一步擴大。相反，信息空間的錯誤指令或數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致物理空間的設(shè)備執(zhí)行錯誤的操作，引發(fā)物理空間的故障。信息系統(tǒng)發(fā)送錯誤的發(fā)電功率調(diào)整指令到發(fā)電廠，發(fā)電廠按照錯誤指令調(diào)整發(fā)電設(shè)備，可能會導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備損壞或電力供應(yīng)不穩(wěn)定。3.3.2風(fēng)險傳遞模型構(gòu)建基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和風(fēng)險傳遞機制，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險傳遞模型。首先定義模型中的節(jié)點和邊，節(jié)點包括能源生產(chǎn)節(jié)點（如發(fā)電廠、分布式能源發(fā)電設(shè)備等）、能源傳輸節(jié)點（如變電站、輸電線路、天然氣管網(wǎng)等）、能源消費節(jié)點（如工業(yè)用戶、商業(yè)用戶、居民用戶等）以及信息節(jié)點（如數(shù)據(jù)處理中心、通信基站等）。邊則表示節(jié)點之間的連接關(guān)系，包括能源傳輸鏈路、信息通信鏈路等。對于能源傳輸鏈路，其權(quán)重可以根據(jù)傳輸容量、傳輸效率等因素確定；對于信息通信鏈路，其權(quán)重可以根據(jù)通信帶寬、通信延遲等因素確定。在模型中，引入風(fēng)險傳播概率來描述風(fēng)險在節(jié)點之間傳遞的可能性。風(fēng)險傳播概率與節(jié)點之間的連接強度、節(jié)點的重要性以及風(fēng)險類型等因素有關(guān)。對于連接強度高的節(jié)點之間，風(fēng)險傳播概率相對較大。在電力網(wǎng)絡(luò)中，樞紐變電站與多條輸電線路緊密相連，一旦樞紐變電站出現(xiàn)故障，風(fēng)險傳播到與之相連的輸電線路和其他變電站的概率較高。重要節(jié)點發(fā)生故障時，其風(fēng)險傳播概率也會增加。大型發(fā)電廠作為重要的能源生產(chǎn)節(jié)點，其故障引發(fā)的風(fēng)險傳播概率相對較大，因為它對整個能源系統(tǒng)的電力供應(yīng)有著重要影響。不同類型的風(fēng)險傳播概率也有所不同，如設(shè)備故障風(fēng)險和網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險的傳播概率可能會因風(fēng)險的特性和傳播路徑的不同而有所差異。利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程來描述節(jié)點在風(fēng)險傳播過程中的狀態(tài)變化。節(jié)點的狀態(tài)可以分為正常狀態(tài)、故障狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)等。在初始狀態(tài)下，大部分節(jié)點處于正常狀態(tài)。當(dāng)某個節(jié)點受到風(fēng)險影響時，根據(jù)風(fēng)險傳播概率，該節(jié)點可能從正常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到故障狀態(tài)。在電力網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)輸電線路遭受雷擊發(fā)生故障時，該輸電線路節(jié)點從正常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到故障狀態(tài)。處于故障狀態(tài)的節(jié)點在經(jīng)過一定的修復(fù)時間后，可能會恢復(fù)到正常狀態(tài)。如果故障的輸電線路得到及時修復(fù)，其節(jié)點狀態(tài)就會從故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移回正常狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程可以表示為：P_{i}(t+1)=f(P_{i}(t),R_{ij},\lambda)，其中P_{i}(t)表示節(jié)點i在t時刻的狀態(tài)，R_{ij}表示節(jié)點i與節(jié)點j之間的風(fēng)險傳播概率，\lambda表示修復(fù)率。通過迭代計算狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，可以模擬風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間的傳播過程。從初始狀態(tài)開始，根據(jù)風(fēng)險傳播概率和狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，逐步更新每個節(jié)點的狀態(tài)。在每次迭代中，計算每個節(jié)點受到相鄰節(jié)點風(fēng)險影響的概率，判斷節(jié)點是否發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移。經(jīng)過多次迭代后，得到風(fēng)險傳播一定時間后的能源互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點狀態(tài)分布，從而分析風(fēng)險的傳播范圍和影響程度。通過模擬風(fēng)險在電力網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)中的傳播過程，可以直觀地看到風(fēng)險如何從一個節(jié)點傳播到其他節(jié)點，以及風(fēng)險對整個能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的影響。3.3.3模型參數(shù)確定與校準(zhǔn)模型中的參數(shù)對于準(zhǔn)確模擬風(fēng)險傳遞過程至關(guān)重要。風(fēng)險傳播概率的確定需要考慮多個因素。節(jié)點之間的連接強度可以通過計算節(jié)點之間的邊權(quán)重來衡量。在能源傳輸鏈路中，邊權(quán)重可以根據(jù)輸電線路的傳輸容量、天然氣管網(wǎng)的管徑等物理參數(shù)來確定。對于輸電線路，傳輸容量越大，其連接強度相對越高，風(fēng)險傳播概率也可能越大。節(jié)點的重要性可以通過節(jié)點重要度指標(biāo)來衡量，如度中心性、介數(shù)中心性等。度中心性高的節(jié)點，連接的邊數(shù)量多，在網(wǎng)絡(luò)中處于關(guān)鍵位置，其風(fēng)險傳播概率相對較大。在電力網(wǎng)絡(luò)中，樞紐變電站的度中心性較高，一旦發(fā)生故障，風(fēng)險更容易傳播到其他節(jié)點。風(fēng)險類型也會影響傳播概率，不同類型的風(fēng)險具有不同的傳播特性。設(shè)備故障風(fēng)險通常在物理空間內(nèi)沿著能源傳輸線路傳播，而網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險則主要通過信息網(wǎng)絡(luò)傳播，其傳播概率的計算需要考慮信息網(wǎng)絡(luò)的特點和攻擊手段。修復(fù)率的確定與設(shè)備的維護(hù)能力、故障類型等因素相關(guān)。對于一些簡單的設(shè)備故障，如普通輸電線路的短路故障，修復(fù)時間較短，修復(fù)率相對較高。而對于一些復(fù)雜的設(shè)備故障，如大型發(fā)電廠的核心設(shè)備故障，修復(fù)難度大，修復(fù)時間長，修復(fù)率相對較低?？梢酝ㄟ^統(tǒng)計歷史故障數(shù)據(jù)，分析不同類型故障的平均修復(fù)時間，從而確定修復(fù)率。在實際的電力系統(tǒng)中，收集各類設(shè)備故障的修復(fù)時間數(shù)據(jù)，計算不同故障類型的平均修復(fù)時間，以此為基礎(chǔ)確定修復(fù)率。利用實際數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行校準(zhǔn)和驗證是確保模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。收集能源互聯(lián)網(wǎng)實際運行中的故障數(shù)據(jù)，包括故障發(fā)生的時間、地點、類型以及故障的傳播過程和影響范圍等信息。這些數(shù)據(jù)可以來自能源企業(yè)的運行記錄、電網(wǎng)故障統(tǒng)計報告等。將實際故障數(shù)據(jù)代入風(fēng)險傳遞模型中，與模型模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析。如果模型模擬的風(fēng)險傳播范圍和影響程度與實際情況存在較大偏差，需要對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。通過調(diào)整風(fēng)險傳播概率、修復(fù)率等參數(shù)，使模型模擬結(jié)果與實際數(shù)據(jù)更加吻合。在驗證模型時，可以采用交叉驗證等方法，將實際數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集。用訓(xùn)練集對模型進(jìn)行校準(zhǔn)，然后用測試集對校準(zhǔn)后的模型進(jìn)行驗證，評估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。如果模型在測試集上的表現(xiàn)良好，能夠準(zhǔn)確地模擬風(fēng)險傳遞過程，說明模型具有較高的可信度，可以用于能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)險的預(yù)測和分析。四、能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險仿真分析4.1仿真平臺選擇與搭建在能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險仿真研究中，MATLAB憑借其強大的功能成為了理想的仿真平臺選擇。MATLAB擁有豐富的工具箱，如Simulink、PowerSystemToolbox等，為能源系統(tǒng)建模與仿真提供了全面而便捷的支持。Simulink作為MATLAB的重要組成部分，提供了圖形化的建模環(huán)境，使得復(fù)雜系統(tǒng)的建模變得直觀且高效。在構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)模型時，可以通過簡單的拖拽和連接模塊的操作，快速搭建起包含電力、天然氣、熱力等能源網(wǎng)絡(luò)以及信息網(wǎng)絡(luò)的綜合模型。利用Simulink中的電力系統(tǒng)模塊庫，可以方便地構(gòu)建電力網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機、變壓器、輸電線路等元件模型；借助氣體網(wǎng)絡(luò)模塊庫，能夠搭建天然氣網(wǎng)絡(luò)的管道、壓縮機、調(diào)壓站等模型。PowerSystemToolbox則專門針對電力系統(tǒng)，提供了潮流計算、故障分析等豐富的功能函數(shù)，能夠準(zhǔn)確地模擬電力系統(tǒng)的運行特性和故障響應(yīng)。搭建仿真環(huán)境時，首先需要在計算機上安裝正版的MATLAB軟件，并確保其版本支持所需的工具箱。安裝完成后，根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運行特性，在Simulink中進(jìn)行模型搭建。對于物理空間的電力網(wǎng)絡(luò)模型，從PowerSystemToolbox中選取相應(yīng)的電力元件模塊，按照實際的拓?fù)溥B接關(guān)系進(jìn)行布局和連接。將發(fā)電機模塊與變壓器模塊相連，再通過輸電線路模塊連接到負(fù)荷節(jié)點，設(shè)置各模塊的參數(shù)，如發(fā)電機的額定功率、變壓器的變比、輸電線路的電阻和電抗等，以準(zhǔn)確反映實際電力網(wǎng)絡(luò)的特性。對于天然氣網(wǎng)絡(luò)模型，利用相關(guān)的氣體網(wǎng)絡(luò)模塊，構(gòu)建天然氣的生產(chǎn)、傳輸和消費環(huán)節(jié)模型，設(shè)置管道的長度、管徑、摩擦系數(shù)以及壓縮機的性能參數(shù)等。在信息空間模型搭建方面，借助Simulink的通信系統(tǒng)模塊庫，構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)模型，包括數(shù)據(jù)傳輸鏈路、數(shù)據(jù)處理中心等。設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸鏈路的帶寬、延遲等參數(shù)，模擬信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸過程。對于數(shù)據(jù)處理中心，通過自定義模塊或使用相關(guān)的算法模塊，實現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)的采集、分析和處理功能。在構(gòu)建跨空間耦合模型時，通過自定義的耦合模塊，建立物理空間與信息空間之間的連接，實現(xiàn)信息交互和控制指令的傳輸。設(shè)置耦合模塊的參數(shù)，如信息傳輸?shù)膬?yōu)先級、數(shù)據(jù)更新頻率等，以準(zhǔn)確模擬跨空間耦合的實際情況。在搭建過程中，還需對模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和初始化。根據(jù)實際的能源互聯(lián)網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，為各個模塊的參數(shù)賦予合理的值。對于負(fù)荷節(jié)點，根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)設(shè)置不同時段的負(fù)荷大小和變化規(guī)律。對模型中的狀態(tài)變量進(jìn)行初始化，確保模型在仿真開始時處于合理的運行狀態(tài)。通過以上步驟，成功搭建起基于MATLAB的能源互聯(lián)網(wǎng)跨空間風(fēng)險仿真環(huán)境，為后續(xù)的風(fēng)險仿真分析奠定了堅實的基礎(chǔ)。4.2仿真場景設(shè)定4.2.1單一故障場景在單一故障場景設(shè)定中，選取能源互聯(lián)網(wǎng)中的某一關(guān)鍵輸電線路節(jié)點作為故障點。假設(shè)該輸電線路位于一個重要的電力傳輸樞紐區(qū)域，承擔(dān)著將多個大型發(fā)電廠的電力輸送到負(fù)荷中心的重要任務(wù)。該輸電線路由于長期運行，線路老化嚴(yán)重，絕緣性能下降，在一次強風(fēng)天氣中，線路遭受外力破壞發(fā)生短路故障。故障發(fā)生后，基于構(gòu)建的風(fēng)險傳遞模型，風(fēng)險開始在能源互聯(lián)網(wǎng)中傳播。由于該輸電線路節(jié)點的故障，導(dǎo)致與之相連的上游發(fā)電廠的輸出功率無法正常傳輸，發(fā)電廠的發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)功率過剩的情況，為了保護(hù)設(shè)備安全，發(fā)電廠不得不降低發(fā)電功率。這使得電力供應(yīng)出現(xiàn)缺口，下游負(fù)荷中心的部分用戶面臨停電風(fēng)險。隨著風(fēng)險的傳播，與故障輸電線路相連的其他輸電線路的負(fù)荷突然增加，這些線路可能會因為過載而出現(xiàn)發(fā)熱、電壓下降等問題。如果這些線路的保護(hù)裝置未能及時動作，可能會引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致更多的輸電線路故障，進(jìn)一步擴大停電范圍。在信息空間中，故障信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)故障信息調(diào)整電力調(diào)度策略，但由于故障的突然性，可能會導(dǎo)致調(diào)度決策出現(xiàn)一定的延遲，影響電力系統(tǒng)的快速恢復(fù)。通過對這一單一故障場景的仿真分析，可以清晰地了解風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)中的傳播路徑和影響范圍，為制定針對性的故障應(yīng)對措施提供依據(jù)。例如，根據(jù)仿真結(jié)果，可以提前制定應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)該輸電線路出現(xiàn)故障時，迅速啟動備用輸電線路，調(diào)整電力調(diào)度方案，優(yōu)先保障重要用戶的電力供應(yīng)，同時加快故障線路的修復(fù)工作，以減少停電時間和損失。4.2.2多重故障場景在多重故障場景下，同時設(shè)定多個節(jié)點和鏈路出現(xiàn)故障。假設(shè)在能源互聯(lián)網(wǎng)的某一區(qū)域，由于極端惡劣天氣的影響，導(dǎo)致一個大型變電站的關(guān)鍵設(shè)備故障，同時該變電站連接的多條輸電線路因雷擊和強風(fēng)受損。變電站的故障使得其無法正常對電力進(jìn)行變換和分配，大量的電力無法通過該變電站傳輸?shù)较掠蔚妮旊娋€路和用戶。而與之相連的輸電線路故障，進(jìn)一步切斷了電力傳輸?shù)耐ǖ?，?dǎo)致該區(qū)域的電力供應(yīng)陷入困境。由于多個節(jié)點和鏈路同時故障，風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)中迅速傳播并疊加。電力供應(yīng)的中斷影響了依賴電力的天然氣壓縮站和熱力泵站的正常運行。天然氣壓縮站無法正常工作，導(dǎo)致天然氣輸送壓力下降，影響了下游天然氣用戶的正常用氣。熱力泵站的停運則使得熱力供應(yīng)中斷，居民和企業(yè)面臨供暖和供熱不足的問題。在信息空間中，大量的故障信息涌入數(shù)據(jù)處理中心，可能會導(dǎo)致信息系統(tǒng)出現(xiàn)擁堵和處理延遲，影響對故障的及時響應(yīng)和處理。數(shù)據(jù)處理中心難以在短時間內(nèi)準(zhǔn)確分析和處理如此多的故障信息，導(dǎo)致電力調(diào)度和能源調(diào)配決策的制定受到阻礙。多重故障場景下，能源互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，網(wǎng)絡(luò)的連通性大幅下降，網(wǎng)絡(luò)效率急劇降低。通過對這一多重故障場景的仿真，能夠深入研究風(fēng)險疊加效應(yīng)，分析能源互聯(lián)網(wǎng)在面對復(fù)雜故障時的脆弱性和應(yīng)對能力?；诜抡娼Y(jié)果，可以優(yōu)化能源互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加冗余線路和備用設(shè)備，提高系統(tǒng)的容錯能力。同時，加強信息系統(tǒng)的處理能力和故障分析算法的優(yōu)化，提高對多重故障的響應(yīng)速度和處理效率。4.2.3外部干擾場景考慮自然災(zāi)害如地震對能源互聯(lián)網(wǎng)的影響，假設(shè)在某一能源互聯(lián)網(wǎng)覆蓋區(qū)域發(fā)生了一場強烈地震。地震導(dǎo)致部分發(fā)電廠的基礎(chǔ)設(shè)施受損，發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)故障，無法正常發(fā)電。同時，地震對輸電線路和變電站造成了嚴(yán)重破壞，大量的輸電線路倒塌、斷裂，變電站的設(shè)備損壞，電力傳輸中斷。在天然氣網(wǎng)絡(luò)方面，地震破壞了天然氣管道，導(dǎo)致天然氣泄漏，為了保障安全，相關(guān)部門不得不關(guān)閉部分天然氣管道，使得天然氣供應(yīng)中斷。地震這一外部干擾引發(fā)的風(fēng)險在能源互聯(lián)網(wǎng)中迅速傳播，對社會經(jīng)濟和居民生活造成了嚴(yán)重影響。工業(yè)用戶因電力和天然氣供應(yīng)中斷，生產(chǎn)活動被迫停止，造成巨大的經(jīng)濟損失。居民用戶面臨停電、停氣的困境，生活受到極大的不便。在信息空間中，由于地震對通信基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，信息傳輸受阻，數(shù)據(jù)處理中心無法及時獲取準(zhǔn)確的設(shè)備故障信息和能源供需信息，導(dǎo)致能源調(diào)配和故障修復(fù)工作無法有效開展。電力調(diào)度中心無法實時了解各發(fā)電廠和輸電線路的運行狀態(tài)，難以制定合理的電力調(diào)度方案。通過對地震等自然災(zāi)害干擾場景的仿真分析，可以評估能源互聯(lián)網(wǎng)在面對此類極端事件時的抗風(fēng)險能力?；诜抡娼Y(jié)果，可以加強能源基礎(chǔ)設(shè)施的抗震設(shè)計和建設(shè)，提高其抵御自然災(zāi)害的能力。同時，建立完善的應(yīng)急通信系統(tǒng)和能源儲備機制，在自然災(zāi)害發(fā)生時，確保信息的暢通和能源的基本供應(yīng)?？紤]人為攻擊場景，假設(shè)黑客對能源互聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊。黑客入侵電力調(diào)度系統(tǒng)，篡改電力調(diào)度指令，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的發(fā)電計劃和輸電調(diào)度出現(xiàn)混亂。同時，黑客還竊取了能源企業(yè)的商業(yè)機密和用戶的用電數(shù)據(jù)，造成了嚴(yán)重的信息安全問題。人為攻擊引發(fā)的風(fēng)險通過信息空間迅速傳播到物理空間，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運行異常。發(fā)電廠按照錯誤的調(diào)度指令發(fā)電，可能會導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備過載或損壞。輸電線路的調(diào)度混亂，可能會引發(fā)電力傳輸故障，影響電力的