ژانویه 16, 2021

قابلیت اطمینان

۶- تعداد زیربازه‌های لازم برای تعمیرات اجباری هر خطّ شبکه (Wl).
لازم به ذکر است، فرمول‌بندی این مدل به صورتی است که این امکان را فراهم می‌کند تا بتوان تحلیل آسیب‌پذیری سیستم قدرت را در افق‌های زمانی متفاوت، از جمله، یک ماه، یک فصل و یا یک سال صورت داد. طی سناریوهای مختلفی که در دو مثال عددی مورد بررسی تعریف شدند، اثر تک‌تک این فاکتورها با بیان جزئیات ِ کامل تحلیل شد. در پایانِ مثال عددی اوّل، بحثی در خصوص اثر سه فاکتور اساسی RTotal، Zlmax و Wl بر روی مدّت زمان اجرای برنامه ارائه شد.
نتایج بدست آمده از این دو مثال عددی، علاوه بر تأیید توانمندی مدل ارائه شده در یافتن نقاط آسیب‌پذیر سیستم قدرت (با در نظر گرفتن زمان)، نشان دادند که موضوع در نظر گرفتن زمان در بررسی آسیب‌پذیری سیستم قدرت امری کاملاً ضروری است و در تحلیل دقیق رفتار مهاجم، بسیار لازم و غیر قابل صرف نظر است. در نتایج ارائه شده در این فصل، مقایسه‌ای بین دو مورد خاص صورت گرفت که در یکی، مهاجم تمام نیروهای خود را در زمان پیک سیستم به کار می‌گیرد و به سیستم حمله می‌کند، و در دیگری، مهاجم با در نظر گرفتن زمان، نقشه‌ی حمله‌ی خود را با استفاده از مدل WaW تعیین می‌کند. نتایج بدست آمده از این مقایسه نشان دادند که بین میزان بار قطع شده و تابع هدف بدست آمده تحت نقشه‌ی اوّل (استفاده از تمامی نیروها در زمان پیک سیستم)، و مقدار آن‌ها تحت نقشه‌ی بدست آمده از مدل WaW تفاوت فاحش و قابل توجّهی وجود دارد. این اختلاف تأیید می‌کند که تحلیل آسیب‌پذیری سیستم قدرت، تنها با در نظر گرفتن یک تصویر از وضعیت بهره‌برداری سیستم (مشابه آن‌چه که تا کنون در مطالعات صورت گرفته در این زمینه انجام شده است) کافی نیست و الزاماً باید این تحلیل در یک افق زمانی (به عنوان مثال، یک فصل) صورت بگیرد.
فصل چهارم
مدلی برای زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال با لحاظ آسیب‌پذیری سیستم قدرت
مقدّمه و رویکرد
در محیط سنّتی صنعت برق، تصمیمگیری در خصوص زمانبندی تعمیرات بخشهای مختلف سیستم به صورت متمرکز و با هدف حفظ قابلیت اطمینان سیستم، توسّط اپراتور شبکه انجام میشود. تصمیمگیری درخصوص زمانبندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه، گاه به صورت مستقل و گاهی به صورت هماهنگ با بخش تولید انجام میشود. در فصل دوم مروری بر پژوهشهای صورتگرفته در زمینهی تعمیرات خطوط انتقال و بخش تولید شبکه انجام شد که برای آگاهی بیشتر در خصوص مدلهای ارائه شده در این زمینه میتوان به فصل دوم مراجعه نمود.
در تمام مدل‌هایی که برای زمانبندی تعمیرات بخشهای مختلف شبکه ارائه شده است، قابلیت اطمینان سیستم، یا خود تابع هدف است و یا به صورت یک قید در مسأله در نظر گرفته میشود. خطاهایی که در سیستم قدرت رخ میدهد را میتوان به دو دسته خطاهای عامدانه، که عوامل خارج از سیستم در وقوع این خطاها نقش دارند، و خطاهای معمول که در خود سیستم و بدون دخالت عوامل خارجی رخ میدهد تقسیم کرد.
موضوع قابلیت اطمینان شبکه، تنها خطاهای دستهی دوم را در نظر میگیرد و این در حالی است که آمار گزارش شده در سالهای اخیر نشان میدهد که سیستم قدرت علاوه بر خطاهای معمول، از ناحیهی خطاهای عامدانه نیز
آسیبپذیر است و نمیتوان اثر این دسته از خطاها را در روند تصمیمگیری در خصوص زمان اجرای تعمیرات
بخشهای مختلف سیستم نادیده گرفت. به همین دلیل، در فصل پیش رو به ارائه‌ی مدلی برای زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه‌ی قدرت خواهیم پرداخت که در آن، اپراتور مستقلّ شبکه (ISO)، شبکه را از منظر یک مهاجم می‌بیند و سعی می‌کند که با استفاده از مدل اصلاح شده‌ی WaW، بهترین نقشه‌ی حمله‌ی مهاجم را پیش‌بینی کند و با لحاظ این نقشه، بهترین زمان را برای انجام تعمیرات خطوط انتقال شبکه تعیین کند. در این روند، تابع هدف ISO کمینه کردن هزینه‌های بهره‌برداری شبکه، شامل هزینه‌ی تولید و هزینه‌ی قطع‌بار، می‌باشد. در واقع، تابع هدف ISO کمینه کردن تابع هدف مهاجم است.
قبل از ورود به بحث مدل‌سازی زمان‌بندی تعمیرات سیستم انتقال باید اشاره شود که در این فصل، دو دسته تعمیرات برای خطوط انتقال در نظر گرفته شده است؛ دسته‌ی اوّل که با نام «تعمیرات معمولی» بیان می‌شود، تعمیرات مربوط به آن دسته از خطوط انتقال است که ISO در خصوص زمان‌بندی تعمیرات آن‌ها اقدام به تصمیم‌گیری بهینه می‌کند و دسته‌ی دوم تعمیرات که با نام «تعمیرات اجباری» مورد اشاره واقع می‌شود، تعمیراتی است که به اجبار باید برای آن دسته از خطوطی که مورد حمله قرار گرفته‌اند، بلافاصله پس از رخ دادن حمله آغاز و اجرا شود.
در این فصل، مسأله‌ی زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه به صورت یک مسأله‌ی بهینه‌سازی سه سطحی (که به منظور سادگی در نگارش، آن را مدل VCTMS می‌نامیم) بیان شده است که در سطح اوّل آن، ISO باید در خصوص انتخاب بهترین زمان ممکن برای انجام تعمیرات معمولی خطوط انتقال شبکه، با هدف کمینه کردن هزینه‌های بهره‌برداری سیستم در افق زمانی مورد مطالعه، تصمیم‌گیری کند. در این روند تصمیم‌گیری، ISO با دو دسته قیود مواجه است؛ دسته‌ی اوّل شامل قیود تعمیرات معمولی خطوط انتقال، از جمله قید پنجره‌ی تعمیرات، قید پیوستگی تعمیرات، عدم همزمانی تعمیرات خطوط خاص، هم‌پوشانی تعمیرات برخی از خطوط شبکه، اولویت تعمیرات برخی از خطوط انتقال نسبت به برخی دیگر و محدودیت تیم تعمیرات است و دسته‌ی دوم قیود، ملاحظا
تی را شامل می‌شود که برخاسته از حملات صورت گرفته توسّط مهاجم می‌باشند؛ به عنوان مثال، خطّ انتقالی که قرار بوده است به تعمیرات معمولی برود، اگر پیش از این که تعمیرات معمولی آن آغاز شود مورد حمله واقع شود و به تعمیرات اجباری برود، طبیعتاً دیگر نیازی به تعمیرات معمولی ندارد.
نکته‌ی مهمّی که باید به آن اشاره شود این است که دسته‌ی اوّل قیود پیشِ روی ISO نیز تحت تأثیر نقشه‌ی حمله‌ی مهاجم قرار می‌گیرد و در این تحقیق، این دسته از قیود به صورتی جدید و با اعمال تغییرات و ملاحظات لازم برای در نظر گرفتن اثر حمله‌ی مهاجم بر روی این دسته از قیود بازنویسی شده‌اند.
در سطح دوم و سوم مسأله، مهاجم با استفاده از مدل اصلاح شده‌ی WaW (MWaW) اقدام به تصمیم‌گیری بهینه در خصوص انتخاب بهترین زمان‌ها برای حمله به بهترین مکان‌های شبکه می‌کند و در تصمیم‌گیری خود، از زمان‌بندی‌ای که ISO برای تعمیرات معمولی خطوط شبکه در نظر گرفته است آگاه است. در مدل MWaW، زمان‌بندی تعمیرات معمولی خطوط شبکه به صورت یک پارامتر معلوم در نظر گرفته می‌شود که این امر، قیود جدیدی را نیز به مسأله اضافه می‌کند. از آن‌جا که شرح دقیق سطوح دوم و سوم مسأله در فصل سوم به تفصیل بیان شده است، در این قسمت وارد جزئیات این دو سطح نمی‌شویم و تمرکز اصلی خود را بر روی تغییراتی که اضافه شدن پارامتر جدید مربوط به تعمیرات معمولی دراین دو سطح از مدل ایجاد نموده است، قرار می‌دهیم. با اضافه شدن این پارامتر، همچنان خطّی بودن مسائل سطح سوم حفظ می‌شود و مجدّداً، هر مسأله‌ی بهینه‌سازی سطح سوم به کمک قضیه‌ی دوگان قوی [36]، با قیود دوگان، قیود اصلی و قید تساوی قضیه‌ی دوگان قوی جایگزین می‌شود و مسأله‌ی دو سطحی MWaW به یک مسأله‌ی بهینه‌سازی یک‌سطحی MPEC تبدیل می‌شود. به کمک تکنیک‌های خطّی‌سازی، مسأله‌ی MPEC حاصل به صورت یک مسأله‌ی برنامه‌ریزی خطّی مختلط با عدد صحیح (MILP) بازنویسی می‌شود و مدل سه سطحی VCTMS تبدیل به یک مسأله‌ی بهینه‌سازی دو سطحی خطّی می‌شود.
روندی که در این فصل پیش گرفته شده است به این صورت است که پس از بیان نوآوریهای مدل ارائه شده برای زمانبندی تعمیرات خطوط شبکه، ابتدا مدل MWaW، با تمرکز بر تغییرات ایجاد شده در مدل WaW، ارائه میشود و پس از آن، مدلسازی تعمیرات خطوط انتقال سیستم با در نظر گرفتن آسیبپذیری شبکهی قدرت
فرمولبندی خواهد شد. در ادامه، چگونگی استفاده از الگوریتم ژنتیک برای حلّ مدل VCTMS توضیح داده میشود و پس از آن، مدل ارائه شده بر روی شبکه‌ی شش شینه‌ی گارور [39] پیاده‌سازی و با استفاده از تکنیک شمارش حل میشود. نتایج حاصل، ضمن ارائه‌ی توانمندی مدل، نشان‌دهنده‌ی اهمّیت در نظر گرفتن قید آسیب‌پذیری سیستم در کنار قید قابلیت اطمینان شبکه، در روند زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال می‌باشد. در آخر نیز خلاصهای از مطالب ارائه شده و نتایج بدست آمده در این فصل ارائه خواهد شد.
نوآوری‌های مدل
نوآوری‌های مدل ارائه شده در این تحقیق برای زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه شامل موارد زیر می‌باشد:
در نظر گرفتن وضعیت آسیب‌پذیری سیستم قدرت، در کنار قید قابلیت اطمینان سیستم، در روند زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه.
مدل‌سازی قیود تعمیرات معمولی خطوط انتقال با لحاظ حمله‌ی مهاجم به برخی از خطوط شبکه.
مدل‌سازی قیود و محدودیت‌هایی که تعمیرات اجباری خطوط تحت حمله، به ISO تحمیل می‌کنند.
مدل‌سازی مسأله‌ی زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال با در نظر گرفتن آسیب‌‌پذیری شبکه‌ قدرت
فرضیات
تمام فرضهای ارائه شده در فصل اوّل و همینطور فرضهایی که در فصل سوّم برای مدلسازی بررسی
آسیبپذیری سیستم قدرت در نظر گرفته شد، در اینجا نیز لحاظ میشوند که برخی از این فرضها به صورت