تعیین استراتژی بهینه تخصیص منابع مالی با هدف حفاظت سیستم قدرت در برابر خرابکاری‌های عمدی مبتنی بر تئوری بازی

چکیده :در سال های اخیر، افزایش انگیزه های اقدامات خرابکارانه علیه سیستم های قدرت از یک سو و محدودیت تخصیص منابع مالی در حفاظت از این زیرساخت ها از سوی دیگر، لزوم برنامه ریزی بهینه این منابع را بیش ازپیش مورد توجه قرار داده است؛ تا درصورت رخداد حوادث احتمالی آینده، صدمات وارده و متعاقباً میزان خاموشی های مشترکین حداقل گردد. طراحان اقدامات خرابکارانه اغلب به عنوان بازیگرانی کاملاً باهوش و استراتژیک، آن دسته از وقایع را مورد هدف قرار می دهند که به دلیل احتمال وقوع بسیار کم در روند طراحی حفاظت سیستم مدنظر قرار نمی گیرند تا بدین وسیله حداکثر خسارت ممکن را به سیستم وارد آورند. در این پژوهش یک طرح جدید مبتنی بر تئوری بازی به صورت یک رقابت حذفی با حاصل صفر به منظور هدفمندسازی تخصیص منابع مالی به خدمت گرفته می شود. در این مقاله، دو الگوریتم تخصیص بودجه در مقابل تهدیدات عمدی نسبت به خطوط و پست های انتقال پیشنهاد شده است. در الگوریتم اول، تخصیص میزان ثابتی بودجه سالیانه به خطوط و پست های انتقال به منظور دست یابی به بهترین شرایط قابلیت اطمینان سیستم فرمول بندی می شود؛ درحالی که به کمک الگوریتم دوم بودجه لازم و نحوه تخصیص آن برای دستیابی به سطح ازپیش تعیین شده ای از خاموشی مشترکین در مقابل استراتژی نامشخص افراد خرابکار محاسبه می شود. مدل پیشنهادی در محیط نرم‌افزارهای matlab (اجرای الگوریتم های بهینه سازی تک هدفه پرنده فاخته و چندهدفه ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب) و gams (محاسبه شاخص قابلیت اطمینان سیستم پس از عملکرد توسط مدل پخش بار بهینه) حل شده است و استراتژی بهینه بازی محافظان، در راستای تحقق بهترین وضعیت قابلیت اطمینان سیستم به دست آمده است. نتایج کارایی تکنیک پیشنهادی را در تخصیص بهینه بودجه محافاظتی و افزایش شاخص امنیت تامین انرژی الکتریکی تایید می کند.

Optimal Allocation of Financial Resources for Power System Protection against Deliberate Subversive Activities Based On Game Theory

During recent years, increment of incentives for deliberate subversive activities against power systems along with the restrictions on the allocation of financial resources for protection of these infrastructures have absorbed significant attentions of researchers toward the necessity of optimal allocation of these finances; and such the way, to minimize damages and consequently energy not supplied in case of future events. Planners of subversive activities as fully strategic actors target those low probability events which are no considered in protection schemes to maximize quantity of damages to power system. In this study, a new game theory based scheme is proposed in form of a zero sum playoff in order to provide an optimal allocation strategy. In this paper, two budget allocation algorithms have been presented to protect transmission lines and substations against deliberate threats. In the first algorithm, allocation of a certain amount of annual funding to transmission lines and substations is formulated with the aim of attaining the best possible condition of power grid in term of system reliability; while, required budget and procedure of allocation of this budget to targeted system utilities against undefined strategy of malicious individuals are calculated in second algorithm, in order to reach a predefined level of system reliability. Proposed model is implemented employing MATLAB (i.e. to execute singleobjective Cuckoo optimization algorithm as well as multiobjective nondominated sorting genetic algorithm II) and GAMS (i.e. to determine reliability of grid by use of power system load flow) software. Totally, optimized game strategy of protectors to acquire the best condition of system reliability has been obtained. Results validate effectiveness and applicability of proposed method in cases of optimality of allocation technique and subsequently increase of reliability indices.