考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

信息失效威胁下的电力信息物理系统安全评估与防御研究综述

电力CPS中信息失效可能导致严重物理后果,必须准确评估信息失效威胁下的电力CPS安全性,实现电力CPS安全防御。首先阐述电力CPS建模与信息物理交互机理研究思路。之后通过信息失效来源分析、失效跨空间传递过程分析、安全评估指标计算三个环节建立电力CPS安全评估研究框架。最后从信息网结构优化、路由优化、网络安全防御三方面分析总结了信息失效威胁下的电力CPS安全防御方法,并就后续研究给出建议。     

考虑多信息因素干扰及DG接入的配电网可靠性评估

信息失效及分布式电源(DG)出力的不确定性,给配电网正常运行带来负面影响。因此,本文提出一种考虑多信息因素干扰及DG接入的配电网可靠性评估方法。首先,为全面量化多种干扰因素对信息可靠性影响,综合考虑信息攻击、信息系统连通、延时、误码特性对信息可用性及完整性的影响,构建信息可靠性模型;然后,分析多信息因素干扰对故障处理及孤岛过程的影响,并利用Petri网描述孤岛停运过程;之后,计及DG出力的不确定性,采用序贯蒙特卡洛法评估信息失效下的配电网信息物理系统(CPS)可靠性;最后,以IEEE-RBTS BUS6为例验证了所提方法的可行性及有效性。     

计及网络信息安全的配电网CPS故障仿真

配电网信息物理系统的发展使得信息系统与物理系统相互融合,两者之间相互影响,网络信息安全给配电网安全稳定运行带来很大隐患。为研究信息系统对配电网物理系统的影响,首先搭建配电网信息物理系统(cyberphysical system,CPS)仿真平台,在此基础上,建立配电网CPS终端仿真模型,具有恒功率控制和下垂控制2种控制方式的分布式电源模型,通信网络模型,控制层模型,以及中间人攻击和虚假数据注入模型。然后仿真三相短路故障处理和孤岛运行控制2个场景,分析通信数据篡改对故障处理过程的影响以及虚假数据注入和数据拦截对孤岛运行控制过程的影响。仿真结果表明,通信数据篡改事件导致了停电范围扩大,虚假信息注入和数据拦截事件导致了孤岛运行频率调整失败等。该文仿真为配电网CPS运行特性分析以及信息网络安全事件识别与防控提供了仿真基础。     

配电网信息物理系统可靠性评估关键技术探讨

信息物理高度融合是未来智能配电网的发展趋势,主要针对配电网信息物理系统(CPS)可靠性评估关键技术进行综述与展望。从配电网信息空间、物理空间的风险来源挖掘入手,进一步对信息物理相依存下的影响因素进行总结和分析;在此基础上,归纳总结了配电网物理系统、信息系统各自典型的可靠性指标分类方式与具体数学表达以及两者耦合下的可靠性指标构建技术,进而总结了配电网CPS可靠性评估算法与方法的研究进展;从配电网CPS异构数据处理、信息物理关联的建模与仿真、配电网CPS可靠性评估指标与方法、配电网CPS广义攻击与防御机制4个方面进行了展望。     

多重控制信息失效下配电网电压波动性的评估

随着可再生能源接入以及电压管理系统的应用,配电网愈发依赖信息通信系统,以实现对配电网的主动控制,控制信息失效必然会对系统状态造成影响。为评估信息失效对配电网电压的影响,文中首先考虑多种失效因素建立信息系统有效性模型,其次提出表征电压波动性的分布指数和越限概率指标,然后给出不同故障类型下电压波动影响的分析方法,最后采用序贯蒙特卡洛模拟进行信息系统故障下的指标评估。测试系统验证了模型可行性并探讨了不同信息失效因素对电压波动性的影响,为配电网信息物理系统的规划和运行提供了实用性技术支撑。     

不确定性环境下考虑信息失效的主动配电网可靠性评估

针对目前评估方法中存在的分布式电源、信息物理模型和交互作用分析考虑不充分的问题,文中提出了一种在不确定性环境下考虑信息失效的主动配电网可靠性评估方法。首先,建立了分布式电源与负荷模型、信息物理元件模型和信息传输可靠性模型。然后,结合信息失效对配电自愈过程的间接作用,量化分析了不确定性环境下信息系统不同层次失效对故障隔离、定位和供电恢复的影响,提出了采用蒙特卡洛抽样的可靠性评估方法。最后,通过算例仿真验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑信息传输失效的配电自动化系统可靠性评估

随着信息技术在电力系统中的应用不断加深,配电网可靠性评估不仅需要考虑物理故障,还要考虑信息传输故障,因此,传统配电网的可靠性评估模型将不再适用。本文根据配电网主站的集中式调控功能,基于故障后果分析法,深入分析通信异常对系统故障处理过程的影响,构建了考虑信息传输失效的系统可靠性评估模型。最后,以IEEE RBTS Bus 6配电系统的主馈线F4为例,讨论信息传输失效对系统可靠性的影响。     

配电网信息物理系统协同控制架构探讨

信息物理系统(CPS)通过对计算、通信和控制技术的有机整合与协调,促进了电力系统运行方式的转变,并为其"智能化"的建设提供了途径。作为电力CPS的重要组成部分,配电网CPS须在未来大规模异构分布式新能源接入的条件下仍具有良好的实时控制及优化调度能力。在此背景下,对配电网CPS的控制架构进行了研究。结合CPS的组成要素和关键功能,提出了一种包含主动配电网及微电网技术在内的配电网CPS框架结构;在此基础上,针对配电网CPS的协同控制策略及其多层面、分布式耦合的特征,提出了包含感知通信、计算以及物理对象的分布式实体控制架构,以及兼具内部统一特性与外部互联特性的层次化抽象控制架构,从而构成完整的配电网CPS协同控制架构。     

基于分布式馈线自动化的配电信息物理系统可靠性评估

对采用分布式馈线自动化的配电信息物理系统进行了可靠性评估。基于分布式馈线自动化的故障自愈实现原理,在传统物理系统两状态元件模型中考虑信息系统的影响,通过建立信息系统的元件和网络模型描述分布式馈线自动化的终端功能和邻域局部信息的交互过程,并由故障元件的位置定量描述在配电网发生故障时信息系统元件失效对物理系统可靠性的影响。利用序贯蒙特卡罗方法抽样,对系统进行仿真以获得计及信息系统故障的可靠性指标,对信息系统通信网络和终端2类元件进行失效分析,并探究断路器的重合闸功能在纠正故障上游因信息系统故障导致的误停电情况的可靠性影响。算例分析结果验证了所提方法的有效性。     

计及信息失效影响的主动配电系统可靠性建模与评估

随着主动配电信息物理系统复杂程度的增加,可靠性计算效率已成为制约其实用化的关键因素,因此亟需一种快速评估主动配电信息物理系统可靠性的方法。在考虑信息传输性能的基础上,提出了采用频域/时域转换的信息链路有效性快速求解方法;为了量化信息失效对配电自愈过程的间接影响,建立了考虑信息失效的配电网开关拒动概率模型;同时考虑配电网多开关自愈动作,结合网络等值法与最小路法,改进了网络等值向上等效过程中的平均停运时间计算方法。基于此计算了配电网各类用户可靠性,最后建立了测试系统验证了所提方法的有效性,探讨了信息物理元件依赖度匹配程度对配电网可靠性的影响,分析了信息系统故障对计划孤岛、负荷转供的影响。     

通信和电网联合仿真的配电网局部异常因子故障辨识算法

信息系统传输故障、恶意攻击和物理系统故障都将威胁智能配电网的正常运行。现有研究未充分考虑信息系统与配电网融合造成的差异,特别是缺乏对信息系统故障与配电网物理故障进行统一辨识的方法。文中利用MATLAB和OPNET建立交互作用分析模型,对发生于信息物理系统中的故障进行定量分析;进而,提出基于多维尺度分析(multi-dimensional scaling,MDS)和局部异常因子(local outlier factor,LOF)的配电网故障辨识算法,实现信息系统故障和配电网物理故障的统一识别,以及对配电网故障区域和故障通信节点的定位。利用交互作用分析模型得到的仿真结果验证了对于智能配电网故障类型的分析,配电网物理故障和通信节点故障的辨识结果验证了本文算法的有效性。     

智能变电站通信网络的广义信源和流量计算模型

对于智能变电站而言,用于预测各类场景下通信网络流量的计算模型至关重要。文中首先提出了基于信息物理融合的广义信源模型,包括一次系统状态激励的电力二次智能装置报文模型、信息设备物理故障信源模型以及寄生的拒绝服务(DoS)攻击信源模型等,形成信息设备的综合信源报文模型。然后,在网络演算链路汇流方法的基础上,给出了基于广义信源的智能电网信息流流量分布矩阵定义以及演算方法,形成了明确、详细的定量分析计算流程。最后,对过程层信息设备故障、DoS攻击及一次侧设备故障的大小方式等典型运行场景,分别进行理论计算算例验证,并对其进行OPNET仿真验证,证明了所提方法的有效性。     

电力系统韧性评估与提升研究综述

随着极端天气(如飓风、地震和洪水)和人为攻击(网络、物理攻击)发生频率的不断提高,对电力系统安全稳定运行造成了严重影响,长时间停电和基础电气设施损坏的概率显著增加。为减小停电事故所带来的经济损失与社会影响,构建具备抵御力、适应力、恢复力的高韧性电力系统,无疑有着重要的理论价值与现实意义。针对此,首先,概述了电力系统韧性的基本概念和主要特征,比较了其与可靠性、安全性、鲁棒性之间的差异。其次,建立了从灾害建模到系统响应的韧性评估框架,依据静态评估和动态评估将韧性指标进行了分类,并进一步梳理了电力系统韧性评估指标体系。另外,从故障预防、故障响应、故障恢复3个方面出发,探讨了提升电力系统韧性的关键技术。最后,对电力系统韧性研究领域的未来发展方向进行了展望。     

配电网信息物理故障的耦合度计算方法

配电网信息物理系统(CPSDN)中信息系统和物理系统深度耦合,使得信息和物理故障可以相互耦合对配电网的运行造成影响。文中提出一种配电网信息物理故障的耦合度计算方法,从故障危害的角度评估信息与物理系统间的耦合程度。首先,在分析信息物理协同攻击(CCPA)对CPSDN影响的基础上,综合考虑攻击造成的故障危害及节点的防护水平,给出故障概率的计算方法。然后,通过节点耦合度(CDBN)对异构系统节点间故障的相关程度进行计算,并基于CDBN来计算节点与系统间耦合度(CDBNS)、系统间耦合度(CDBS)。最后,以一个包含3条馈线的配电系统作为算例,验证了所提计算方法的合理性和有效性。     

恶劣天气下配电网故障统计分析及其概率分布拟合

为了提升配电网防灾减灾决策的科学性,需要准确掌握配电网的故障统计参数。为此,采用时间和环境相依的配电网故障统计分析方法,按不同月份、不同天气条件、不同线路类型,计算配电网故障率、停运率等参数在历史同期月份的时间分布特征。针对不同天气下的故障停运时间,提出了概率密度分布拟合方法。对南方沿海地区某大型配电网的实例分析表明：电缆故障的月际分布不明显,受天气影响较小。架空线路的故障受雷雨天气影响较大,分布集中在5—9月,呈现明显的单峰特性,可用高斯分布拟合。雷雨天气下的故障率和停运率明显高于基础故障率和停运率,并且停运持续时间更长,强迫停运时间可用威布尔或伽马分布拟合。所提方法对配电网精细化故障率统计分析具有借鉴意义,可用于指导配电网规划、运行风险评估和恶劣天气下的故障恢复策略优化。     

从乌克兰停电事故看电力信息系统安全问题

在1年之内,2015-12-23和2016-12-18,乌克兰电网系统遭受了两起由黑客入侵而引发的严重停电事故,其中,前一起被认为是世界上首起公开的针对电网基础设施的网络信息攻击事件。回顾了2015年停电事故的全过程,推演分析网络攻击的手法和效果,并归纳了网络攻击的通用框架。在2020年初步建设智能电网背景下,考虑到中国电网的信息安全系统也面临严峻的威胁和挑战,提出了包括从信息化战争视角提高对网络安全的思想重视水平、重审物理隔离、协同平衡系统安全与信息开放的几点思考,以及开展有效的安全演习、推进核心设备国产化等关于构建坚强的信息安全防御体系的几点建议。     

基于配电自动化终端配置方案的供电可靠性评估

建立了架空系统供电可靠性评估模型,分别以架空主干馈线故障和柱上开关故障为研究场景,在馈线满足N-1和不满足N-12种情形下,运用集中式馈线自动化故障处置原理,分析并推导了架空主干馈线故障和柱上开关故障时的户均停电时间计算公式。特别是针对“二遥”和“三遥”终端混合配置情形,枚举“二遥”和“三遥”终端不同数量、不同位置的配置方案,详细分析故障处理过程,推导得出基于“二遥”和“三遥”终端配置数量的架空系统故障平均停电时间计算公式。最后,以某架空区域配电自动化终端建设为例,对研究成果进行了应用。