考虑网络攻击因素的电网信息物理系统业务可靠性分析

电网信息物理系统(grid cyber physical system,GCPS)的主要特征是信息空间和电力空间的深度融合与交互影响。针对智能电网广域实时保护控制业务,首先研究了信息业务对物理系统可靠性影响的表征方式,建立信息设备关联的业务可靠性模型。在此基础上,引入设备可靠性因子,提出考虑攻击因素的信息设备可靠性评估指标,并给出了结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和贝叶斯网络的业务可靠性量化评估方法。通过算例研究,确定了考虑攻击因素的情况下系统的薄弱环节,并分析不同冗余程度的信息系统对业务可靠性的影响,并且与已有方法进行对比,验证了所提方法的可行性和合理性。     

孤岛微网信息物理系统可靠性建模与评估

为考察信息系统对微网可靠性的影响,从信息物理融合的角度提出孤岛微网可靠性建模与评估方法,更细致全面地刻画微网可靠性水平与运行风险。依据孤岛微网信息物理元件交互影响机理,基于马尔科夫过程理论建立了新的断路器元件三状态可靠性模型,为分析信息物理间接作用提供方法;考虑通信网络复杂性和冗余特征,借鉴传统通信网络利用关联矩阵和深度优先搜索评估连通性的方法,建立了基于连通性评价的信息系统可靠性模型;考虑孤岛微网优化运行状态对故障后果分析的影响,运用计及优化运行策略的系统状态生成方法,建立优化模型并求解。在此基础上,基于序贯蒙特卡罗模拟法,提出孤岛微网信息物理融合可靠性评估算法。通过对算例进行仿真测试,验证所提模型和方法的可行性和有效性,研究成果有助于推动微网可靠性评估的进一步发展。     

考虑继电保护系统的新一代智能变电站可靠性评估

新一代智能变电站已成为变电站未来的发展方向。目前针对新一代智能变电站一次系统或继电保护系统可靠性的评估仅限于系统本身,并没有综合考虑这两个系统对新一代智能变电站可靠性的影响,从而导致评估得到的可靠性指标偏高。首先根据新一代智能变电站继电保护的结构,建立了基于最小路集算法的可靠性模型。然后提出一种综合考虑继电保护系统及一次设备的等效可靠性指标,并利用上述模型及等效指标计算新一代智能变电站的可靠性。最后通过算例验证了所提方法的有效性。     

考虑软件失效的信息物理融合电力系统智能变电站安全风险评估

随着信息与通信技术在电力系统中的应用不断加深,电力系统由传统的电力设备物理层发展为信息物理融合电力网络。将应用软件定义网络思想到信息物理融合电力系统可以提高电网的灵活度及新功能和业务提供空间。在此背景下,智能变电站安全风险评估有必要考虑运行层信息通信硬件和应用层软件带来的影响。该文结合软件定义网络和信息物理融合电力系统的结构特征,将软件定义信息物理融合电力系统划分为应用层、控制层、信息设备运行层和物理设备运行层的多层次结构。在使用功能分解法建立软件定义信息物理融合电力系统下的智能变电站功能图模型的基础上,提出综合考虑应用层设备应用软件和应用层电网管理服务系统软件失效影响的智能变电站系统安全风险计算方法。最后以T1-1型连接变电站为例,计算并分析考虑应用层软件失效的智能变电站系统安全风险以及系统安全风险随软件失效率变化的趋势。     

智能变电站二次系统可靠性评估

目前电力系统可靠性的管理大部分是针对一次系统展开的,对二次系统可靠性的管理还很不完善,特别是针对智能型变电站二次系统可靠性的管理的研究还极少。从二次系统的物理结构出发,深入分析智能变电站二次系统的特点,将其抽象为网络模型来分析系统稳态正常工作概率。网络模型以智能变电站二次系统的通信链路为支路、以智能设备或子系统及交换机为节点;建立考虑通信链路传输数据可信性的支路可靠性模型以及考虑设备重要度的节点可靠性模型,设备的重要度因子用层次分析法模型获得,然后根据每个元素的可靠性数据计算得出系统的整体可靠性指标。最后通过算例表明,该法具有一定的合理性及实用性,对智能变电站设计具有一定的参考价值。     

基于可靠性框图法的过程层信息流最优控制技术

智能变电站过程层网络作为“三层两网”中的重要部分，其负责保护装置、测控装置、安稳装置及智能终端等智能电力电子设备之间的信息交互工作，过程层网络设备的运行可靠性直接关系到断路器能否及时切除故障设备。基于此，首先分析典型过程层网络组网结构及报文发布/订阅关系。其次，根据过程层不同信息对保护设备的影响程度，建立过程层信息分类方案。最后，采用可靠性框图法分析过程层设备的可靠性，指出过程层网络结构存在的问题，并针对性提出优化过程层网络结构的组网方案，研究优化后的组网方案对变电站现场运维管理工作的影响。     

含隔离式断路器的新一代智能变电站主接线可靠性评估及灵敏度分析

随着国家电网公司智能变电站建设的不断推进,提出了基于新型设备研制的新一代智能变电站主接线整体集成设计理念,从而实现电气主接线可靠性水平的提高和接线形式的优化。本文结合新型集成设备隔离式断路器的特点及其在主接线中的应用情况,基于邻接终点矩阵的最小割集算法,对采用常规断路器的双母线接线和采用隔离式断路器的单母线分段和双母线接线进行可靠性评估,同时对隔离式断路器的各项可靠性参数进行灵敏度分析。结果表明:隔离式断路器的使用能有效提高主接线的可靠性水平,同时简化接线形式,并且该设备的强迫故障率和计划检修停运时间两个参数对整个主接线可靠性影响较大。     

考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性评估

电网信息物理系统的最主要特征是信息系统与物理系统的深度融合与相互影响。针对电网信息物理系统中信息系统主要的监视与控制两类功能,建立功能失效模型,研究每类功能对电网信息物理系统可靠性评估影响的表征方式,建立考虑控制功能作用后的断路器的设备可靠性模型。在此基础上,分析监视功能失效所导致的电网事故蔓延状况,提出考虑信息–电力作用的电网信息物理系统可靠性评估方法。最后,对测试系统进行仿真测试,分析信息系统故障发生位置对电网信息物理系统可靠性的影响,验证了所提算法的可行性、必要性与有效性。     

考虑HI理论和在线监测误差的配电网可靠性评估

为实现配电网可靠性的实时动态评估,基于健康指数理论,提出了一种基于设备健康度评价模型的配电网可靠性评估方法。首先,根据设备指标类型建立健康度评估模型,并对各指标赋予权重,得到设备的健康指数;其次,由设备健康指数与故障率的关系求得设备的实时故障率,并进行配电网可靠性的实时评估;再次,提出了监测数据精度模型,考虑监测数据不准确会对可靠性造成影响,对设备的实时故障率进行了修正;最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性,并对比分析了由均匀分布和正态分布生成的指标数据对设备健康指数的影响,结果表明设备健康指数与数据类型和分布函数类型有关。     

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。     

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。     

基于信息物理接口矩阵的IEC61850变电站自动化系统可靠性分析

随着电力系统通信控制网络和物理设备网络交互的加深,基于信息物理融合发展的变电站自动化系统的综合可靠性问题亟待研究。以IEC61850实际变电站自动化系统为例,基于变电站主接线建立其信息物理融合框架,在该框架下将信息层保护元件对物理层主要设备的影响进行分类,提出用信息物理接口矩阵表征故障传播类别的概率。考虑信息层的影响,建立变电站自动化系统可靠性分析方法,以实际变电站为算例进行了可靠性计算分析,验证了所提方法的正确性。结合算例进一步分析可靠性指标,结果表明信息层故障将明显增大系统的故障损失,而对系统连锁故障风险的影响相对较小。针对信息传输延时进行灵敏度分析,结果表明负荷点期望缺供电力的变化幅度随过程总线传输延迟率的增加而显著提升。     

基于成功流法的配电信息物理系统可靠性评估

文章引入成功流法解决现有蒙特卡洛法应用于大规模配电信息系统可靠性评估耗时的问题。根据智能分布式的故障处理模式对信息物理系统进行设备及功能可靠性建模，利用同一系统内、不同系统间元件之间的依存关系定量分析信息系统故障对物理系统供电可靠性的影响，获得计及信息系统影响的成功运行频率概率和区域成功运行时间概率，并由此得到负荷点及系统可靠性指标。最后，将文章提出的方法与蒙特卡洛法进行比较，计算结果表明文章提出的方法具有较好的精度及实用性，在大规模配电信息物理系统中效率优势更为明显。     

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。     

分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估

分布式协同控制模式的提出,为解决未来配电网信息物理系统(CPS)中高密度、强随机性分布式电源接入问题提供了途径。但同时,配电网CPS信息物理高度融合的特点也方便了网络攻击者通过信息系统威胁电力系统的安全稳定运行。据此,提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法。首先,阐述了一种分布式电源等输出比协同控制策略,并对其收敛特性进行了分析和总结。其次,基于CPS风险评估框架,结合分布式电源协同控制策略及实际网络攻防策略的特点,提出配电网CPS风险评估模型;在此基础上,设计动态攻防博弈函数及博弈求解步骤,实现对于分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性的量化评估。最后,基于IEEE 34节点配电系统开展仿真测试,验证了所提方法的有效性。     

计及实时需求响应的综合能源信息物理系统可靠性分析

信息通信技术的飞速发展促使能源网络和信息网络耦合程度不断加深,为实时需求响应的实施提供了有效的技术支撑。为充分考察信息网络和需求响应技术对综合能源系统可靠性的影响,提出一种计及实时需求响应的能源-信息耦合系统可靠性评估方法。首先,构建综合能源信息物理系统框架并分析其实时需求响应机理;其次,建立信息传输可靠性模型,并采用混合蒙特卡洛法抽样元件状态、生成多时段故障场景;再次,将元件状态变量纳入能量平衡约束,以购能成本、负荷削减成本和需求响应成本最低为目标,建立最优负荷削减模型;然后,提出能源信息物理系统可靠性评估指标及评估流程;最后,通过算例分析了实时需求响应、物理域元件以及信息域元件对可靠性的影响,同时量化分析了物理元件和信息元件在系统中的重要程度。算例结果表明,不同元件对能源信息物理系统可靠性的影响不同,实时需求响应能够有效提升其运行经济性和可靠性;文章所述方法能够有效识别能源信息物理系统物理域和信息域薄弱环节,为其经济运行和强化建设提供参考。     

基于ADC的智能变电站二次设备效能评估

随着电力设备智能化的发展,对设备效能的分析有助于实现变电站的以可靠性为中心的维修和经济运行。文中在研究武器系统效能评估方法的基础之上,对电力二次设备的效能进行评估。采用可用性、可信性和固有能力(ADC)效能评估方法,建立二次设备在运行过程中的可用性、可信性和固有能力3个维度的量化模型。从板卡级别提取指标,建立二次设备固有能力指标体系,形成电力系统二次设备的效能评估模型,并针对智能变电站二次典型设备——合并单元,对模型进行了验证。     

Cyber-Physical Integrated Planning of Distribution Networks Considering Spatial-Temporal Flexible Resources

The rapid development of cyber technology and the increase of flexible resources have transformed the distribution network into a cyber-physical distribution system, while the accompanying multidimensional uncertainties have brought new planning challenges. In this paper, an innovative approach is proposed to effectively leverage distributed resources while considering the impact of cyber-physical coupling in distribution network planning. A cyber-physical integrated planning model of the distribution network is proposed, considering the effects of spatial-temporal flexible resources and multi-network coupling. Specifically, a three-layer optimization model is established and analyzed by the simulate anneal-particle swarm optimization algorithm. The upper layer achieves the optimization of the location and configuration of energy storage systems and smart terminal units. The middle layer optimizes the data load migration strategy using spatial-temporal flexible resources to solve the voltage exceeding problem caused by high penetration of distributed power access, while the lower layer optimizes the cyber side communication topology, improving the convergence speed and control performance of the distribution network. Then, the optimization model is analyzed iteratively with objective functions including total planning cost, operation excess loss and distributed control performance. Finally, the effectiveness and economy of the proposed planning scheme is verified and compared to traditional methods.     

考虑多层耦合特性的电力信息物理系统建模方法

从信息物理融合的角度出发,综合考虑电力网、通信网和信息网的关联关系和耦合特性,提出了一种电力信息物理系统分层建模方法。首先,提出了考虑多层耦合特性的电力信息物理系统三层模型框架。然后,基于电网稳态潮流方程,考虑通信传输过程和信息决策过程,对电力网、通信网和信息网进行了分层次建模。针对信息网的监控功能和信息流的传递方向不同,建立了负责信息传递的上行/下行通信通道模型,再以网间接口模型关联电力网、通信网和信息网,推导出考虑多层耦合的电力信息物理系统一体化模型,显现了电力网、通信网和信息网的功能关系。最后,用IEEE 9节点和39节点系统构建的电力信息物理系统模型,基于潮流计算和拓扑分析方法,以最小切负荷为优化目标,定量推演信息网的感知决策过程和模型参数的变化对电网运行状态的影响,验证了所提出建模方法的有效性,适用于分析网络攻击、连锁故障演化机理等场景。