智能电网统一信息系统的框架、功能和实现

提出在智能电网中建造覆盖电网全域的综合处理电网信息的统一计算机信息系统。该系统将构建在遍布于全电网中由网络互联的服务器计算机上,与电网现有的分布和分层式控制和管理结构结合,包含4个基本的信息处理应用子系统,即数据库群子系统、任务处理子系统、状态检查和监视子系统以及人机信息交互子系统。阐述该统一信息系统及其子系统的框架结构、功能要求和实现途径。     

电网信息物理融合系统关键问题综述

能源传输技术、存储技术、信息通信以及高性能计算技术的发展为有效利用分布式可再生能源提供基础,实现能源互联的关键在于将前沿的计算、通信、控制技术与电力系统有机结合。分析能源互联网和信息物理融合系统(cyber-physical systems,CPS)的发展趋势;介绍电网信息物理融合系统(grid cyber-physical systems,GCPS)的概念;着重探讨当前可用于GCPS设计的理论和技术最新进展,并结合已有研究成果说明该领域亟需突破的信息通信关键技术。     

电网信息物理系统态势感知:现状与研究构想

电网信息物理系统(GCPS)态势感知是电力一次系统安全稳定运行控制和信息系统主动安全防御的决策基础。单个系统的态势感知因没有考虑信息空间影响及交互影响,不能表征信息物理系统的整体态势,而目前将GCPS中信息系统和物理系统融合的协同态势感知研究成果较少。为此,对电网和信息网络2个领域的态势感知研究进行了综述,讨论了GCPS态势感知的必要性,定义了GCPS态势感知的概念,构建了GCPS态势感知的研究框架,阐述了GCPS态势感知的关键问题和关键技术,给出了可能的应用场景。最后,针对具体案例,给出了GCPS电网侧和信息侧协同的态势感知和防御思路。     

并网逆变器频率耦合特性建模及系统稳定性分析

基于阻抗的稳定性分析方法被广泛用于分析并网逆变器与电网互联系统的稳定性。阻抗建模时,通常认为三相互联系统可以分解为相互解耦的正序子系统和负序子系统,并且每个子系统在频域上都具有单入单出的特性。但是,当系统存在频率耦合时,正负序阻抗不再解耦,原有的稳定性分析方法也不再适用。针对并网逆变器,推导并验证了考虑多种频率耦合原因情况下的并网逆变器的频率耦合特性解析模型。基于推导的模型,进而分析了频率耦合特性的影响因素,以及频率耦合对并网逆变器系统稳定性的影响。     

链式电网动态稳定下多断面耦合特性研究

子系统网架结构及内部潮流对互联系统动态稳定性能有一定影响。针对多断面间呈链式结构的电网,为研究不同断面对系统稳定的影响差异性及断面间耦合特性,提出了动态稳定下链式电网断面相对敏感度与耦合度的计算方法。根据断面潮流与两侧角度差的关系,分析了断面潮流调整下互联系统送受端相对角度与扰动下振荡阻尼比的变化规律。对断面间耦合机理的研究表明,断面敏感度与其等值联系电抗、两侧角度差及送端机群惯量等因素有关。三机系统及实际链式电网算例的分析结果验证了方法的有效性与可行性,能够为实际电网动态稳定运行中断面潮流间的协调控制提供可靠依据。     

考虑风光出力不确定性的电–气互联系统脆弱线路辨识

在电力系统和天然气系统紧密耦合的背景下,任意子系统中任意脆弱线路的扰动或故障都可能会传播到另一个子系统,进而引起整个电–气互联系统的故障。为此,提出一种电–气互联系统脆弱线路辨识方法。首先,提出考虑风光出力不确定性的电–气互联系统协调调度随机优化模型,求解得到电–气互联系统故障前后的运行状态;而后,基于局部集中度和潮流变化熵分别从拓扑结构脆弱性和运行特性脆弱性两方面分析电–气互联系统中线路的脆弱性,构建综合考虑线路拓扑结构脆弱性和运行特性脆弱性的电–气互联系统线路脆弱度指标,对互联系统的脆弱线路进行辨识。通过计算脆弱线路断开后互联系统的测地线脆弱度(geodesic vulnerability)及供需不平衡量,对所辨识的脆弱线路进行评估。6节点电网–7节点气网和24节点电网–20节点气网2个电–气互联系统的算例分析结果验证了所提脆弱线路辨识方法的有效性。     

基于谱聚类的黑启动子系统划分

互联电网发生大停电事故后,将电网划分成几个子系统并行恢复,可以加快系统恢复进程.文中研究基于谱聚类算法的黑启动子系统划分方法,根据黑启动电源的数目及其分布,以子系统规模相当、系统内部联系紧密等为子系统划分原则,以电网拓扑Laplace矩阵的第一和第二小非平凡特征向量中各节点对应元素为聚类对象进行聚类计算得到子系统的划分方案.该算法基于复杂网络的社团结构发现原理,具有严谨的理论依据.以IEEE39节点和IEEE118节点系统为例验证了所提算法的有效性.     

大型互联电网可用输电能力分解计算法

中国区域电网间能源分布不均衡,要将大型能源基地的电能进行大容量远距离传输,因此,计算大型互联电网可用输电能力(available transfer capability,ATC)十分必要。然而,由于完整数据收集较为困难,大型互联电网的ATC无法直接计算。针对上述问题,提出种大型互联电网ATC的分解计算法。其基本原理是:按照自然分区,将大型互联电网划分为若干可直接计算出ATC的子系统,然后,根据子系统间的串联或并联关系,基于已得到子系统的ATC间接计算大型互联电网的ATC。分别建立了串、并联确定性ATC与概率性ATC的计算模型;在计算子系统ATC时,运用了Ward等值思想对其余系统进行等效,可有效处理子系统间复杂连接的情况。算例结果验证了所提计算原理的正确性和计算方法的可行性。     

互联电网中基于DSP的多元保护信息数据库研究

概述了电网数据语言,同时分析了互联电网中多元保护信息的特征;面对复杂的非线性的大规模互联电网,电力系统保护的任务日益艰巨,因此实现多种继电保护集成与集中处理、共享各类信息是建立多元保护信息数据库的重要依据。文中研究了互联电网中基于数字信号处理(DSP)的多元保护信息数据库（MPIDB）的设计过程,并建立了相应的结构体系。计算机仿真表明在互联电网中使用MPIDB,其效能、效率和效益均比传统保护好。     

基于灵敏度分析的多区域互联电力系统状态估计

研究了多区域互联电力系统的状态估计问题,提出了基于灵敏度分析的互联电力系统的状态估计方法.该方法将互联系统联络线两端子系统状态估计独立计算所得线路功率不匹配量作为各子系统的虚拟变化量测量,基于各子系统量测量、状态量和功率估计值之间的灵敏度关系,计算修正各子系统状态量和功率估计值,迭代求解互联系统状态估计解.仿真试验结果充分说明该状态估计方法计算结果准确、速度快,且在互联系统计算中心无法获得部分子系统数据情况下,能够最大限度地准确给出互联的可观测系统状态估计解.     

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。     

提升电力信息物理系统韧性的通信网鲁棒优化方法

依赖于先进信息技术的现代电力系统是典型的信息物理系统。电力信息物理系统不仅在业务层面存在能量流与信息流的耦合,在网架拓扑层面,物理电网和电力通信网因采用光纤复合架空地线等也存在高度的耦合特性,因此存在着故障跨空间传播的风险。为提高电力信息物理系统的韧性,基于建立的信息流及通信网模型,文中定义了一种考虑信息-物理耦合的信息流关联负荷度指标及通信网关联负荷度指标,并提出了一种面向极端场景下电力信息物理系统韧性的通信网鲁棒优化方法。该优化方法可用于电力通信网中与负荷相关的传输网层面关键业务,将重要的信息分配到更可靠的链路上,实现极端场景下电力信息物理系统韧性的提升。基于中国广东电网的实际算例系统验证了所提方法的有效性,该方法已初步应用于广东电网原型系统。     

基于攻击图的电网信息物理融合系统风险定量评估

由于信息和通信技术的广泛应用,现代电网已成为一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统,即电网信息物理融合系统(电网CPS)。信息系统与电力系统的深度融合使得电网面临更多的网络威胁。在此背景下,本文提出了虚假数据注入攻击下的电网信息物理融合系统风险定量评估方法。针对攻击建立了数据流传递的电力信息安全模型,将攻击分为两个过程:首先选择变电站注入虚假数据,然后基于通信拓扑图构建了流传递路径,采用攻击图量化攻击源信息传递模型,并基于故障下最优负荷削减策略对电力系统潜在后果进行了定量评估。最后通过算例研究,确定考虑网络攻击因素下系统的薄弱节点,验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

基于最大流理论的电力网关键线路和节点辨识

从结构性视角提出一种准确辨识电力网关键线路和节点的方法。该方法基于网络最大流和复杂网络理论,定义传输贡献度作为电力网关键线路和节点辨识依据,表征它们对实现电力网电能传输功能体现出的承载和贡献能力。该方法克服了现有研究中假设潮流沿着母线间最短路径传输的缺陷,依据网络整体结构考虑不同电源—负荷节点对间所有参与功率传输的路径;同时将电力网作为有向加权网络考虑,计及了线路最大有功传输容量约束,物理背景更符合电力工程实际。对IEEE 39节点系统进行仿真计算并将结果与现有方法对比,验证了所述方法的合理性和有效性。     

电网工程核心物理架构经济映射

基于区（省）内电网工程物理架构特性,分析新建工程对电网安全可靠性和经济性的影响,构建电网影响物理指标集并基于直觉模糊集法和解释结构模型,提取深层、间接以及直接的物理效益指标,根据电网投资经济意义,提出电网核心物理架构经济映射。通过电网核心物理架构经济映射,可以进一步核算区（省）内电网工程经济效益。     

计及拓扑结构和运行状态的支路重要度评估方法

准确快速地识别出关键支路,对于提高电网运行的稳定性及防止大停电事故的发生具有重要意义。文中将复杂网络理论和熵理论有机结合,从结构和状态两个角度对支路重要性进行综合评估。首先,提出计及传输裕度率的有功输电介数指标,以衡量支路的传输能力及其在电网拓扑结构中的重要度;然后,提出基于改进潮流转移熵的冲击性指标,以量化支路开断对系统造成的潮流冲击;最后,建立了包括有功输电介数和冲击性指标的支路综合重要度评估指标,以充分衡量支路在电网中的重要性。利用IEEE 39节点系统进行仿真,其仿真结果证明了该方法有效且合理。     

电网运维大数据背景下的继电保护通信系统故障定位方法

针对承载继电保护业务的光纤通信系统频发多通道同时告警事件导致故障定位困难的问题,基于电网运维大数据和贝叶斯网络模型处理方法,提出了一种继电保护通信系统故障定位方法。结合继电保护故障信息管理系统(RPMS)、通信网管系统告警信息和调度运行管理系统(OMS)信息缩小故障定位范围,然后基于由历史运维数据计算得到的先验概率,通过改进的贝叶斯算法进行故障概率计算,推断出故障原因,借助通信资源管控系统信息进行故障定位。算例的计算结果证明了该方法的有效性和准确性。该方法对于多区域并发性故障定位同样适用。