基于知识图谱与细胞自动机模型的配电网信息系统风险分析

为了刻画配电网中信息系统的风险传播过程,保障电力系统安全可靠运行,利用知识图谱与细胞自动机技术相结合的方法实现对配电网信息系统的风险分析。首先利用知识图谱方法对配电网采集的多源异构信息开展风险知识提取和融合,实现对信息系统风险的静态分析。其次,构建配电网风险分析的细胞自动机模型,设计细胞在正常状态与故障状态之间的转变机制,实现对配电网信息风险发展过程的动态分析。最后结合仿真实验,验证了所提方法能够实现对配电网信息风险跨空间传播过程的有效刻画。     

基于知识图谱的配电网综合评价

为方便工作人员学习和掌握配电网综合评价知识,能够全方位感知配电网运行状况,将传统配电网综合评价方法与具有互联性、开放性、结构化和形象化刻画知识的知识图谱技术相结合,提出了一种基于知识图谱的配电网综合评价方法。首先采用自顶向下和自底向上相结合的图谱构建方式,从模式层和数据层2方面构建图谱,并将其分为配电网实体图谱、评价逻辑图谱和案例图谱。其次,分析核心构建技术,知识推理技术,并结合实际评价场景,为评价流程各环节的实现提供思路。最后基于上述方法,展示实际评价案例中的评价逻辑图谱,验证了所述方法的可行性。     

基于知识图谱的低压配电网拓扑结构辨识方法

低压配电网中正确的拓扑关系是至关重要的。低压配电网实际拓扑结构因运维需要变动频繁且巨大,配电网信息系统中的数据更新不及时、流通性低以及质量差等不能正确反映低压配电网的实际拓扑结构,有必要进行拓扑辨识。知识图谱技术可以清晰地反映出数据间的现有关系,推理挖掘出隐藏知识,适用于低压配电网的拓扑辨识。因此应用知识图谱技术于拓扑辨识中,首先分析知识图谱构建方法,运用知识图谱技术,对多个低压配电网信息系统中的数据进行整合,推理出缺失数据,挖掘出各数据之间的关系。然后构建出低压配电网拓扑结构的知识图谱。最后结合《低压配电网基建工程典型设计规范》以及语义分词技术,对低压配电网信息系统中的户变关系进行辨识。算例实验效果良好,表明所提出的辨识方法具有理论价值和实际应用价值。     

计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估方法

配电网短期可靠性可有效反映系统的运行风险,而分布式电源出力变化、网络重构与信息系统状态都是其重要影响因素。为此,提出了计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估模型和方法。首先构建基于马尔可夫过程的配电网元件短期停运模型,然后建立考虑故障重构与信息物理耦合的有源配电网故障后最优负荷削减模型,提出基于有向虚拟多商品流模型的考虑故障重构与孤岛划分的最优负荷削减策略,建立适用于故障重构与孤岛划分的辐射状拓扑约束以及考虑信息系统对配电网支撑作用的信息约束,实现对故障后果的精确分析。在此基础上,提出基于模型驱动的有源配电网短期可靠性评估方法,并进一步针对基于模型驱动的方法所存在的快速性不足缺点,采用“离线建模,在线评估”思想,提出基于最小二乘支持向量机的改进短期可靠性快速评估方法,实现了短期可靠性的快速评估。基于算例分析了负荷削减策略、分布式电源出力、信息物理耦合对系统可靠性的影响,验证了所提方法的有效性以及所提负荷削减策略对可靠性提升的优越性。     

信息系统状态检修研究与应用

为了在运维过程中能够对信息系统运行状态进行及时评估,排除潜在的风险因素,提出了信息系统状态检修的方法。该方法规定了一些检修指标和评价方法,据此给出系统状态检修的评价结果,并根据评价结果制定了相应的检修策略,最后通过在实际运维工作中主机、数据库的状态检修工作,证明了将状态检修方法与信息系统实际运维相结合可以实现信息系统故障预警、辅助分析、状态和风险评价等多项功能,可为信息系统安全稳定运行提供重要保障。     

基于变权FAHP的配电CPS风险评估方法

为了更好地分析和评估配电信息物理融合系统发生故障时所造成的风险,提出一种基于变权模糊层次分析法FAHP(fuzzy analytic hierarchy process)的配电信息物理融合系统风险量化评估方法。首先,考虑网络安全分区及安全漏洞对设备功能的影响,提出配电信息物理融合系统风险指标量化方法;然后,利用模糊层次分析法以确定不同指标相对权重并利用变权重公式对相对权重进行修正;再基于改进攻击图理论建立配电网信息物理融合系统风险传播模型,实现跨空间故障传播的配电网信息物理融合系统风险评估;最后,基于IEC61850标准构造配电子站模型进行仿真。仿真结果验证所提方法的正确性和有效性。     

考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估

提出一种考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估方法。建立表征信息系统支撑作用的网络连通性模型和信息传输时延模型,在此基础上研究故障定位、隔离和供电恢复各阶段的可靠性模型,并进行故障后果分析。利用事件树分析故障处理的时序过程,定量描述信息系统失效对物理系统故障处理结果的影响。利用序贯蒙特卡洛方法模拟信息物理系统的时序状态序列和故障处理的动态过程,并计算系统可靠性指标。最后,针对影响信息系统功能的2个主要因素:信息元件自检率和信息传输时延,进行灵敏度分析。算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

改进状态抽样法及其在含微网配电网风险评估中的应用

研究了配电网短期风险评估的方法以及微网配置对配电网风险指标的影响。系统状态选择采用改进的状态抽样法,简化抽样过程的同时兼顾系统的时序性,所用负荷和新能源电源出力模型能方便刻画其随时间的波动性。采用最小时段分割的方法精确统计停电时间、停电电量等状态后果,结合改进抽样法的特点,用综合计及概率与后果的电量类和经济类风险指标评估系统风险。以改造的RBTS BUS6 系统为例进行24 h短期风险评估,结果反映微网的接入可在一定程度上降低配电网的失电风险。     

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。     

馈线功率控制下的主动配电网信息物理风险演化分析

在主动配电网信息物理系统中,信息系统与物理网架之间存在强耦合关系。在电网复杂的信息物理交互作用下,信息系统的异常或故障会直接影响并降低电力系统的运行水平,甚至引发严重的连锁故障。且相对于传统电力系统,电网信息物理系统的风险致因因素更多,交互机理更复杂,监测识别更困难。电网信息物理系统的安全风险问题已成为当前亟待解决的基础问题之一。以主动配电网为研究对象,对信息侧架构与信息物理交互机理进行分析,建立了信息攻击下的风险传递模型,揭示了故障在配电网信息物理系统中的演化机理。最后,在DIgSILENT中搭建仿真算例进行实例分析,验证了所提出模型的正确性,并对未来配电网如何抵御信息侧风险,加强安全风险防护水平提出了建议。     

基于网络依存关系的CPPS连锁故障分析及风险评估

信息系统的融合给电网安全运行带来了新的风险，因此有必要研究电力信息物理系统(cyber-physical power system, CPPS)连锁故障的产生及传播机理。首先建立CPPS部分相互依存模型，采用老化因素、潮流、隐性故障、偶然因素构建电网风险元，采用信息占用率、拓扑结构、网络攻击、节点负荷以及依存关系构建信息网风险元，从而将风险元理论应用于CPPS连锁故障预测过程。其次提出一种同时考虑两网失负荷率的风险计算方法，可以识别骨干层与接入层的关键节点。最后分析信息节点自身故障和网络攻击引起的信息节点失效对连锁故障的不同影响。算例分析表明：依存关系会促进故障在两网传播，增大系统的风险；对CPPS进行整体分析能较全面地评估连锁故障风险，识别关键信息节点；同时遭受网络攻击与信息节点自身故障的CPPS的平均风险最高，需采取措施提高其可靠性。     

基于Forney式因子图的主动配电网状态估计

实时准确的运行数据是实现主动配电网在线运行分析与智能化控制管理的基础。为了解决配电网实时量测不足带来的估计结果不理想的问题,依据通信领域的置信传播(BP)算法,提出一种基于Forney式因子图的主动配电网状态估计方法。考虑到具体用户量测的稀缺性及分布式电源运行时受气候影响的随机性,该方法首先通过历史负荷曲线获得先验分布,为配电网建立了统计学的计及光照辐射度及风速的Forney式因子图模型,然后利用BP算法全局推理变量节点及因子节点双向传递的本地置信度和状态信息,来获得各状态变量的边缘分布。通过对某地区11节点配电网系统和IEEE 33节点配电网系统进行仿真,表明了所述方法具有良好的实时性且在配电网实时量测不足的情况下也有较理想的估计结果。     

配电网电气连通性分析的快速算法研究

配电网络电气连通性分析是配电自动化系统的基础,现有的连通性分析算法或者速度慢,或者算法的重用性差.当开关状态变化以及网络规模扩大时,都会对算法的有效性和实时性产生影响.针对这一问题,文章结合图论理论和配电网的特点,提出了一种基于索引表和相邻点表的连通性分析算法,算法通过构造支路状态矩阵来反映开关运行状态的变化,运用索引表和相邻点表来描述图的结构,压缩了数据的存储空间;并采用连通片生长法进行连通性搜索,有效地降低了算法的耗时.验算结果表明,该算法具有内存开销少,计算速度快等优点.同时,该算法可推广应用于其它与图的连通性检查有关的问题中.     

基于图论的配电网电气连通性分析算法

配电网电气连通性分析是配电网管理系统的基础,目前常用的电气连通性分析算法主要是邻接矩阵法,该方法由于具有结构性强、分析过程清晰而得到广泛的应用;但当网络规模充分大时,该方法用于连通性分析的运算时间将随节点数n的平方增长,算法时间开销大.文章结合图论理论和配电网的特点,提出了一种连通性分析新算法,算法通过构造支路状态矩阵来反映开关运行状态的变化,运用索引表和相邻点表来描述图的结构,压缩了数据的存储空间;并采用连通片生长法进行连通性搜索,降低了算法的时间复杂度.验算结果表明,该算法具有内存开销少,计算速度快等优点.同时,该算法可推广应用于其他与图的连通性分析有关的问题中.     

基于元胞自动机演化的环网拓扑着色新算法

针对在线监测系统中网络拓扑分析受嵌套环网结构限制的问题,提出了一种新颖的元胞自动机演化算法。在构建环网拓扑的基础上,基于元胞自动机、近邻粒和演化阶等定义,推导了网络拓扑的反演分析模型,给出了自动机算法实现流程。利用新算法完成了3个数值实验,实验结果表明新算法能满足工程应用需求,演化阶越大,推演代数越少,对于满阶自动机,只需推演1代便达稳定。     

用于配电网分布式抗差状态估计的自动分区

网络分区是进行配电网分布式状态估计的基础。分析配电网的网络结构特点,从各分区计算量均衡的角度出发,借助图论中网络的快速搜索能力,通过编程对配电网进行自动分区,从而实现状态估计的并行计算。为改善状态估计算法的抗差性,采用指数表达的权重系数,在迭代过程中降低不良数据在目标函数中权重值,从而减少不良数据对目标函数和估计结果的影响。这种基于分区的配电网分布式抗差状态估计算法可以实现对配电网的自动合理分区,有效地提高状态估计的计算速度,改善了算法对量测量的抗差性。通过IEEE-118节点算例的计算分析,说明了算法的可行性。     

基于复杂网络理论的主动配电网多级运行风险快速评估

主动配电网运行状态的时变性、网络元件的多样性和随机模糊性、自动化系统的主动自愈性对系统的安全稳定运行提出了新的挑战。将复杂网络理论应用于风险评估,建立了一套具有运行风险快速预警能力、多级运行风险分析能力、全面体现时空间及动静态运行风险能力的主动配电网运行风险评估体系。该体系依托主动配电网自动化系统及可信性理论等数学工具,能够对网络结构和元件的变化进行实时响应并给出定性和定量的多级运行风险评估结果以协助主动配电网调度工作,从而降低系统风险,防止大面积停电事故的发生。最后,通过实例仿真验证了所述评估方法的可行性、快速性、灵活性和适用性,为复杂网络理论在电力系统中的应用提出了新的研究及应用方向。