考虑节点的桥重要度的城市电网结构脆弱性分析

电网中存在某些具备"桥"特征的节点,此类节点连通若干重要的分区,但因其自身节点度数较低,往往不易被识别。为了分析电网结构脆弱性,本文定义了节点的桥重要度,该指标综合考虑节点度数和所连接线路的相对重要程度,解决了当节点度数相同时无法判断相对重要程度的问题。同时,仅需网络的局部结构信息即可判断出其中更重要的"桥节点"。以天津电网2018年冬季运行方式为例,进行电网结构脆弱性分析。仿真结果表明所提出的桥重要度比节点度数、介数等拓扑特征指标,更能反映出电网结构上的薄弱环节,特别是能够辨识出电力输送通道上关键的桥节点,对电网规划及运行具有指导意义。     

基于节点流量重要度的电网关键节点辨识

当电力系统发生大规模连锁故障的时候,电网中的某些关键节点可能会对故障的扩大起着推动的作用。为了提高关键节点辨识的准确性以及更好地预防大规模连锁故障的发生,本文提出了基于节点流量重要度的电网关键节点辨识方法。该方法通过定义节点传输贡献度指标和节点传输效率,然后基于电网节点潮流传输贡献重要度矩阵,计算各节点的节点流量重要度并进行比较。最后,通过对IEEE 39节点系统和南方某区域电网进行仿真,所得仿真结果表明本文所提方法计算的指标可以定量表征某个节点在潮流传输及其在电网拓扑结构中的重要度,可以有效、准确地辨识出电网中的关键节点,判断它们在交直流电网自组织临界演化过程中的作用,对预防系统向连锁故障临界状态演化有着重要的意义。     

基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点识别

电网中少数关键节点的故障可能会引发连锁故障,从而对电网的安全稳定运行造成巨大影响。因此,识别出电力系统的关键节点并进行重点保护对预防重大停电事故具有重要意义。在此背景下,该文提出了基于改进节点重要度贡献矩阵的电网关键节点的识别方法。首先,基于功率转移分布因子(power transfer distribution factors,PTDF)定义改进的电气距离,在此基础上提出了反映节点间连通性的节点效率指标;接着,为了更好地体现节点的局部和全局重要性,对节点重要度贡献矩阵进行改进,并提出基于改进节点重要度贡献矩阵的节点重要度评估方法;然后,为了比较不同关键节点识别方法的优劣,提出并定义了网络可供电能力和网络效能指标;最后,基于新英格兰10机39节点系统,通过模拟对关键节点的攻击以及与其他方法的比较,验证所提出的关键节点识别方法的有效性和正确性。     

考虑威胁传播特性的电力CPS安全态势评估方法

电力信息物理系统（cyber physical power system, CPPS）（简称电力CPS）在提高智能电网的信息化、自动化、智能化程度的同时,也带来了一些潜在的风险问题,这是由一次系统与二次系统耦合过程中的复杂机理导致的,该类风险具有级联性和隐蔽性。在此背景下,提出了一种考虑威胁传播特性的电力CPS安全态势评估模型。首先,将电力CPS抽象为一个网络,将系统中的资产定义为网络节点、资产间存在的连接定义为网络的边;然后,将资产间的威胁传播定义为威胁传播树,并对电力CPS中各资产重要性进行量化评估;最后,采用一种适合该场景精确度与时效性的折中决策隶属度函数,在过滤后的信息基础上使用改进威胁传播树进行态势评估,并在IEEE-30节点系统上进行算例分析,仿真结果验证了所提模型的可行性和有效性。     

基于厂站-设备两级电力信息耦合模型的信息设备重要性评估

电力监控系统不仅会受到电力网一次设备的影响,还会面对信息层面网络攻击的威胁,因此评估通信设备的重要性对网络安全及大电网的安全稳定运行尤为重要。针对一般电网的电力监控系统与电力网高度耦合的特点,建立了基于厂站-设备两级的信息网与电力网耦合模型：第一级是由发电厂、变电站、调度中心组合而成的厂站级相依网络,第二级是由通信设备与电力设备组合而成的设备级复杂网络;构建了两级耦合网络的通信节点重要度指标和信息网络脆弱性指标;以山东省济南市某小型电网的电力监控系统为例,计算其网络指标,验证了该方法的有效性。该文对信息网络的风险评估具有指导意义。     

考虑信息设备故障的综合能源信息物理系统可靠性分析

综合能源信息物理系统(integrated energy cyber physical system, IECPS)中信息系统失效将会对系统可靠性造成一定程度的影响,为研究信息系统中信息设备故障对综合能源系统可靠性影响,定义了信息物理子系统的概念并提出了一种适用于综合能源信息物理系统的可靠性评价指标。首先,基于马尔科夫过程蒙特卡洛法(Markov chain Monte Carlo,MCMC)建立多时段状态概率模型。其次,建立了综合能源信息物理系统模型,分别利用复杂网络理论和能源集线器技术建立了信息系统静态模型和物理系统数学模型,并对信息系统作用过程进行分析和建模。最后,利用提出的可靠性评价指标同时考虑系统供能水平,分析了不同情况下信息设备故障对综合能源系统可靠性的影响,以及系统可靠性对不同信息设备的敏感程度。算例以某综合能源信息物理系统为例,按照上述评估指标和方法评估信息设备故障对综合能源系统可靠性影响程度,结果可为综合能源信息物理系统的规划和运行提供参考。     

考虑天气影响的配电信息物理系统可靠性评估

电力与通信深度融合是配电网发展的趋势,而天气又是影响配电网可靠性最主要的要素之一,研究评估考虑天气影响的配电信息物理系统可靠性很有必要。首先,选取对电力元件故障和通信元件故障影响最大的天气要素,并对天气要素进行区间划分,构建适合分析电力元件故障和通信元件故障的天气状态模型;其次,结合配电网历史故障数据和历史天气数据,构建以天气状态为变量的电力元件故障概率模型和通信元件故障概率模型;接着,针对通信元件故障使得监视和控制失效而造成的后果评估,给出配电网失负荷量化分析方法;然后,综合考虑电力元件和通信元件故障,提出基于蒙特卡洛方法的配电网信息物理系统可靠性评方法;最后,在改进的IEEE 33节点测试系统进行仿真测试,验证了所提算法的可行性和有效性。     

计及信息-能量耦合节点重要度的主动配电网灾后孤岛划分方法

针对自然灾害导致的主动配电网连锁故障问题,提出了一种计及信息-能量耦合节点重要度的主动配电网灾后孤岛划分方法,以实现对重要节点的持续供电。基于电力网络与电力通信网的耦合关系,以电力网络为基础网,构建分布式信息物理系统的网络架构,并结合能量流与信息流二者的业务特征,通过主客观相结合的赋权方法得到耦合节点的重要度;基于全局信息发现模型,通过局部信息交换获取全局信息以完成孤岛划分模型输入参数的获取,满足灾后的通信需求;通过控制自动开关设备、分布式电源(DG)和储能的开关状态,将主动配电网划分为多个由DG或DG与储能协同供电的微电网,以实现等效恢复负荷的最大化。通过算例仿真验证了所提方法的有效性。     

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。     

考虑EPON的配电网信息物理系统可靠性评估

对于信息-物理高度耦合的配电系统,通信网络对配电网供电可靠性的影响不容忽视。本文以EPON冗余保护组网方式为基础,分析了配电网故障过程中信息链路有效性丢失对其自愈控制过程的影响,借助区域邻接矩阵,结合信息系统失效模型给出了故障后区域的分类算法,提出了一种涵盖不同信息系统失效模式的可靠性评估方法。建立同时考虑系统建设综合费用、通信网络组网方式以及系统可靠性的智能终端优化配置模型,采用遗传算法进行求解。最后通过案例验证本文方法的可行性,并对比分析了EPON信息元件故障率、EPON组网方式对配电信息物理系统可靠性的影响。     

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。     

基于熵理论的电力网络节点重要性评估

为评估电网节点重要性,综合考虑节点脆弱性和抗毁性两方面,构造出评价节点重要性的指标——修正权熵,该指标物理意义明确,比以往单纯考虑网络结构或者单独考虑电网电气特性的方法更高一筹,且思路简单,便于计算。通过算例分析,并与现存方法比较,验证其有效性。     

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。     

电力CPS的架构及其实现技术与挑战

引入前沿信息技术并把电力系统和信息系统进行深度融合是实现电力系统智能化的关键。信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)是通过3C(computation,communication,control)技术将计算、网络和物理环境融为一体的多维复杂系统,通过多技术有机融合,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有非常广阔的应用前景,因而在国际上受到了普遍重视。在此背景下,基于CPS概念并结合电力系统特点,提出建立电力CPS的思路和框架。首先,概述了CPS的概念、主要功能和技术特征。之后,构造了电力CPS的架构和主要组成部分,指出了实现电力CPS的若干关键技术。最后,从基础理论、建模方法、仿真算法、安全性分析、可靠性分析、系统设计与规划、运行调度、标准化等方面讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。     

基于状态依存矩阵的电力信息物理系统风险传播分析

在电力信息物理系统中,风险可以从信息层向电力层传播,针对电力信息物理系统的风险传播研究尤为必要.考虑电力信息物理系统的风险传播路径,文中提出跨系统故障状态传播的最优化模型,计算得到电力信息物理系统风险传播的五阶段风险状态依存矩阵.同时,考虑电力信息物理系统各网络风险传播周期差异、物理和业务逻辑连接差异,对风险状态依存矩...     

基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法

电网信息物理系统(电网CPS)中信息层和物理层的紧密耦合,使得信息或物理的失效都会对电网CPS的正常运行造成影响。文中提出了一种基于关联特性矩阵的电网CPS建模方法,对电力系统控制应用中信息流与能量流的复杂耦合关系和交互机理进行梳理与建模。该方法首先对实际电网CPS逻辑进行梳理与抽象,得到电网CPS基本分析单元;然后,采用多元组定量描述信息节点、二次设备节点和通信节点的外特性,采用关联特性矩阵的方法定量描述电网CPS中物理层、二次设备层、通信层、信息层内部及其相互之间的逻辑关联关系及特性,形成完整的电网CPS耦合模型。最后,基于电网CPS模型对实际电网CPS应用系统进行分析,说明模型的使用方法,验证模型的合理性和有效性。     

基于复杂网络重叠社区电网节点重要度研究

随着电力网架的不断增大和复杂网络特性的发展,传统的分区方法难以满足大网络分析,而电力系统关键节点的识别研究,有助于对系统的安全稳定进行监测和控制。基于此,结合电网的重叠社区结构和系统运行特性,考虑线路的电抗值,提出了一种新的电网节点重要度评估指标模型,并利用IEEE 118节点系统进行计算验证,结果表明该模型具有一定的实用价值。     

基于最优中心参数的多中心校正内点最优潮流算法

为加快最优潮流(optimal power flow,OPF)问题的求解,基于最优中心参数(optimal centering parameter,OCP)及改进多中心校正(improved multiple centrality corrections,IMCC)技术,提出一种求解最优潮流(optimal power flow,OPF)问题的新型快速内点算法(OCP-IMCC interior point method,OCP-IMCCIPM)。结合均衡距离–评价函数(equilibrium distance-quality function,ED-QF),给出最优中心参数评价模型,采用线性化技术对模型近似,以降低模型计算量。利用线搜索技术实现近似模型求解以确定最优中心参数,该参数使得所提算法具有更多的优势步和更少的迭代次数。IMCC技术可进一步拉大迭代步(尤其是非优势步)步长,实现算法更快收敛。14—1047节点系统的仿真结果表明,与其他多种内点算法相比,所提OCP-IMCCIPM算法具有更大的迭代步长和更快的收敛速度以及更好的计算效果。