新型电力系统中跨域连锁故障的演化机理与主动防御探索

新型电力系统实现了新能源电源与多元负荷的广域互联以及信息流与能量流的动态交互,但亦面临愈加严峻的安全威胁.攻击者可发动网络攻击,在多个电力节点引发一系列时空协同的电力故障,形成跨越信息域与电力域的连锁故障,破坏新型电力系统稳定运行.在此背景下,对跨域连锁故障的演化机理与主动防御机制展开研究.首先,根据新型电力系统的架构...     

交直流电力信息物理系统连锁故障演化模型及风险评估

为了更准确地对交直流电力信息物理系统(CPPS)连锁故障进行仿真,提出考虑多时间尺度和控制措施时间特性的交直流CPPS连锁故障演化模型.首先,建立3种时间尺度过程下的模型,短时间尺度过程考虑直流换相失败引起的直流闭锁、暂态稳定判断及控制、交流线路严重过载、信息传输;长时间尺度过程考虑一般过载及其控制、重载线路跳闸;极长...     

基于持续时间马尔科夫链的配电信息物理系统可靠性评估

配电自动化对配电网供电可靠性的贡献程度有赖于通信方式的选择。为此,提出一种基于连续时间马尔科夫链的配电信息物理系统可靠性评估方法。建立层次化的系统可靠性模型,解析各层子系统的可靠性指标传递过程,利用灵敏度分析来比较不同通信接入技术的场景适用性。最后,以罗伊-比尔顿测试系统(Roy Billton test system, RBTS)母线5为算例对所提方法进行验证,并分析网络时延和误码对供电可靠性的影响。结果表明：基于无线公网的配电自动化,在合适的信噪比条件下可达到应用光纤或电力线载波通信方式的可靠性水平。     

基于区间鲁棒控制的配电信息物理双层设备协调配置方法

为提高配电网消纳高比例分布式电源的经济性,充分利用一次侧储能和二次侧主动调控的灵活性,该文提出一种基于区间鲁棒控制的配电信息物理双层设备协调配置方法。首先,建立分布式电源控制选点与储能配置的协调优化综合经济性模型,而后,考虑源荷不确定性,以电压越限风险水平为约束,建立配电网区间鲁棒优化运行模型,形成双层优化模型;最后,给出基于差分进化算法的求解流程,并以IEEE-33节点配电系统为例验证模型的有效性,同时仿真分析不同可接受风险水平和设备价格对配置的影响,为高渗透配电网的经济消纳方案提供有益的参考。     

配电信息物理系统的架构与规划综述北大核心CSCD

在新型电力系统背景下,先进的信息通信技术在配用电领域得到深化应用,配电系统已经发展成为典型的信息物理融合系统,传统的配电系统规划方法已经不能适应融合系统的发展需求。首先,梳理了配电信息物理系统的基本结构、技术特征及应用场景,分析了配电信息物理系统和配电物联网的关系;然后,从双层耦合特性、多重不确定性以及多类型约束条件等角度分析了配电信息物理系统规划所面临的挑战;之后,对配电信息物理系统规划的研究现状进行了分析;最后,针对配电信息物理系统规划的关键技术进行了展望。     

考虑天气对无线接入网影响的配电信息物理系统可靠性评估

为量化配电网可靠性评估中天气对无线通信质量及故障处理过程的影响,提出一种新的配电信息物理系统可靠性评估方法。首先,分析天气对无线通信性能的影响,建立信息系统链路有效性模型;其次,采用故障模式影响分析法量化分析配电网故障时信息链路失效对配电网自愈过程的影响;最后,提出基于蒙特卡罗模拟的配电信息物理系统可靠性评估方法,以评估系统可靠性。算例采用改进的IEEE RBTS BUS6 F4,通过仿真分析验证了所提方法的有效性。     

基于改进渗流理论的信息物理融合电力系统连锁故障模型

基于改进渗流理论,提出了考虑物理层电网潮流分析与信息层延时的信息物理融合电力系统连锁故障模型。将连锁故障的动态发展描述为故障在信息层、物理层交替传播扩大的多阶段过程,在分析故障在物理层传播的阶段中考虑物理层电网潮流,在脆弱度指标中综合拓扑完整度、信息层延时增量及物理层实际运行指标。对信息层、物理层不同对应依靠策略及节点攻击策略的连锁故障建模仿真表明拓扑中心度对应依靠策略呈现较低的脆弱度;物理层分区设立分布式控制中心与集中式控制中心的结构相比,能提高连锁故障发展中信息层的运行实时性。同时,节点蓄意攻击相比于随机攻击能造成发展更迅速,影响范围更广的连锁故障。     

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...     

电网连锁故障演化机理与博弈预防

连锁反应故障是导致大停电的重要原因。回顾了2003年以来世界范围内3次较为严重的连锁故障造成的大停电事故,通过对连锁故障发展过程的总结,得出了连锁反应故障的演化规律与一般特征。在此基础上,对连锁反应故障的机理进行了分析。文中将博弈思想应用于连锁故障的预防,将电网出现的扰动作为对弈中的进攻方,系统被动的调整作为被动的防御,提出连锁故障的对弈防御策略,一旦电网发生扰动则系统做相应调整,类似于对弈过程二人的交替走步。机理分析表明,这种调整削弱了元件间的关联作用,将系统运行点向远离临界状态的方向移动,因此可有效预防连锁故障。     

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。     

考虑电-气耦合系统连锁故障的多阶段信息物理协同攻击策略

针对电-气耦合系统在恶意攻击下的风险分析,提出了一种计及电-气耦合系统连锁故障的信息物理多阶段协同攻击策略。为了诱导调度人员做出错误调度决策和降低电网的安全裕度,提出了一种以最大化线路过载程度为目标的改进负荷重分配(LR)攻击模型。综合考虑天然气系统与电力系统的调度时间尺度差异,构建一种新型的电-气耦合系统多阶段协同攻击策略：初始阶段通过攻击气网侧气源或管道以影响电-气耦合节点的天然气机组状态,然后针对电力系统交替采用改进LR攻击和物理攻击,最终导致大规模连锁停运。基于Q-Learning提出了最优策略求解算法,以比利时20节点天然气系统和IEEE 30节点系统为算例,验证了所提信息物理协同攻击模型的正确性和有效性。     

基于事件驱动机制的电网事件快速捕捉方案

提出了基于电力调度自动化系统实时数据库和关系数据库的电网事件捕捉方案。该方案在电网事件模型的基础上,对电网运行中事故异常等事件进行快速捕捉和准确分析,充分结合了实时数据库中存储的实时数据,提高了结果分析的准确性。以电网事故分闸为例,详细分析了基于事件驱动的电网事件快速捕捉过程。所提出的方案已成功应用于苏州智能电网调度技术支持系统。现场试验和测试结果表明,电网事件快速捕捉系统能显著提高调控员的监控效率,为电网安全稳定运行提供了进一步的保障,所实现的各项功能运行稳定,能够满足大型地区电网调度监控的实际应用需求。     

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。     

基于连锁故障序列分析的电网脆弱性评估

电力系统的脆弱环节与连锁故障有着密切的联系,同时也是动态监测和控制的重要依据。为了有效地辨识出系统的脆弱环节,提出了基于不确定多属性决策理论的连锁故障搜索及电网脆弱性评估的新方法。首先,根据支路与支路保护之间的故障关系,建立了初始故障事件集,并计及各种引发连锁故障的因素形成实时条件下的决策矩阵,运用基于信息熵的多属性决策方法对初始故障事件进行排序,通过与设定的门槛值进行比较筛选出合适的初始故障事件;其次,基于改进的支路运行可靠性模型对后续故障进行搜索;最后,利用脆弱度函数对故障序列、节点及整个系统进行脆弱性评估。算例结果分析表明该方法具有良好的应用前景。     

考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的脆弱性评估

不断发展的自动化与信息技术的广泛应用明显提高了现代电力系统的运行水平,电力信息系统与电力物理系统的融合也逐步广泛和深入,从而进化为电力信息物理融合系统(CPPS)。在CPPS中,信息设备的故障会影响物理系统的安全可靠运行,而外部对物理与信息元件的攻击则可能导致停电事故。在此背景下,为了分析物理元件与信息元件的交互影响,将CPPS抽象模拟为物理节点、物理-物理连接、信息节点、信息-信息连接与信息-物理连接5类元素,并在此基础上评估信息系统受损对物理系统运行的影响。在博弈论的框架下构建了双层数学规划模型分别对物理与信息环节进行了防御资源分配,用于量化存在假想攻击下系统中各环节的重要程度。以修改的IEEE 14节点系统为例进行了仿真计算,结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于事故链的电网连锁故障分析方法应用

通过运用基于事故链的连锁故障分析方法,在潮流稳定分析基础上,针对电网存在薄弱环节,进一步分析研究连锁故障对电网的影响,提出预防连锁故障的对策,为电网预防连锁故障诱发的大面积停电事故提供参考依据。     

基于预防-紧急协调控制的大电网连锁故障防御策略

电网结构和运行方式的复杂性日益增加,源发故障引发大停电事故的概率随之加大。基于过载主导型连锁故障的传播机理和时间特性分析,兼顾调度人员对连锁故障后果的可承受性,建立了基于预防-紧急协调控制的大电网连锁故障防御模型,引入协调因子将控制压力分解到连锁故障发生前/后,以预防控制优化系统的初始运行状态,在考虑发电机可调度潜力的基础上以紧急控制配合必要的切机/切负荷手段,实现对连锁故障蔓延的抑制。IEEE 39节点系统的算例分析结果表明,所提协调控制模型可以充分发挥预防控制和紧急控制的互补特性,兼顾连锁故障后果可承受度约束和经济性要求,对连锁故障进行全过程防御。     

台风对电力系统连锁故障的影响分析

在分析连锁故障现有模型的基础上,在多时间尺度连锁故障预测模型中考虑台风对线路故障概率的动态影响,建立台风变化过程与连锁故障事故链的配合关系。考虑台风影响下的线路故障概率,构造初始故障集;结合天气因素、线路负载率和潮流波动率等因素构造关联性指标,利用聚类方法选取关联性指标高的线路作为下一级故障线路,模拟重载等因素引起的线路随机开断;将基于潮流追踪的切机切负荷与发电机调整相结合,用于线路一般过载的控制,并计算事故链的概率和风险;最后以IEEE 39节点系统为例,说明台风对系统关键线路和事故链的影响、基于潮流追踪的切机切负荷控制的作用和提高线路设计风速的可能性,并验证了所提模型和算法的合理性。     

基于输电断面识别的电力系统连锁故障风险评估模型

提出了一种改进的电力系统连锁故障风险评估模型。该模型综合考虑了线路故障概率的泊松分布特性以及实时潮流大小的影响,给出了线路停运概率的直线分段拟合计算方法。通过分析连锁故障对供电方和用电方的双重影响,采用母线低电压、潮流相对转移量、系统相对失负荷量作为连锁故障的后果评估函数。所提算法在连锁故障的某一环节选定后,利用有功增加因子先识别剩余网络中相对于该故障环节的输电断面,再在输电断面所含支路中选择下一故障环节,避免了全网遍历搜索。最后对IEEE 39节点系统进行了仿真分析,证明了该方法的有效性。     

基于一、二次系统交互关系的电网连锁故障演化机制分析

基于电网一、二次系统交互关系提出连锁故障演化机制的分析方法。基于一、二次系统相互影响的物理过程,提出交互关系的概念,并分析其在连锁故障演化过程中的机制;为刻画该交互关系,提出保护动作严重度概念,并建立一次系统变权重模型;构建基于交互关系的加权拓扑模型,并利用网络效率指标分析交互关系下的连锁故障演化机制。仿真结果表明:交互关系下的电网更加脆弱;线路运行容量系数越大,连锁故障对网络效率的影响越大;线路运行极限系数越大,电网抵御连锁故障的鲁棒性越强。