极端自然灾害下考虑信息-物理耦合的电力系统弹性提升策略:技术分析与研究展望

随着智能电网技术的发展,电力系统基础设施与通信网络的耦合越发紧密,构成典型的信息-物理融合系统.电力系统依赖于通信系统实现海量接入设备的监测和控制,提升系统的可观性和可控性来满足诸多电力系统高级应用的需求,而通信网络设备的供电则需要电网的支持.在极端自然灾害下,这一信息-物理耦合特性成为电力系统的薄弱环节,给建立弹性电...     

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...     

台风天气考虑故障演化的电力系统韧性评估方法

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故障影响并恢复供电的能力,近年来受到广泛关注。因此,亟需开展新能源电力系统在极端天气下的韧性评估研究。以台风作为极端灾害天气代表,提出了一种台风天气下考虑故障演化的电力系统韧性评估方法。首先,根据台风天气下电力系统故障的发展特征,确定了根据系统性能变化曲线及事故链发生概率综合评估系统韧性的整体框架和流程。具体地,考虑台风天气因素对于风电机组和输电线路的影响,提出了考虑不同时间尺度故障的元件及系统状态转移概率模型;在此基础上,考虑风机故障对风电出力不确定性的影响,建立了计及电网元件故障的系统改进随机潮流模型;然后,根据系统潮流分布和线路过载概率计算连锁故障的发生概率;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,结果表明所提方法能够有效评估极端天气下含风电电力系统的韧性,并为极端天气下含风电电力系统的安全运行提供参考。     

电力信息物理系统韧性的概念与提升策略研究进展

信息系统和物理系统耦合形成的信息物理系统,使电力系统具有更强的可控可观性,与此同时,信息系统与物理系统的故障将造成更严重的电力安全事故。如何结合通信因素分析信息系统与物理系统的互相作用,是提升电力信息物理系统韧性的关键问题。首先,设计了电力信息物理系统的框架,定义了电力信息物理系统韧性概念的特点并分析韧性的意义。其次,基于信息流动路径的传输原理介绍通信技术的特点和发展趋势,并根据信息网络特点分析不同极端事件对韧性的影响。再次,归纳了电力信息物理系统联合仿真方法。然后,总结了各层次网络韧性提升策略的研究进展,探讨了卫星通信、无人机通信等应急通信技术的可行性。最后,阐述电力信息物理系统韧性研究未来面临的挑战。     

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。     

基于分区牵制同步的电网动态拓扑自适应观测

随着大型电力系统互联和极端自然灾害影响,电网面临的复杂性和不确定性增加,正确的拓扑信息成为电力系统分析的重要先决条件。为了实时辨识出拓扑的动态变化,提出一种基于分区同步牵制的电网动态拓扑自适应观测方法。该方法首先采用电力系统动态方程将系统建模为Kuramoto振子网络,将待辨识电力网络作为驱动网络,构造多个带自适应观测器的子响应网络,基于分区牵制同步的原理使得驱动–响应网络同步,从而准确辨识出系统拓扑参数的动态变化。IEEE 9节点和IEEE 118节点系统仿真结果,表明该方法不受负荷波动影响,在系统正常运行和线路断路发生时均能够进行拓扑感知,能够在暂态过程中有效地应对电力系统多重断路识别问题,实时自适应跟踪系统拓扑变化。     

网络攻击下电力系统信息安全研究综述

随着信息和通信技术的发展,传统电力系统已经转变成一个具有实时感知、动态控制和信息服务等功能的电力信息物理融合系统。信息系统在优化电力系统功能的同时,网络攻击带来的信息安全问题使电力系统的安稳运行敲响了警钟。文中针对电力信息物理融合系统环境下的网络攻击问题展开讨论,基于攻击目标的差异性对网络攻击进行分类。在研究图论攻击建模方式的基础上,提出网络攻击下实现系统综合安全评估的必要性。最后对电力信息物理融合系统的研究工作进行展望。     

电力信息物理融合系统中的网络攻击分析

正1电力信息物理融合系统背景近年来,关于电力信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)的研究在智能电网领域掀起一股热潮。电力CPS通过3C(computation,communication,control)技术将计算系统、通信网络和电力系统的物理环境融为一体,形成一个实时感知、动态控制与信息服务融合的多维异构复杂系统。与传统电力系统相比,电力CPS的一个重要优势在     

电力系统应对极端事件的新挑战与未来研究展望

自然灾害和人为攻击等极端事件威胁电力系统的安全稳定运行,受到广泛关注,提升电力系统极端事件下的快速恢复能力,构建弹性电力系统逐渐成为世界各国的共识。近期,委内瑞拉大停电使得电力安全问题上升到新的高度,同时在能源转型和电力发展的新形势下,电力系统应对极端事件又将面临一系列新的挑战。介绍了极端事件与弹性电力系统的概念及相关研究现状,概述了一些自然灾害和人为攻击导致的大停电事件,并分析了弹性电力系统应对极端事件面临的新挑战,最后对弹性电力系统未来研究方向进行了展望。     

CPSS视角下城市建筑与配电网高韧性协调运行：研究述评与展望

“韧性”是城市应对自然灾害、提高风险防控能力的重要属性。频发的大停电事故会造成严重的经济和民生损失，阻碍城市发展甚至威胁国家能源安全“，韧性配电网”是“韧性城市”的必然要求与基本保障。高比例建筑负荷是城市配电网的主要特征，恢复供电后的建筑负荷行为异于常态，不仅对电力供应提出了更高的要求，而且给予配电网韧性以提升潜力。城市建筑作为用户与电力系统、电力市场、大数据等深度交互的主要场所之一，其与配电网的协调运行是一个复杂的信息-物理-社会系统（CPSS）。首先，文中重点关注城市配电网负荷恢复阶段，总结了当前城市建筑与配电网高韧性协调运行在物理、社会、信息维度面临的问题；然后，分别对极端条件下城市建筑与配电网的耦合机理和建模（物理维度）、城市建筑产消者行为刻画与激励机制设计（社会维度）、配电网灾后态势感知与数据共享（信息维度）三方面的研究现状进行了述评；最后，总结了CPSS视角下城市建筑与配电网高韧性耦合运行研究所面临的四重挑战，并对未来的研究路径进行了展望。     

计及通信失效的输电系统信息物理协同恢复策略

为应对输电系统信息物理复合故障,提出了一种计及通信系统失效的信息物理协同恢复策略.首先,基于发电机、电力线路与负荷的故障特性,综合考虑了系统频率、节点电压、线路容量等安全约束,构建了物理系统的恢复模型.然后,提出了一种基于通信网络拓扑的信息系统恢复策略.接着,考虑信息系统故障给发电机出力调节、电力线路投运以及负荷恢复可...     

基于负荷恢复价值折算的主动配电网电力-通信故障统一修复策略

极端灾害下,先修复电力网络的传统配电网修复策略,难以发挥信息物理融合主动配电网（ADN）的调度自动化功能,导致系统弹性低。针对该问题,提出一种电力-通信故障统一修复策略。首先,定义度量弹性的故障恢复力指标,并基于信息盲区分析通信系统对故障恢复过程的影响;然后,提出基于故障概率的负荷恢复价值折算方法,量化电力和通信故障修复带来的负荷恢复;在此基础上,建立含负荷恢复价值折算值和故障恢复时间的抢修任务分配目标函数,生成统一修复任务分配方案。算例仿真结果表明,与先修复电力网络相比,在极端灾害情况下所提策略可有效提升ADN弹性。     

台风期间考虑配电终端功能可用性的配电网重构方法

近年来,包括地震、台风、山火等事件在内的极端灾害,给城市配电网的电气和通信控制设备造成了极大的破坏.为此,考虑台风灾害冲击,提出了一种考虑配电终端信息物理功能短时可用特性的配电网受灾和恢复过程仿真方法,用于改进配电网韧性量化评估结果.分析了灾害中储能支撑配电终端信息物理功能短时存续的能力,建立了考虑配电终端可用性的多阶...     

考虑韧性提升的输电网灾前预防检修多目标多阶段优化

极端气象灾害易使输电网发生大面积故障。输电网设备的健康程度影响着输电网抵御极端气象灾害物理层面的能力。为进一步提升输电网抗灾能力,减轻经济损失,从输电网韧性提升的角度出发,对输电网灾前预防检修策略进行研究。首先提出将灾害风险抵御力作为输电网灾时韧性评价指标,同时针对极端灾害的时空特性,采用场景分析法来计算韧性指标。根据输电网灾前预防检修的韧性提升、检修风险、经济性的要求,提出输电网灾前预防检修多目标多阶段优化模型,并采用NSGA-II算法与数学规划求解器结合的方法求解。采用IEEE RTS-79算例对优化模型的有效性进行了仿真验证,算例结果表明,文章所提优化模型能得出明显的Pareto前沿以及最优折衷解,以此得到最优灾前预防检修计划,在提升灾时韧性的同时控制灾前预防检修的风险与费用,从而帮助电网运行人员做出科学决策,具有较好的应用价值。     

电力系统韧性评估与提升研究综述

随着极端天气(如飓风、地震和洪水)和人为攻击(网络、物理攻击)发生频率的不断提高,对电力系统安全稳定运行造成了严重影响,长时间停电和基础电气设施损坏的概率显著增加。为减小停电事故所带来的经济损失与社会影响,构建具备抵御力、适应力、恢复力的高韧性电力系统,无疑有着重要的理论价值与现实意义。针对此,首先,概述了电力系统韧性的基本概念和主要特征,比较了其与可靠性、安全性、鲁棒性之间的差异。其次,建立了从灾害建模到系统响应的韧性评估框架,依据静态评估和动态评估将韧性指标进行了分类,并进一步梳理了电力系统韧性评估指标体系。另外,从故障预防、故障响应、故障恢复3个方面出发,探讨了提升电力系统韧性的关键技术。最后,对电力系统韧性研究领域的未来发展方向进行了展望。     

应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略

为提升冰灾下电力系统的韧性,降低系统负荷削减量,提高系统恢复速率,提出一种应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略。对冰灾场景以及受冰灾影响的线路故障率进行建模;从线路抗冰能力、系统负荷损失、系统恢复情况、线路受损情况、维修资源充裕度多个角度构建电力系统综合韧性评估指标,以定位冰灾下系统的薄弱环节;在此基础上,通过灾前线路故障风险预测、灾中机组出力调整以及除冰线路筛选和主动停运除冰、灾后维修顺序规划等策略提升冰灾下的系统韧性。基于IEEE 39和IEEE 118节点系统进行仿真分析,结果验证了所提韧性评估方法和提升策略的有效性。     

灾害全过程配电网弹性评估方法及提升策略

针对极端灾害下配电网的故障特点,提出一种考虑其全过程的配电网弹性评估方法以及针对各阶段的弹性提升策略.首先,提出事故抵御方案、故障抢修与网络重构的故障恢复方案,建立灾害全过程配电网弹性提升策略框架.其次,为能够准确评估灾害全过程中配电网的供电能力,提出考虑时变性的3个弹性评估指标.再次,在事故抵御和故障恢复阶段的弹性提...     

极端天气下智能配电网的弹性评估

近年来受极端天气的影响,配电网大范围停电事故率不断上升,能够防御自然灾害、减小停电事故影响的弹性配电网引起了人们的重视。为了更好地评估配电网应对极端灾害的弹性,文中提出了一种智能配电网弹性评估方法。首先,建立了极端天气下的故障模型用以量化极端天气对配电网的影响。其次,针对极端天气的随机性,文中通过蒙特卡洛法模拟极端天气场景并采用K-means聚类算法对场景进行缩减,根据脆弱性曲线可以得到配电网各支路的时变故障率。考虑到负荷、可再生能源出力的不确定性,采用拉丁超立方抽样抽取负荷、可再生能源出力和配电网故障场景对配电网进行弹性评估。然后,为了全面准确地反映含分布式电源的配电网弹性,将配电网遭受自然灾害时分为防灾和减灾2个阶段,并基于此构建了包括配电网防御时间、弹性恢复系数、孤岛可持续时间覆盖率和重要负荷平均中断时间在内的弹性评估指标体系。最后,对一包含2条馈线的实际配电系统的弹性进行仿真评估,并考虑了电力线路类型、光伏渗透率和联络线对配电网弹性的影响,验证了所提评估方法的有效性。     

考虑MEG事故前优化配置的配电网两阶段重构韧性提升方法

作为配电网中的关键灵活性资源,远程可控制开关（RCS）和移动式应急电源（MEG）对于配电网韧性水平的提升具有重要作用。然而,目前的相关研究主要关注的是故障线路被精确隔离后的负荷恢复过程,并未考虑故障隔离期间配电网所受的影响。为此,提出了考虑MEG事故前优化配置的配电网两阶段重构韧性提升方法,通过在事故前配置MEG并形成多个MEG孤岛,提升配电网的抵御能力,并在事故后,通过RCS的快速动作和已配置的MEG快速恢复负荷。最后,采用了IEEE33节点配电网络验证了所提方法的有效性。     

考虑元件故障位置不确定性的维修队预调度与灾后派遣方法

极端自然灾害对配电网的影响具有强随机性,给配电网灾后快速恢复带来巨大挑战。为此,提出了一种考虑元件故障位置不确定性的两阶段配电网负荷恢复方法。在灾前决策阶段,综合考虑系统的交通状况和灾后恢复过程,制定与元件抢修配合的预调度方案。为了应对元件故障位置的不确定性,将预调度过程构建为3层鲁棒优化模型,并针对3层混合整数线性规划模型求解困难的问题,设计了嵌套列和约束生成算法,实现模型的精确求解。在灾后恢复阶段,计及分布式发电机和储能等资源和网络重构,构建混合整数线性规划模型,对重要负荷进行快速恢复。所提方法在改进的IEEE 33节点配电系统中得到了验证,算例结果表明其充分考虑了故障位置的不确定性,可以显著提升灾后恢复的效率,降低配电网负荷损失。