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。     

基于无人机应急通信的配电网灾后信息物理协同恢复策略

极端自然灾害的发生使得配电网面临电力故障和通信中断带来的复杂场景,给配电网灾后恢复带来挑战。电力通信系统的恢复对于以配电自动化为基础的配电网恢复具有重要的支撑作用,然而,现有研究并未考虑通信层恢复及其与电力恢复之间的耦合关系,进而无法有效解决在通信设施受损情况下配电网恢复过程中不同任务的协同配合问题。该文通过挖掘信息层应急通信资源的灵活性,综合考虑配电网信息层与物理层的恢复决策,提出了一种基于无人机应急通信的两阶段配电网信息物理协同恢复策略。第一阶段解决无人机基站部署选址问题,第二个阶段求解无人机通信路径规划以及配电网负荷协同恢复优化模型。提出的协同恢复模型被建模为混合整数线性规划模型,求解生成无人机的最优路径、配电网负荷恢复最优顺序,在IEEE测试系统上验证所提方法的有效性。     

基于电网分区的负荷恢复智能优化策略

针对电力系统大停电后的负荷快速恢复问题,提出了一种基于电网分区的负荷恢复智能优化策略.提出了一种大停电事故后系统恢复的最优分区策略,并在所建立的优化模型中考虑了为恢复发电机而引入的架空线路充电无功以及为恢复负荷所引入的线路合闸操作次数等影响因素.在完成对大规模系统优化分区后,对各分区建立了一个统一的并计及网络重构因素的负荷恢复优化模型,实现各分区负荷的并行恢复.针对上述所提出的优化模型,通过结合传统图论理论和遗传算法,实现基于电网分区的负荷恢复优化问题的求解.解算中,对遗传算法进行了改进,并针对应用遗传算法时所产生的大量不可行解问题,提出了随机甩负荷和最短路径修补策略的处理方法,进一步提高了算法的寻优效率和全局优化能力.以IEEE30节点系统为算例进行仿真分析,验证了所提模型与方法的正确性和有效性.     

考虑控制系统-发电机信息物理耦合的脆弱输电线路辨识

考虑控制系统和发电机之间的信息物理耦合关系,提出一种脆弱输电线路辨识方法.首先,分析物理电网系统与控制系统间连锁故障传播过程.然后,基于多阶段双层规划理论建立脆弱线路辨识模型,根据对偶理论将该模型转化为单层混合整数线性规划问题进行求解.最后,以IEEE可靠性测试系统为例进行仿真分析.仿真结果表明,攻击者倾向于攻击使得发电机容量和负荷分布不均匀的线路,增加控制系统-发电机耦合强度会增加整个系统的脆弱性,与地理-信息耦合相比,控制系统-发电机信息物理耦合会导致更大的负荷损失.     

基于电网分区的负荷恢复智能优化策略

针对电力系统大停电后的负荷快速恢复问题,提出了一种基于电网分区的负荷恢复智能优化策略。提出了一种大停电事故后系统恢复的最优分区策略,并在所建立的优化模型中考虑了为恢复发电机而引入的架空线路充电无功以及为恢复负荷所引入的线路合闸操作次数等影响因素。在完成对大规模系统优化分区后,对各分区建立了一个统一的并计及网络重构因素的负荷恢复优化模型,实现各分区负荷的并行恢复。针对上述所提出的优化模型,通过结合传统图论理论和遗传算法,实现基于电网分区的负荷恢复优化问题的求解。解算中,对遗传算法进行了改进,并针对应用遗传算法时所产生的大量不可行解问题,提出了随机甩负荷和最短路径修补策略的处理方法,进一步提高了算法的寻优效率和全局优化能力。以IEEE30节点系统为算例进行仿真分析,验证了所提模型与方法的正确性和有效性。     

基于V2G与应急通信的配电网信息物理协同快速恢复方法

随着新型配电系统的快速发展,配电网与通信网络的相互依赖程度逐渐加深。在极端灾害发生后,一方面,配电网失电后的恢复控制需要依靠通信网络的有效支撑,灾后使用电动汽车与电网互动（V2G）恢复负荷电力供应的过程,同样离不开通信网络的引导作用;另一方面,通信网络的正常运行依靠配电网的电力供应。因此,为解决配电网灾害后电力网络与通信网络交互影响下的负荷恢复问题,提出了一种基于V2G和应急通信的配电网信息物理协同快速恢复方法：在灾害发生后,通过调配搭载无线通信基站的无人机前往通信故障区域构建应急通信网络,从而迅速恢复对区域线路开关的控制能力与对电动汽车的引导能力,进而引导电动汽车前往车辆并网站形成分布式电源并控制配电网拓扑重构,以恢复负荷的电力供应。该方法基于灾后无人机与电动汽车的调度约束以及配电网的运行约束,建立了配电网信息物理协同恢复模型,并通过配电网和交通网耦合算例验证了所提方法的有效性。     

极端自然灾害下电力信息物理系统韧性增强策略

电力系统在极端灾害下维持并恢复正常功能的能力取决于其韧性.考虑信息系统与电力系统的相互影响,提出了一种电力信息物理系统应对极端自然灾害的韧性增强策略.首先,建立了电力信息物理系统的极端自然灾害防御框架,展示在信息物理环境下的决策控制技术.在此基础上,提出电网预防分区方法,在预测防护阶段依据故障概率和拓扑连通度进行电网分...     

大停电事故后的系统网架恢复

建立了系统从树状网络恢复到环状网络过程的数学模型,并开发了相应的算法,求取线路最佳的投入次序问题。优化算法的目标函数是系统在各接线状态下可恢复负荷量最大、发电机的出力调整量最小。算法采用逆向搜索策略,即先投入所有待恢复线路和负荷,然后再依次断开直至系统初始状态。每次断开线路后,都调用最优潮流算法求负荷、发电机出力调节量,但负荷量只减不增,这样已恢复的负荷不会因为线路潮流或线路合闸角越限再次切除。提出并讨论了2种线路开断策略,分析了仿真计算结果,提出一种改进策略。以New England-39节点和IEEE-30节点为算例验证了所提算法在不同初始条件下的效果。     

计及监测与控制功能的电力信息物理系统关键输电线路辨识方法

先进信息通信技术提升了电力系统可观可控性,同时也加剧了故障的跨空间传播风险。针对这一问题,该文提出一种考虑信息系统监测和控制功能与电力系统耦合作用的关键输电线路辨识方法。根据信息网与电力网之间的多重耦合关系,分别以断路器和发电机作为信息–物理交互作用点,建立监测功能模型和控制功能模型,分析其失效对电力网连锁故障传播的影响,在此基础上,建立基于攻防博弈双层优化模型的关键线路辨识方法。上层模型以负荷损失最大为目标制定线路攻击策略,下层模型以负荷削减量最小为目标制定发电机出力方案。采用Karush-Kuhn-Tucker (KKT)条件将其转化为单层混合整数线性规划模型求解。仿真结果表明,信息网对电力网的依赖程度是影响事故规模的重要因素,所提方法能够综合考虑供能和监控等耦合关系以及信息系统的运行特点,通过模拟故障传播过程中系统的响应能力,提高了辨识结果的精确性。     

采用云理论自适应遗传算法的舰船电力系统故障智能恢复策略

提出了基于云理论自适应遗传算法并面向负荷投切的舰船电力系统故障智能恢复策略,该方法在考虑负荷和开关优先级及线路负荷分配均衡的基础上,借助于正态云固有的稳定倾向性和随机性,由云发生器自适应调整交叉率和变异率,增强了算法鲁棒性,改善了算法收敛速度。算例分析验证了基于云理论自适应遗传算法多目标故障恢复策略的可行性和有效性,且优于标准遗传算法和传统自适应遗传算法,具有一定的实用价值。     

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。     

电力信息物理系统中信息系统发生预想事故的影响

摘 要：在电力信息物理融合系统（cyber physical power system,CPPS）中,电力信息系统与电力物理系统深度融合,互相影响。为分析CPPS中电力信息系统预想事故对电力物理系统可能造成的影响,构建了CPPS动态交互模型。其中,电力物理系统针对嵌入了分布式电源的配电系统,采用微分代数方程组描述;在电力信息系统中,则考虑了信息传输过程的数据错误、数据错位、传输延时等预想事故,采用信息关联矩阵模型描述。最后,以修改的IEEE 33节点辐射状配电系统为例,说明所提方法的可行性和有效性。     

分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估

分布式协同控制模式的提出,为解决未来配电网信息物理系统(CPS)中高密度、强随机性分布式电源接入问题提供了途径。但同时,配电网CPS信息物理高度融合的特点也方便了网络攻击者通过信息系统威胁电力系统的安全稳定运行。据此,提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法。首先,阐述了一种分布式电源等输出比协同控制策略,并对其收敛特性进行了分析和总结。其次,基于CPS风险评估框架,结合分布式电源协同控制策略及实际网络攻防策略的特点,提出配电网CPS风险评估模型;在此基础上,设计动态攻防博弈函数及博弈求解步骤,实现对于分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性的量化评估。最后,基于IEEE 34节点配电系统开展仿真测试,验证了所提方法的有效性。     

大停电事故后计及信息系统故障的机组启动次序优化策略

大停电事故后合理的机组启动次序方案有助于提高电力系统的发电量,进而加快电力系统恢复速度。由于电力系统调度控制高度依赖信息系统,在电力系统恢复过程中信息系统的故障会影响机组的启动次序。在此背景下,建立了考虑信息系统故障的机组启动次序优化模型。首先,介绍基于拒绝服务(DoS)攻击的信息系统故障,并分析机组恢复过程中信息系统故障对机组恢复特性的影响;然后,运用场景分析法处理信息系统故障时刻的不确定性,以最大化系统总发电量的期望为目标函数,考虑机组启动时间约束、与信息系统故障相关的辅助变量约束和机组启动功率约束,构建了机组启动次序优化模型,并采用线性化方法将所提出的模型转化为混合整数线性规划模型,采用商业求解器高效求解;最后,采用IEEE 39节点系统验证了所提出模型的有效性。     

Real-time cyber physical system testbed for power system security and control

The existing electric power grid is upgraded into a smart grid through an intelligent communication infrastructures, layers of information, extensive computing and sensing technologies. These cyber and physical components of grid together constitute a complex cyber-physical system (CPS), and this integration increases the risk from cyber attacks and introduces new vulnerabilities to the power system. Researchers need a power system testbed which can provide a platform for realistic experiments. This paper presents the development of a real-time cyber-physical system testbed for cyber security and stability control. We use SEL 351S protection system with OPAL-RT including control functions and communications to build a cyber-physical environment. In this testbed, we conducted power grid security experiment by knocking down two transmission lines in a row and analyzed the impact of failures. Meanwhile, we provided two mitigation strategies for this failure using optimal power flow. In addition, we conducted load fluctuations for multimachine power system, and provide timely adaptive control strategies.     

信息物理融合的孤岛微网有功协同控制方法

智能电网背景下的孤岛微网是典型的信息物理系统(CPS),在面对通信安全威胁、需求侧主动参与控制、分布式电源"即插即用"等新问题时,需要拓展传统的信息物理融合思维,开发不完全依赖于中央控制器的协同技术。基于此,提出了含有以频率为触发信号的需求侧单元、可再生能源发电、柴油发电及电池储能单元的孤岛微网有功控制模型。提出了一种完全分布式的协同控制方法使系统能以经济最优的方式实现频率的快速恢复,分为一致项、频率反馈和反馈系数设定这3个部分。其中一致项控制各发电单元遵循等微增率准则运行,频率反馈控制系统频率的快速恢复,计及了全局感知信息和误差校对信息的反馈系数,提高了系统的控制性能。仿真算例验证了所述模型与方法的有效性与可靠性。     

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。     

基于主动割集的电力信息物理系统饱和防御方法

近年来多起境外大停电事故表明对电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS)的协同攻击可导致电网故障的加剧和迅速扩散,甚至系统崩溃。本文针对系统故障短时无法消除且有快速扩散趋势的紧急情况,采用饱和防御思想,提出一种基于主动割集的电力信息物理系统饱和防御新方法。算法协同考虑赛博(cyber)子域和物理子域的系统结构、资源和运行方式,采用改进赋权GN分裂法搜索信息割面可行域,进而通过机组同调约束、功率平衡约束以及最小有功潮流冲击计算,优选分区方案可行解。从而在保证信息网络通信性能最小化损失和物理系统稳定约束的同时,寻找到统一的信息割面与物理割面,实现性能损失代价最小的主动撕裂威胁子区,阻止攻击破坏扩大,维护系统安全主区的稳定运行。最后以改进IEEE39节点信息物理系统为仿真算例,验证了所提方法在不同攻击强度下具有明显的攻击阻断能力和系统失负荷概率低的优势。     

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...