相依网络理论下电力通信网节点重要度评价

智能电网中电力系统与通信系统的紧密结合,使得电力通信网络在双网相依系统中愈加重要。通信网络中节点发生故障,尤其是高重要度节点,不仅会影响自身网络系统还会影响与其相依的网络,导致连锁故障的发生。因此,对智能电网中电力通信网络节点重要性进行评价具有重要意义。将电力物理-信息相依网络中单侧网络提取出来,以链路已用率和电力线阻抗值作为边权参数建立有权网络模型。根据有权网络节点重要度评价方法,分别对两子网进行分析。然后根据电力网依存于信息通信网的依存边矩阵,计算相依网络中电力通信网络节点的重要度指标,找出重要度大的节点。以IEEE30节点系统为例进行了仿真实验,证明了该方法指标的可行性和实用性。     

变电站无线通信模型研究及应用分析

随着智能电网的快速发展和全面部署,电力系统通信网络结构也发生了变化,除了传统的电力通信方式外,新的通信方式也在逐步推广。原有的光纤通信对带宽需求更加迫切,骨干网通信容量持续提升,输电线路在线监测系统、配电网自动化系统、电网应急指挥系统和输电线路监测等业务,对无线通信的需求非常迫切。对电力系统无线通信传输中的信道模型进行研究,通过现场数据收集和试验模拟,改进了适合电力系统智能变电站内适用的信道模型,为无线通信系统的数据传输和智能电网的无线通信部署提供技术支撑。     

电网和通信网综合仿真研究

在智能电网和能源互联网中,通信的可靠性和延时以及误码等因素对电网安全稳定的影响很大,有必要研究通信系统和电力系统的交互作用。首先综述了电网和通信网综合仿真研究的现状。在对支撑电网稳控业务的同步数字体系(synchronous digital hierarchy,SDH)通信网络的特点和动态特性进行分析的基础上,提出了电网和通信网综合仿真平台的整体框架和关键技术,并用电网仿真软件FASTEST和通信仿真软件SSFNET开发了电网和通信网综合仿真平台,以研究通信对电网稳控系统的影响。最后,以某省级电网为仿真算例,利用该平台检验了通信故障对稳控装置功能的影响。     

考虑可观测性的电力信息物理系统级联故障分析方法

传统的电力信息物理系统故障分析往往仅考虑了网络间的故障波动,而很少考虑故障波动对系统观测能力的影响。系统观测能力对电网调度方案的制定特别重要,尤其是发生级联故障时,系统可观测性的降低会给调度系统带来巨大困难,从而加剧故障损失。提出了一种计及系统可观测性的电力信息物理系统分析方法,并研究了在不同网络互相似耦合强度下的网络抗毁性。首先,搭建了一对一耦合方式电力—通信网络模型作为电力信息物理系统的物理基础,给出了系统可观测性评估指标,量化了在级联事故过程中导致电网失去全网可观性时的故障规模;其次,通过分析量化网网耦合互相似性,提出了电力信息物理系统互相似度评估指标;然后,借鉴电网级联事故模型,建立了适用于电力信息物理系统的级联事故逻辑分析流程;最后,通过IEEE 118节点仿真分析发现,发生级联故障时,电网会在级联故障结束之前失去全网可观性;耦合网络间的互相似性越高,整体网络在发生级联故障时的电网可观测性抗毁能力越强。     

电力系统通信网络状态估计模型与智能告警

通信网络作为智能电网功能实现的载体,逐渐成为智能电网运行关注不可或缺的部分,网络设备故障涌现大量突发告警信息,给智能电网通信系统安全可靠运行带来了巨大挑战。基于冗余的网络监测与告警事件,涵盖网络设备状态监测、网络报文丢失以及流量监测异常等告警项,并借鉴电力系统状态估计的思路,对通信网络设备状态进行估计;综合全网的告警信息,排除误告警信息,实现通信网络的智能告警;最后通过案例说明所提算法模型的正确性,为电力系统通信网络故障诊断与智能告警提供了有效的实现手段。     

考虑相依特性的电-气互联网络故障评估方法

随着电网和天然气网的耦合程度不断加深,电网与天然气网间的相依特性引发了新的系统安全运行问题,增加了电-气互联网络发生连锁故障的风险.为此,提出了一种考虑电网与天然气网间相依特性的电-气互联网络故障传播的影响分析方法.分析电-气互联网络的相依特性以及故障在两网间的传播机理;基于此分析电网与天然气网不同耦合程度下故障在两网间的传播特性;进而建立计及天然气网慢动态特性的电-气互联网络准稳态潮流模型,从系统供能效率与供能可靠性角度,采用负荷损失率和全局网络效能损失率指标评估分析电-气互联网络的故障传播及其对系统运行的影响,以此构建电-气互联网络连锁故障评估模型.     

考虑气象影响的电力系统运行可靠性评估

气象因素会对线路运行温度产生影响,而线路运行温度与线路的阻抗以及故障停运率等参数密切相关,现有研究在进行系统运行可靠性评估时未充分考虑气象因素对线路多参数的影响。为此,文中首先以气象相依的输电线路热平衡方程为基础,研究考虑气象因素的线路温度计算方法和气象条件相依的输电线路实时容量模型,在此基础上建立导线温度相依的线路阻抗参数模型和线路实时停运模型。然后,提出一种基于蒙特卡洛模拟的考虑气象因素的电力系统运行可靠性评估方法。最后,以IEEE 14和IEEE RTS96节点修改系统为例,分析气象因素对输电线路实时参数容量、温度、阻抗、故障率等以及电力系统运行可靠性指标的影响,算例结果验证了所提出的考虑气象因素的线路运行可靠性模型和系统运行可靠性评估方法的正确性。     

基于电气距离的复杂电网关键节点识别

深入研究电力系统复杂网络特性及连锁故障传播机理对预防大停电事故至关重要。在分析电力网潮流分布机理的基础上,针对经典复杂网络模型不能很好地结合决定网络潮流分布定律的问题,提取蕴含于电网特征参数中的物理信息,根据叠加原理计算得出电网节点间电气距离,基于电气距离提出了网络节点电气耦合连接度的概念。建立基于节点电气耦合连接度的电力系统复杂网络特性辨识模型。与已有复杂电网模型相比,该模型更符合电力系统实际。通过对IEEE标准示例系统的计算,揭示电网内在的异质结构特性,并将该指标应用于电力网关键节点识别。对IEEE 39节点系统和湖南某地区电网进行分析计算,时域仿真结果表明,所提指标比拓扑度指标更为合理有效。     

基于RTDS与QualNet的电网和通信网半实物联合仿真系统

在智能电网和能源互联网中,通信的中断、延时和误码等因素会对电网安全稳定造成影响,因此有必要研究通信系统和电力系统的交互作用,而半实物仿真技术是研究其交互影响的有效手段。在对支撑电网稳控业务的同步数字体系(SDH)通信网络的特点和动态特性分析的基础上,提出了基于实时数字仿真器(RTDS)与QualNet的电网和通信网半实物联合仿真系统的整体框架,并开发了可以实现电力二次控制设备和通信SDH设备实物接入的电网和通信网半实物联合仿真系统,用于研究通信对电网稳控系统的影响。最后,对联合仿真系统的固有延时进行了测试,证明了其可靠性,并以华东频率协控系统闭环仿真为算例,利用该联合仿真系统验证了通信通道误码率增大对稳定控制装置功能和控制效果的影响。     

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。     

考虑保护失效和电网动态平衡特性的连锁故障风险评估

保护失效特性严重威胁了电网安全。同时,现代电网受扰动后可调整线路参数,以减缓故障蔓延,具有典型的动态平衡特性。基于复杂网络理论提出了考虑保护失效特性和动态平衡特性的连锁故障风险评估方法。首先,基于隐性故障,定义了保护失效严重度概念,可度量保护对电网安全的影响程度。其次,结合保护失效严重度,建立了变权重模型,以表征电网故障后动态平衡特性。然后,引入风险理论,从复杂网络理论角度评估电网安全风险,以为实际运行提供指导意义。最后,新英格兰39节点算例系统验证了所提方法的有效性和合理性。     

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。     

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。     

基于电网-交通网耦合的充电站故障传播分析框架

近年来,随着电动汽车数量的增加,电网和交通网的联系也更加紧密。2018年深圳市充电站故障引起电动出租车大面积停运堵塞交通事件表明：电网的扰动可能经充电站和电动汽车的耦合而波及到交通网,导致交互传播的连锁故障。因此,需要在考虑电网-交通网两网耦合的基础上,研究充电站故障扰动在两网间的交互传播。在上述背景下,文章提出了一种基于电网-交通网耦合的充电站故障扰动传播分析框架;首先,分析电网和交通网之间的耦合关系,基于多层网络理论建立了电网-交通网耦合网络模型;通过出行链模拟电动汽车的行驶轨迹,建立了电动汽车出行和充电模型;然后,在耦合网络的基础上,考虑充电站故障扰动对电动汽车出行的影响,提出了一种基于多层网络级联失效的扰动分析方法;最后,通过仿真算例分析充电站故障扰动在交通网的时空传播特性。仿真结果表明,文章提出的基于电网-交通网耦合的充电站故障扰动传播分析框架能够准确描述电网扰动对交通网的影响,并且可以定量分析不同路段的交通状态时空演化特征,为交通管理者制定决策提供科学依据。     

基于元胞自动机的电网隐性故障传播模型关键线路识别方法

有效辨识电网中关键线路对优化电网结构、减少电网连锁故障具有重大意义。为此,考虑电网线路隐性故障,建立了基于元胞自动机理论的电网隐性故障模型,并在此基础上提出了一种综合考虑线路两端负荷量、线路故障频率和线路邻居数量的电网关键线路辨识方法。以IEEE39节点系统为算例,识别了该节点系统的关键线路,并通过与别的方法对比验证了该模型的合理性及其电网关键线路辨识方法的有效性。该模型和方法能为电网连锁故障模型和脆弱性评估提供新的参考。     

通信光缆故障对电力网连锁故障的影响

连锁故障研究在应对突发的大面积停电方面具有重要意义,而传统连锁故障研究很少考虑信息网通信光缆对电力网连锁故障的影响。从信息网边的角度出发,在直流潮流模型下,通过建立信息网对电力网连锁故障影响模型,并以IEEE 30节点系统为例,研究了通信光缆遭受随机故障和不同信息网拓扑结构对电力网连锁故障的影响。仿真结果表明,由于信息网的引入,电力系统脆弱点增多,导致大停电的风险增加,随着信息网中通信光缆故障规模的增大,信息网对电力网连锁故障的影响强度由强变弱,直至稳定。同时,信息网网络拓扑结构对电力网连锁故障影响显著,信息网更宽的度分布增加了电力网的脆弱性,在规则网络中,信息节点的度越大,通信光缆故障对电力网连锁故障的影响越小。     

基于复杂网络理论的电网脆弱性研究述评

基于复杂网络理论对电网脆弱性进行研究.介绍复杂网络的基本概念和发展历程,阐述其自组织临界特性与电力系统灾变事故的关联性,分析连锁故障模型;在总结网架结构模型和故障指标模型的基础上,讨论复杂网络理论在电力系统网络特征分析、连锁故障模拟及结构脆弱性中的应用;最后探讨该领域的发展趋势,建议把传统分析与复杂网络相结合,建立更符...     

用复杂网络理论分析电网连锁性大停电事故机理

针对世界上连续发生的电网连锁性大停电事故,论述了长期以来采用的还原法的思想方法已不完全适应对电网整体动态特性的研究。简述了复杂网络的基本概念;综述了应用复杂网络理论,对美国和中国电网大停电事故的部分数据统计分析的结果。发现电力系统的无标度特性:大停电的规模与出现的概率具有幂律特征,而电网的自组织临界性是发生连锁性大停电事故的内在动力。提出建立实时动态的全国沙堆模型,为预测大停电事故提供实时信息和应用复杂网络的控制理论对电网关键节点进行保护和控制,以缓解大停电事故发生的设想。     

复杂系统理论在电力系统中的应用研究展望

国内外电网在过去十多年来曾发生多次由连锁故障导致的大停电事故,引起人们对电网安全的高度重视,促使人们深入研究连锁故障传播机理。近年来,关于复杂系统理论,特别是复杂网络理论的研究取得了重要进展。应用复杂系统理论为分析和研究大停电和连锁故障传播机理提供了一种新的视角,有助于从整体上掌握电力网络的复杂性,并讨论相应的动力学特性。主要从复杂网络、自组织临界性以及电网与通信网络的耦合关系这3个方面对近年来电力系统连锁故障建模以及电网脆弱性分析方面的研究进行综述,并展望相关重要研究课题与方向。     

信息网受损对电网过载主导型连锁故障的影响

信息网是实现信息系统功能的基础,信息网不同程度受损导致信息系统功能呈现多态性,影响电力系统的灾变应急能力。研究信息网受损对电网连锁故障的影响,是保证现代电网安全运行的重要课题。以信息系统的监视和控制功能为切入点,建立考虑信息网受损影响的电网连锁故障模型;结合信息网结构和信息系统功能受损程度量化指标,分析不同信息网受损程度对电网连锁故障的影响;从失效边群体区域分布和个体重要性角度,对比研究了几种信息边失效方式下,信息网受损对电网连锁故障的影响。对IEEE 30节点系统的仿真表明,信息网受损削弱了系统抑制电网连锁故障传播的能力,导致连锁故障蔓延;当电网处于重负载水平时,信息网受损对电网连锁故障的影响更为显著;不同信息边失效方式下电网连锁故障规模差异明显,信息网结构脆弱性是影响电网连锁故障传播的重要因素。