计及多能存储和综合需求响应的多能源系统可靠性评估

提出一种计及多能存储和综合需求响应的多能源系统可靠性评估模型。首先,将电、热等负荷分为柔性负荷和非柔性负荷,建立多能源系统的综合需求响应模型;其次,以能源购买成本与负荷削减成本之和最小为目标函数,建立计及多能存储和综合需求响应的最优负荷削减模型;然后,基于时序蒙特卡洛模拟法,对计及多能存储和综合需求响应的多能源系统进行可靠性评估;最后,基于构建的含有储热、储电、储气等多能存储的多能源系统进行算例分析,评估了9个不同场景下多能源系统的可靠性。算例表明多能存储和综合需求响应可协同优化各时段能源供给和柔性负荷需求,减少元件故障导致的失负荷量,进而显著提升多能源系统的可靠性和经济性。     

考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估

气电联合系统是能源互联网的重要组成部分,其可靠性评估对系统安全运行具有重要意义.因此,提出一种考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估方法.首先建立气电联合系统负荷削减优化模型,利用泰勒级数展开法对考虑气网潮流方向和天然气管道运行状态的天然气潮流约束方程进行线性化处理;其次引入电、气负荷综合需求响应以提升系统可靠性,并对可中断和可转移电、气需求响应负荷进行建模;然后提出考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性评估指标,并基于序贯蒙特卡洛模拟法获取系统设备元件的运行状态,评估考虑综合需求响应的气电联合系统可靠性;最后对IEEE 24-NGS 12气电联合系统进行算例分析,评估了7种不同场景下气电联合系统的可靠性,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

信息物理深度融合背景下综合能源系统可靠性分析评述

信息物理系统的深度融合使得综合能源系统在国内外得到迅速发展,以实现低碳高效的社会目标。考虑到不同能源系统之间、能源网络与信息网络之间的耦合关系以及多重不确定因素对综合能源系统的影响,首先概述了信息物理系统融合背景下开展综合能源系统可靠性评估的必要性。其次,指出综合能源系统中能源物理元件以及需求侧用能行为相应的等效多状态时变可靠性模型,并对综合能源物理系统、信息系统、信息物理融合系统的可靠性分析模型及方法进行广泛综述。此外,考虑信息系统与能源物理系统的相关关系,提出综合能源信息物理系统可靠性评估框架。最后,进一步指出新形势下综合能源系统可靠性研究的重点研究方向。     

考虑多类型综合需求响应的电热耦合能源系统可靠性评估

随着城市电网中电热等多类型负荷的持续增长,为保证高负载率情况下的可靠性水平,需要通过电热等能源的综合需求响应提升系统的供能可靠性。为此,文章提出了一种考虑多类型综合需求响应的电热耦合能源系统可靠性评估方法。首先,分析了电热耦合能源系统的基本结构以及所研究的边界条件。其次,介绍了电热耦合系统中不同元件的出力模型与状态模型。然后,建立了基于电价与基于激励2种模式下的电热综合需求响应模型,并以此为基础提出了故障影响分析的方法以及可靠性评估的流程。最后,通过实际算例比较了不同综合需求响应方案下的可靠性指标与经济性水平,以指导电网公司进行最优综合需求响应方案的选择,从而证明了所提方法的有效性和实用性。     

计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估方法

配电网短期可靠性可有效反映系统的运行风险,而分布式电源出力变化、网络重构与信息系统状态都是其重要影响因素。为此,提出了计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估模型和方法。首先构建基于马尔可夫过程的配电网元件短期停运模型,然后建立考虑故障重构与信息物理耦合的有源配电网故障后最优负荷削减模型,提出基于有向虚拟多商品流模型的考虑故障重构与孤岛划分的最优负荷削减策略,建立适用于故障重构与孤岛划分的辐射状拓扑约束以及考虑信息系统对配电网支撑作用的信息约束,实现对故障后果的精确分析。在此基础上,提出基于模型驱动的有源配电网短期可靠性评估方法,并进一步针对基于模型驱动的方法所存在的快速性不足缺点,采用“离线建模,在线评估”思想,提出基于最小二乘支持向量机的改进短期可靠性快速评估方法,实现了短期可靠性的快速评估。基于算例分析了负荷削减策略、分布式电源出力、信息物理耦合对系统可靠性的影响,验证了所提方法的有效性以及所提负荷削减策略对可靠性提升的优越性。     

含电-氢系统的孤岛型交直流混合微电网可靠性评估

随着电力系统和氢气系统耦合程度的加深,含电-氢系统(electricity-hydrogen system,EHS)的交直流混合微电网已成为能源系统发展方向之一.针对含EHS的孤岛型交直流混合微电网进行可靠性评估,首先,建立EHS模型和负荷模型;其次,从系统级和设备级两个角度定义了系统的可靠性指标体系,并且提出了系统负荷削减与功率调度策略;再次,考虑元件故障、源网荷不确定性等多种随机性因素,提出基于序贯蒙特卡洛模拟法的含EHS的孤岛型交直流混合微电网可靠性评估方法;最后,以改进的RBTS BUS6 F4作为算例系统,对系统可靠性以及新能源总容量和EHS中设备容量对系统可靠性的影响进行仿真分析.结果 表明:引入EHS可以有效提高系统可靠性水平;新能源总容量存在最优值使得系统可靠性水平达到最高;增加EHS中某一设备容量可以提升系统可靠性,但提升程度受该设备容量制约.     

计及控制功能失效的微电网信息物理系统可靠性评估

对隔离型微电网内各个微源的协调控制很大程度上依赖安全可靠的信息系统,信息元件随机故障将通过控制功能失效进而影响微电网的可靠性。本文提出一种计及频率控制影响的隔离型微电网可靠性建模与评估方法。首先根据隔离型微电网集中式频率控制方法及信息失效对频率控制模式的影响,建立了信息物理间接影响耦合关系;其次基于隔离型微电网调频模型,提出了元件故障后果量化评估方法;定义了新的微电网可靠性指标,以表征控制失效对系统可靠性的影响,并采用基于频率控制仿真的序贯蒙特卡罗模拟法对隔离型微电网信息物理系统可靠性进行了评估。算例仿真分析了信息元件失效通过频率控制对隔离型微电网可靠性的影响,验证了本文所提指标、模型和方法的正确性。研究成果可为隔离型微电网的规划和运行提供有效技术支撑。     

考虑线路覆冰预测的冰灾下区域能源系统负荷削减评估方法

“双碳”目标的提出加速了传统电力系统向区域能源系统的转型。为了研究极端自然灾害对区域能源系统的影响,首先,根据电力子系统、天然气子系统、热力子系统以及耦合元件的特性建立区域能源系统模型;随后,以冰灾为例分析区域能源系统的负荷削减情况;最后,构建天然气子系统与热力子系统的预想事故集,并提出部分负荷削减评估指标来评估区域能源系统。使用IEEE 39节点电力子系统、BGS 20节点天然气子系统及HS 6热力子系统构成区域能源系统,在该算例下进行冰灾下的仿真,分析区域能源系统在冰灾下的响应结果,并与单独电力子系统作比较。研究表明,区域能源系统的电力子系统负荷削减较传统电力系统的负荷削减最高能减少43%,且在天然气子系统和热力子系统出现单元件故障的情况下,平均总负荷削减占比为0.54%。可看出区域能源系统负荷削减远优于传统电力子系统,该模型能准确反映出极端自然灾害对区域能源系统的影响,符合实际情况。     

考虑需求侧响应的含储能区域综合能源系统运行优化

为提高区域综合能源系统的经济效益,提出了考虑需求侧响应的含储能的区域综合能源系统运行优化模型。首先建立包含储能、分布式能源、微型燃气轮机、燃气锅炉、蓄热槽等区域综合能源系统模型和可转移负荷、可削减负荷的模型。然后以系统的总运行成本最小为目标,构建区域综合能源系统运行优化模型;最后采用cplex求解器进行求解,通过算例验证。结果表明,需求侧响应和储能对提高系统经济性具有积极影响,可转移负荷、可削减负荷、储能在系统的调度中起到了移峰填谷的作用,需求侧响应的引入能有效降低系统总运行成本和峰谷差,验证了模型和方法的有效性。     

计及可替代负荷的电-气综合能源系统可靠性评估

随着电力系统与天然气系统耦合关系逐渐加深,通过引导用户改变用能行为,可以增强电-气综合能源系统互联互济的能力,同时也必将对耦合系统的可靠性产生影响。文章重点研究了可替代负荷对电-气综合能源系统可靠性的影响,基于用户可控性和负荷替代前后能源消耗量变化的特点,建立了计及可替代负荷的综合能源系统最优切负荷模型,为系统提供最优切负荷策略。基于非序贯蒙特卡洛法,提出了计及可替代负荷的电-气综合能源系统可靠性评估指标和算法。算例分析表明,可替代负荷用户通过对电力系统和天然气系统用能的双向选择,减少了2个子系统之间能量转化产生的损耗,及时满足了用户的用能需求,更好地提高了系统的经济性和可靠性,为电-气耦合系统规划和运行提供了参考。     

基于成功流法的配电信息物理系统可靠性评估

文章引入成功流法解决现有蒙特卡洛法应用于大规模配电信息系统可靠性评估耗时的问题。根据智能分布式的故障处理模式对信息物理系统进行设备及功能可靠性建模，利用同一系统内、不同系统间元件之间的依存关系定量分析信息系统故障对物理系统供电可靠性的影响，获得计及信息系统影响的成功运行频率概率和区域成功运行时间概率，并由此得到负荷点及系统可靠性指标。最后，将文章提出的方法与蒙特卡洛法进行比较，计算结果表明文章提出的方法具有较好的精度及实用性，在大规模配电信息物理系统中效率优势更为明显。     

配电网CPS综合建模方法及其交互影响机理研究

通信和信息技术的提升极大地增强了配电网的可观性与可控性，需要进一步从信息物理系统（cyber physical system，CPS）的角度研究配电网的运行特性。主要研究基于CPS的配电网系统综合建模与交互机理。首先提出配电系统与配电信息系统的统一建模方法；其次研究了配电网CPS动态交互影响机理，以分布式电源为智能控制和处理终端，构建配电网CPS动态交互综合模型；最后分析了配电网CPS中通信故障对物理环节的动态影响并进行测例仿真，进而验证了模型的有效性。     

基于信息物理接口矩阵的IEC61850变电站自动化系统可靠性分析

随着电力系统通信控制网络和物理设备网络交互的加深,基于信息物理融合发展的变电站自动化系统的综合可靠性问题亟待研究。以IEC61850实际变电站自动化系统为例,基于变电站主接线建立其信息物理融合框架,在该框架下将信息层保护元件对物理层主要设备的影响进行分类,提出用信息物理接口矩阵表征故障传播类别的概率。考虑信息层的影响,建立变电站自动化系统可靠性分析方法,以实际变电站为算例进行了可靠性计算分析,验证了所提方法的正确性。结合算例进一步分析可靠性指标,结果表明信息层故障将明显增大系统的故障损失,而对系统连锁故障风险的影响相对较小。针对信息传输延时进行灵敏度分析,结果表明负荷点期望缺供电力的变化幅度随过程总线传输延迟率的增加而显著提升。     

基于攻击预测的电力CPS安全风险评估

为准确评估当前电力信息物理系统（cyber physical system，CPS）的风险状态，针对信息、电力紧密耦合的特点，提出一种基于攻击预测的电力CPS风险评估方法。利用已检测到的攻击告警信息，基于隐马尔科夫模型（hidden Markov model，HMM）识别出可能的攻击场景，推测攻击者的攻击意图，分析其未来的攻击目标和概率。攻击预测结果表征着系统当前的攻击威胁状况，将其作为输入，结合传统的单域（信息域或物理域）风险评估方法计算单域风险，再基于电力CPS复杂网络模型评估跨域风险，融合二者的结果得到最终的风险值。基于智能配电网IEEE 33节点的仿真平台，对攻击预测方法以及安全风险评估方法进行了验证，证明了基于攻击预测的风险评估方法的可行性和合理性。     

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

面向综合能源的信息物理系统体系架构及应用

综合能源系统作为新一代能源系统的重要组成,涵盖了供电、供热、供气等能源系统,多个能源系统间的耦合性强。文章立足于综合能源系统,提出了面向综合能源的信息物理体系架构,阐述了信息物理系统(cyber physical system,CPS)在综合能源系统中的层次化应用及技术特性,并对综合能源信息物理系统的核心关键技术做了深入的探讨。最后为了验证所提出的信息物理体系架构及相关技术,开发了一套多能流综合能源管理及优化系统,实现了能源监控、多能流建模仿真、源荷预测、系统运行优化、故障预测及健康管理五大功能,有力地支撑了综合能源系统的体系架构。     

计及信息失效影响的主动配电系统可靠性建模与评估

随着主动配电信息物理系统复杂程度的增加,可靠性计算效率已成为制约其实用化的关键因素,因此亟需一种快速评估主动配电信息物理系统可靠性的方法。在考虑信息传输性能的基础上,提出了采用频域/时域转换的信息链路有效性快速求解方法;为了量化信息失效对配电自愈过程的间接影响,建立了考虑信息失效的配电网开关拒动概率模型;同时考虑配电网多开关自愈动作,结合网络等值法与最小路法,改进了网络等值向上等效过程中的平均停运时间计算方法。基于此计算了配电网各类用户可靠性,最后建立了测试系统验证了所提方法的有效性,探讨了信息物理元件依赖度匹配程度对配电网可靠性的影响,分析了信息系统故障对计划孤岛、负荷转供的影响。     

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。     

配电网信息物理系统的典型特征与联合测试验证

随着多通信方式网络、分布式电源等信息物理资源的加入,传统配电网的信息流和能量流特性发生了重要转变,因此迫切需要从信息物理融合的视角去研究相关运行及控制问题。首先阐述了配电网信息物理系统(cyber physical system,CPS)的5种典型特征;其次,为完整保留能量流和信息流交互过程,从数字与动模测试验证互补的角度,提出配电网CPS数模混合测试验证平台,以支撑该领域理论分析和控制方法研究;最后,基于分布式光伏无功优化控制算例验证了平台的有效性。