基于OPNET考虑延时特性的小干扰稳定仿真研究

广域测量系统(wide-area measurement system,WAMS)的应用和发展给解决大电网互联中引发的区域间振荡提供了新方法,但其通信过程中产生的延时对采用广域信号的阻尼控制器控制效果产生重要影响,进而影响着电力系统的小干扰稳定性。搭建信息物理融合电力系统(cyber-physical power system,CPPS)动态联合仿真平台有助于深入研究信息系统对于阻尼控制器以及小干扰稳定的影响。为此利用通信仿真工具OPNET,结合MATLAB搭建了CPPS联合仿真平台,并提出了可通过正态分布延时模拟现实随机延时的方法。通过联合仿真平台对电力系统的小干扰稳定进行仿真,证明了所提方法的正确性和有效性。     

智能电网环境下分布式阻尼控制器设计

智能电网以广域测量系统作为支撑,通过信息的相互关联来有效控制电网稳定运行。在智能电网环境下,针对广域互联电力系统的低频振荡问题,利用分布式网络控制的灵活特性,研究设计一种计及时延的分布式阻尼控制器。考虑将测量信息作为阻尼控制器的输入信号,只涉及到本地及相邻通信节点的信息,进而基于图论新颖法对分布式阻尼控制器输入信号的通信拓扑特性进行描述。在设计广域系统中控制器时考虑到了远程信号的传输时延,并利用其时延依赖稳定性这一充分条件。最后运用到四机两区系统的仿真对比结果,显示本文提及的分布式阻尼控制器不仅使系统阻尼得到有效提高,还体现出局部与区域间低频振荡以及传输线功率振荡的可抑制性,增强了融合电力信息系统的稳定性。     

基于电力信息物理系统实时仿真平台的网络安全仿真

随着信息流和能量流耦合程度的不断加深,现代电力系统已逐渐发展成为信息系统和物理系统深度耦合的电力信息物理系统。传统的只对物理系统进行仿真运算的方法已无法保证其仿真分析的准确性。文章从仿真分析的角度,在对比分析现有仿真方法的基础上,进行仿真工具和配合模式上的改进,并进一步加入中间人环节,搭建了一种新的考虑网络攻击的电力信息物理系统（cyber physical power system,CPPS）实时联合仿真平台。最后,基于该平台,以负荷控制业务为例,研究了网络攻击对电力物理系统的影响,深入分析CPPS中信息系统与物理系统的深层次耦合关系,仿真验证了所提平台的有效性和实时性。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

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。     

基于模糊自适应PID的广域阻尼控制

广域测量系统提供的发电机转速信号用于附加励磁控制以便改善电力系统阻尼。根据电力系统低频振荡的特点,提出用PD(proportional-derivative)环节补偿广域信号时滞。模糊推理系统根据发电机之间转速差及其导数的大小自适应调节控制器增益;研究了实用的模糊子集和模糊规则表,给出了确定模糊变量取值范围的方法,并用粒子群优化算法确定控制器参数。通过4机2区域电力系统仿真,测试了广域阻尼控制的性能。仿真结果表明,这种广域阻尼控制能有效补偿通信时滞、改善互联电力系统的阻尼。     

基于辨识和留数的发电机广域附加阻尼控制器设计

发电机广域阻尼控制器（Wide-area Power System Stabilizer,WAPSS）采用对区间低频振荡模式具有强可观性的广域区间信息作为反馈信号。广域信息的引入,使得被控对象为高阶复杂电力系统,基于单机无穷大系统的传统PSS设计方法不再适用。提出了一种基于辨识和留数的发电机广域阻尼控制器设计方法,首先利用辨识方法得到被控电力系统的降阶模型,然后根据降阶模型的留数得到发电机广域阻尼控制器的参数,避免了复杂的矩阵方程求解,简化了设计流程。基于该方法设计的WAPSS控制效果在中国南方电网系统得到了仿真验证,仿真结果表明,该方法设计的WAPSS能有效阻尼区间低频振荡,提高系统稳定性。     

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。     

含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼协同控制方法

大规模新能源接入电网增加了弱阻尼振荡模式被激发的风险。首先,考虑同步发电机和光伏的动态特性,建立了详细的小信号模型,分析了光伏对低频振荡模式的影响,提出了含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼控制架构,实现光伏-同步机协调阻尼控制;然后,以特征值分析结果为依据,提出了广域阻尼控制参数的优化模型,并对控制参数进行优化整定;最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建了含光伏电站的四机两区域系统电磁暂态仿真模型,验证了所提广域阻尼控制方法的有效性。     

基于节点映射模型的电力信息物理系统实时仿真平台

随着电力系统与信息系统的耦合影响日益加深复杂,需建立能够高效协调控制数据传输的电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS)联合仿真平台,以精确模拟CPS的信息交互过程。该文在对比分析现有电力CPS联合仿真架构优缺点基础上,基于OPAL-RT和OPNET建立了电力信息物理系统实时仿真平台。针对电力系统实时控制场景需求,建立了链接电力和通信网络的节点映射模型,使用统一交互接口协调控制多节点电力CPS网络的信息交互动态过程,并验证了仿真平台数据交互的实时性。基于网络化控制的微电网仿真算例验证了建立的实时混合仿真平台的有效性和合理性,高效精确模拟出电力CPS信息交互过程。     

电力信息物理融合系统环境中的网络攻击研究综述

电力信息物理融合系统(CPS)借助大量传感设备与复杂通信网络使现代电力系统形成一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统。信息流交互使得电网面临更多潜在威胁。近年来频发的网络攻击影响电网稳定运行事件敲响了电力系统安全的警钟。目前,国内对电力CPS网络攻击方面的研究尚处于起步阶段。文中首先提出了电力CPS领域中网络攻击的定义,从通信网络覆盖范围和网络攻击目的对攻击行为进行分类;其次,从发、输、配、用电侧4个环节归纳和分析了电力CPS网络攻击典型场景;最后,对国内电力CPS网络攻击研究现状进行了总结与展望。     

基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法

电网信息物理系统(电网CPS)中信息层和物理层的紧密耦合,使得信息或物理的失效都会对电网CPS的正常运行造成影响。文中提出了一种基于关联特性矩阵的电网CPS建模方法,对电力系统控制应用中信息流与能量流的复杂耦合关系和交互机理进行梳理与建模。该方法首先对实际电网CPS逻辑进行梳理与抽象,得到电网CPS基本分析单元;然后,采用多元组定量描述信息节点、二次设备节点和通信节点的外特性,采用关联特性矩阵的方法定量描述电网CPS中物理层、二次设备层、通信层、信息层内部及其相互之间的逻辑关联关系及特性,形成完整的电网CPS耦合模型。最后,基于电网CPS模型对实际电网CPS应用系统进行分析,说明模型的使用方法,验证模型的合理性和有效性。     

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。     

电力信息物理系统入侵容忍能力评估方法

随着控制系统与新信息技术的集成程度不断提高,电力信息物理系统（cyber-physical power system, CPPS）不仅面临着来自物理世界的不确定性,还面临着来自网络空间的攻击威胁,亟须能够评估CPPS遭受网络攻击时防御能力的方法。提出一种以平均失效时间与可靠度为评估指标的入侵容忍能力与最优资源配置的评估方法。首先,采用半马尔可夫链模型对高级可持续威胁（advanced persistent threat,APT）进行建模,具体分析来自网络层面的攻击对CPPS的破坏渗透过程,利用随机博弈模型动态描述CPPS中攻防双方的交互过程,预测纳什均衡下攻击者的理性进攻策略,确定应对恶意攻击的最佳防御策略。最后,以CPPS安全试验场为案例仿真验证了入侵容忍能力评估方法的有效性,结果说明：入侵容忍能力对CPPS安全运行具有不可忽视的作用。     

考虑双通道随机时延的区域互联电网AGC方法

在区域互联电网网络化自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)过程中,信息传输在双通道(如控制器到执行器(C-A)、传感器到控制器(S-C))均存在时延问题。基于模型预测控制(MPC)技术,拟利用其预测特征,通过控制过程中信息的存储与处理,消除双通道随机时延对控制效果的负面影响。首先,在考虑双通道时延的前提下,构建互联电网AGC系统模型,并就时延的存在对控制效果的影响进行了分析。然后,针对互联电网AGC系统的控制模式对集中式MPC(CMPC)的实现方法进行了讨论,分析了在CMPC框架下双通道时延的处理方法。在此基础上,分别以阶跃与随机负荷曲线为扰动变量,获取互联电网频率及区域控制偏差曲线。仿真结果表明在考虑互联电网AGC系统双通道随机时延的情况下,所提方法能够保证系统良好的动态响应性能,从而验证了其可行性和有效性。     

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。     

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-物理耦合的信息流关联负荷度指标及通信网关联负荷度指标,并提出了一种面向极端场景下电力信息物理系统韧性的通信网鲁棒优化方法。该优化方法可用于电力通信网中与负荷相关的传输网层面关键业务,将重要的信息分配到更可靠的链路上,实现极端场景下电力信息物理系统韧性的提升。基于中国广东电网的实际算例系统验证了所提方法的有效性,该方法已初步应用于广东电网原型系统。     

电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架

传统的电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本都是割裂的,故在现有的理论和方法框架下难以系统而深入地分析信息系统对电力系统分析与控制的影响。实现智能电网的关键之一就在于怎样将前沿的计算、通信、传感技术与电力系统紧密而有机地结合起来,而信息物理融合系统（CPS）的目标正是将物理系统和信息系统融合为新型工业系统。在此背...     

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同,建立了负责信息传递的上行/下行通信通道模型,再以网间接口模型关联电力网、通信网和信息网,推导出考虑多层耦合的电力信息物理系统一体化模型,显现了电力网、通信网和信息网的功能关系。最后,用IEEE 9节点和39节点系统构建的电力信息物理系统模型,基于潮流计算和拓扑分析方法,以最小切负荷为优化目标,定量推演信息网的感知决策过程和模型参数的变化对电网运行状态的影响,验证了所提出建模方法的有效性,适用于分析网络攻击、连锁故障演化机理等场景。