智能配电网信息物理系统故障协调恢复策略

配电网信息系统与物理系统均发生故障时,两者之间的协调可能会达到更好的恢复效果。通过综合考虑恢复过程中的收益、风险、控制代价等因素,提出了一种配电网信息物理系统故障协调恢复方法。首先,结合图论相关知识,根据配电网的拓扑结构建立了信息物理系统邻接矩阵;其次,通过将信息系统的恢复映射到物理系统的恢复中,以恢复净收益最大为目标建立基于货币量纲的信息物理系统协调恢复优化模型,在此基础上,提出了信息物理系统协调恢复策略;最后,通过算例进行了不同恢复方案的比较,验证了所提恢复方法的合理性和有效性。     

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。     

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。     

融合时间同步策略的主从式信息物理系统协同仿真平台实现

随着电力系统与信息通信系统耦合程度的不断加深,通信带来的信息延时、数据丢包和网络链接中断等问题使得传统的电力系统仿真方式(解耦通信或理想通信仿真方式)难以满足现实的需求。文中在分析现有信息物理系统(CPS)建模技术的基础之上,设计了基于MATLAB和OPNET的主从式CPS协同仿真平台。详细阐述了协同仿真平台的系统架构,以及协同仿真平台中的物理系统模型、信息系统模型、仿真交互模型和基于软件的虚拟量测设备的建模实现方式,重点分析了所设计的融合式时间同步策略。最后通过微电网仿真算例,验证了所建立的协同仿真平台及其时间同步策略的准确性和有效性。     

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。     

面向电力信息物理系统的端边云雾协同模型

随着电力物联网的推进,海量终端设备的接入对传统集中式控制方式下电力信息物理系统CPPS(cyber power physical system)提出了极大的挑战.在边缘计算与雾计算的发展背景下,基于"云、网、边、端"电力物联网体系架构,提出了端边云雾协同控制下的CPPS模型,并考虑了分布式信息能源系统海量时空异构特征数据处理,结合矩阵分析单雾层级区域计算单元CPPS建模,建立了多层级分布式全网CPPS关联模型.通过算例分析量化计算了区域自治与端边云雾协同控制下的电网运行状态和通信网络时延特性,算例分析结果表明了所提架构的有效性与建立模型的合理性.     

配电网信息物理系统协同控制架构探讨

信息物理系统(CPS)通过对计算、通信和控制技术的有机整合与协调,促进了电力系统运行方式的转变,并为其"智能化"的建设提供了途径。作为电力CPS的重要组成部分,配电网CPS须在未来大规模异构分布式新能源接入的条件下仍具有良好的实时控制及优化调度能力。在此背景下,对配电网CPS的控制架构进行了研究。结合CPS的组成要素和关键功能,提出了一种包含主动配电网及微电网技术在内的配电网CPS框架结构;在此基础上,针对配电网CPS的协同控制策略及其多层面、分布式耦合的特征,提出了包含感知通信、计算以及物理对象的分布式实体控制架构,以及兼具内部统一特性与外部互联特性的层次化抽象控制架构,从而构成完整的配电网CPS协同控制架构。     

考虑极端场景的输电通信网络协同鲁棒扩展规划方法

为了在满足经济性前提下,尽可能降低极端场景下电力和通信网络故障耦合引起的大面积停电风险,考虑双网结构融合和功能耦合特征,提出了信息物理协同双层(主层、子层)鲁棒扩展规划模型。首先,以投资经济性和极端场景下失负荷损失成本最小为目标,建立双网线路和通信业务路由协同优化的主层模型;其次,在子层模型中,计及线路结构耦合引起的共因失效模式,构建了电力/通信线路多重故障集,并考虑通信失效对电力系统应急调度的影响,基于max-min准则建立最恶劣极端场景最小失负荷损失成本计算模型;随后,采用列和约束生成算法实现两层模型解耦求解;最后,基于IEEE 14 节点信息物理系统进行仿真分析,结果表明,提出的协同规划模型能以经济合理的投资优化双网结构,降低通信系统故障级联影响,提高耦合系统面对极端场景的抵抗力。     

多馈入直流输电系统的协调恢复策略

针对大扰动情形，提出了一种多馈入直流输电系统的协调恢复策略。该策略具有如下的特点：在原有的PI控制器中加入一个前馈回路以便在直流系统2个控制端的被控量间实现协调控制；在交流故障被切除后的某一短时间内，采取定交流电压控制；在不同的直流子系统间实施渐变的恢复策略，并利用最大梯度下降法对各直流子系统的重启动时间进行优化。以一个三馈入直流输电系统为对象，给出了该协调控制器的设计过程及仿真结果。仿真结果表明，与常规的PI控制策略相比，该协调恢复策略可使多馈入直流输电系统的恢复性能得到很好的改善。     

应对协同攻击的电力系统发输电拓展随机规划

随着能源互联网和智能电网的大力发展,中国电力系统已经发展成为一个复杂的信息物理系统,其遭受各种恶意攻击的风险大幅增加。为了保证电力系统的安全可靠运行,对各类恶意攻击进行建模并提出针对性的防御措施具有重要的现实意义。文中针对信息物理协同攻击提出了一个防御性随机规划模型,模型以攻击导致的削负荷期望量最小为目标函数,考虑多种协同攻击方案的影响,通过优化新增机组和线路达到防御攻击的目的。在建模过程中,首先在攻击人员的角度建立了协同攻击模型,并提出了协同攻击场景生成方法。然后,基于所生成的协同攻击场景提出了应对攻击的电力系统随机规划模型,并考虑了遭受攻击后运行人员以及规划人员视角下规划系统的运行情况。最后,基于改进IEEE RTS-79系统进行了算例分析,验证了所提模型的正确性和有效性。     

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...     

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。     

海上多平台互联电力系统故障后的供电恢复策略

在电力系统出现故障后,恢复非故障区域的供电可有效提高系统自愈能力.针对应急发电机、储能装置辅助的海上多平台互联电力系统,提出了一种适用于孤岛电网故障后的供电恢复策略.首先,提出了电源恢复优化模型所考虑的4种指标:故障恢复效果、故障恢复时间成本、对非故障区域内潮流影响和启动应急发电机数量.此外,给出了具有潮流约束、网络安...     

电力信息物理系统低代价多阶段高危攻击策略研究

信息物理层间的深度融合是智能电网的重要特征.利用跨域关系实施的攻击会给电网稳定运行带来新的风险,考虑攻击代价因素研究高危攻击策略对于提升电网抵御攻击的能力具有重要意义.首先,基于电力信息物理层间耦合关系,综合结构特性与运行特性定义了一种线路攻击代价指标,以辨识电网中防护措施薄弱而容易遭受攻击的低攻击代价线路.然后,对低攻击代价线路进行多阶段攻击以诱发大停电事故,分析信息物理交互作用下多阶段攻击的危害放大机理.最后,以IEEE 118节点系统和某省电网系统为例进行仿真分析.仿真结果表明:针对低攻击代价线路实施多阶段攻击可造成大停电事故,且攻击代价明显较低;信息节点故障概率的增加使得攻击策略有效性提高,信息网在预防大停电事故中发挥着重要作用.     

输电网架恢复的动态优化决策方法

针对输电网架恢复过程中系统的抗扰动能力较弱、设备操作频繁、不确定性事件增多、恢复过程难以保证按预案进行的问题,提出了一种输电网架恢复的动态优化决策方法.该方法由三段式的输电网架恢复策略,根据系统恢复进程动态给定每一恢复步骤的候选恢复目标,综合考虑已恢复的系统节点,利用Dijkastra算法动态生成各目标的候选恢复方案,...     

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...     

系统恢复中环网并列合闸角的最优调控

以增加发电机有功出力和投入负荷作为控制变量,计及待恢复负荷的重要性,建立了减小环网并列线路两端过大电压相角差的混合整数规划模型。基于二分法原理使参与调整的发电机数量最小,提出了系统恢复中环网并列合闸角最优调控算法。在该算法中,参与调整的发电机数量少且有功出力调整量小,在较短时间内达到环网并列条件的同时,能够协调恢复部分...     

计及重要负荷优先恢复的局部电力系统恢复策略

与全系统大停电事故相比,局部电力系统停电事故发生得更为频繁。现有的研究大多集中于整个电力系统发生停电后的系统恢复问题,而对局部电力系统恢复问题的研究则相对较少。在此背景下,文中提出了考虑重要负荷恢复的局部电力系统恢复策略。考虑到局部电力系统恢复的特点,首先根据局部停电区域的网络拓扑生成恢复路径集,之后对线路过电压和不必要的恢复路径进行判断和筛选,最后在考虑系统非停电区域的传输能力约束和停电区域内部的负荷特性基础上,对局部停电区域恢复的子系统进行划分并对恢复路径进行优化,最终建立了相应的局部电力系统恢复的优化模型。与现有方法一般需要对线路和节点赋予权重不同,所提出的恢复策略基于客观信息,因而可以得到更为合理的优化结果。最后,采用修改的新英格兰系统对所提出的方法进行了验证。     

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。     

多证据融合下电力信息物理系统风险评估研究

电力与信息的深度融合是能源互联网的发展趋势,一旦电力网或信息网发生风险与故障,电网运行的稳定性将受到极大影响。针对电力信息物理融合系统风险等级评估准确性较低的问题,提出了基于证据理论的风险评估方法。首先,通过识别电力信息物理融合系统的关键风险因素,从电力空间、信息空间和网架结构3个方面构建了电力信息物理融合系统风险指标体系。其次,借助证据融合理论实现了电力信息物理融合系统风险等级计算模型,并利用该模型评估分析了5个不同的电力信息物理融合系统,得出了各个电力信息物理融合系统不同的风险等级,验证了所提模型对评估电力信息物理融合系统风险等级的适用性。