电网信息物理系统可靠性评估与连锁故障建模研究

发布时间：2020-06-03 15:20

【摘要】：电网信息物理系统(cyber-physical power system,CPPS)是智能电网的发展方向和表现形式,亦是支撑能源互联网的核心技术。CPPS中信息层与物理层的紧密耦合与实时交互在提高电力系统运行水平的同时也带来新的挑战。信息层与物理层的相互作用关系成为故障风险跨空间传播的通道。信息层单侧失效会削弱电网可靠性,同时也可能由于天气灾害、人为攻击等原因导致物理层与信息层同时出现失效,引发后果严重的连锁故障,威胁电网的实时运行。由此可见,研究信息层失效对物理层电网长期运行可靠性的影响,建立信息物理连锁故障模型并提出缓解策略,对理解CPPS信息-物理作用机理与实施CPPS背景下的故障风险管控具有重要理论价值和现实意义。本文具体从电网信息物理系统模型与可靠性评估,基于改进渗流理论的连锁故障建模以及多维度连锁故障缓解策略等方面展开研究,主要总结如下:(1)基于复杂网络理论,建立信息层与物理层的静态拓扑模型;基于信息流和能量流分析,建立信息层与物理层动态运行模型。将系统状态划分为安全状态、警示状态、紧急状态和极端状态,进而从系统运行状态的维度佐证了本文研究的必要性。(2)针对信息层的保护控制与监视感知两类主要功能,考虑信息层关键设备的拓扑连接关系,通过可靠性框图(reliability block diagram,RBD)计算功能可靠性。继而提出融合信息层功能失效的物理层关键设备多状态马可夫链模型,实现信息层功能与对应物理层设备的解耦。通过非序贯蒙特卡洛模拟法评估电网信息物理系统的可靠性。(3)基于改进渗流理论,提出电网信息物理系统连锁故障模型。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,从动态和静态两方面阐述连锁故障中信息层与物理层的交互机理。对故障在信息层的传播建模,考虑信息上行传输和下行传输的延时和拥塞;对故障在物理层的传播建模,考虑潮流特性及安全控制。综合系统拓扑完整性及运行安全特性定义了故障脆弱度指标。应用提出的连锁故障模型,对不同场景下的CPPS连锁故障进行对比分析,实现对故障发展的精确描述。(4)在上述工作的基础上,提出多维度连锁故障缓解策略。从信息层信息流控制维度,提出基于SDN(software-defined networks)的信息层OpenFlow动态路由优化方案,提高信息的完整性和实时准确性。从物理层能量流控制维度,在安全控制中融合UPFC(unified power flow controller),增加物理层控制变量种类和数量,并应用McCormick'senvelopes算法实现求解。从系统控制管理架构维度,提出基于 ADMM(alternating direction method of multipliers)的多区域自治分布式安全控制算法。最后通过测试系统模拟,验证了连锁故障缓解策略的可行性和有效性。
【图文】：

、息层信息流控制维度。提出基于软件定义网络（ｓｏｆｔ－ｄｅｆｉｎｅｄ息层ＯｐｃｎＦｌｏｗ动态路由优化方案，缩短信息层传输延时，缓由于延时超过端到端往返延时（ｒｏｕｎｄ邋ｔｒｉｐ邋ｔｉｍｅ，邋ＲＴＴ）阈值而丢中心信息的完整性和下行控制信息的准确性。逡逑理层能量流控制维度。引入柔性交流输电设备，以功能最完善（ｕｎｉｆｉｅｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，邋ＵＰＦＣ）为例，增加物理层电网的控。提出基于ＭｃＣｏｒｍｉｃｋ＇ｓ邋ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ的融合ＵＰＦＣ安全控制策统控制管理架构维度。提出基于交叉乘子法（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｌｉｅｒｓ，邋ＡＤＭＭ）的多区域自治分布式安全控制算法。最后通过测了连锁故障多维度缓解策略的可行性和有效性。逡逑章节安排逡逑总体章节安排如图１．１所示。逡逑一

信息层,信息传输,路由,目标节点

序符合先进先出（ｆｉｒｓｔ邋ｉｎｐｕｔ邋ｆｉｒｓｔ邋ｏｕｔｐｕｔ，邋ＦＩＦＯ）原则，以息数据从源节点到目标节点的传递与处理过程中，每队等待处理并到达下一信息节点所引起的总延时，是倍。逡逑路由策略逡逑反映了信息层信息数据从源节点向目标节点的传输过。如果目标节点是源节点的相邻节点，则信息数据直息所在的源节点以概率Ｐ选择与其相邻的节点，将信息为信息的中间节点，在下一个单位时间步中，信息在中选取过程，直至所有信息均到达目标节点。基于上节通考虑通信传输媒介延时，因此节点发出的数据可以认为成从一个节点发出并进入路由表中下一个节点的排队缓时间步的排队转发。信息传输路由示意如图２．１所示。逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM732

【参考文献】