考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性

分类：论文范文 发表时间：2021-04-19 09:45

　　摘要：电网信息物理系统的最主要特征是信息系统与物理系统的深度融合与相互影响。针对电网信息物理系统中信息系统主要的监视与控制两类功能，建立功能失效模型，研究每类功能对电网信息物理系统可靠性评估影响的表征方式,建立考虑控制功能作用后的断路器的设备可靠性模型。在此基础上，分析监视功能失效所导致的电网事故蔓延状况，提出考虑信息–电力作用的电网信息物理系统可靠性评估方法。最后，对测试系统进行仿真测试，分析信息系统故障发生位置对电网信息物理系统可靠性的影响，验证了所提算法的可行性、必要性与有效性。

　　关键词：电网信息物理系统；可靠性评估；监视功能；控制功能；不可观测性；信息–物理作用

　　0引言

　　智能电网战略的推进，使得发电、输电、配电、用电每一个环节都会有更复杂和多种类的元件接入，电网数字化和信息化水平日益提高，能量流和信息流交互影响愈加频繁，使得传统电力系统逐渐发展为由信息系统和物理系统构成的“二元复合系统”，即信息物理融合系统(cyberphysicalsystem，CPS)[1-2]。作为下一代电力系统的基本架构，电网信息物理系统(cyber-physicalpowersystem，CPPS)的核心特征即是信息系统与物理系统的深度交互影响，除了应具备智能电网所应具有的各种功能外，其还必须能够实现计算、通信、传感、控制和电力系统的无缝集成[3]。目前，许多研究已经在电网信息物理系统的架构、建模与控制等方面取得一定进展[3-7]。

　　1信息系统功能可靠性模型

　　信息系统功能由设备、软件及它们之间的信息交互共同完成，其可靠性受设备、软件和通信信道的可靠性影响，且与通信网络拓扑有关[11]，为了方便，本文之后的功能均特指信息系统功能，不包括物理系统自身功能。由于信息系统中某个设备可能保障多个功能的正常工作，某个功能的完成也可能有多个设备的参与，单纯笼统的用传统的二次系统失效概率或二次设备失效概率不能反映电网信息物理系统中的功能特性。因此，本文从整体出发，综合考虑信息系统拓扑结构和冗余配置，使用可靠性框图的方法，进行了监视与控制功能的功能可靠性建模。

　　2信息–物理作用分析

　　本文主要将断路器这一电网信息物理系统重要物理设备，作为信息系统与物理系统的信息–物理作用交互点，其他设备的研究将在后续研究中进行。此外，假设系统中保护功能完全可靠，仅对监视与控制功能进行分析。

　　3考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性评估

　　3.1最优负荷削减计算是否启动的判断

　　考虑监视与控制功能的影响之后，最优负荷削减计算是否启动的主要判断步骤如下：

　　1）根据输入数据分析是否解列，若否，则执行步骤2）；若是，则执行最优负荷削减计算。

　　2）根据当前系统状态下数据进行潮流计算。

　　3.2可靠性指标

　　本文以系统负荷削减概率(lossofloadprobability，LOLP)和期望失负荷量(expectedenergynotsupplied，EENS)作为可靠性指标：OLPsgn()iiiSLpC∈=?∑(4)ENSiiiSEpC∈=?∑(5)式中：S为系统所有状态的集合；pi为系统在状态i的概率。Ci为系统在状态i的负荷削减量。

　　4算例分析

　　4.1测试系统

　　本文测试所使用的电网信息物理系统由RBTS[30]系统改进而成，如图4所示。物理系统中包括6个变电站，系统基准电压等级为220kV，低于220kV的部分均被等效为负荷。信息系统由6个变电站的SAS、调控中心及星型电力通讯网络组成。

　　4.2结果分析

　　为了研究不同类型的信息–物理作用对电网信息物理系统可靠性评估的影响，对以下3种情况进行分析：

　　Case1：认为信息系统完全可靠，单独对物理系统进行可靠性评估。

　　Case2：考虑直接型信息–物理作用(仅考虑控制功能)的电网信息物理系统可靠性评估。

　　Case3：完整考虑信息–物理作用(同时考虑监视与控制功能)的电网信息物理系统可靠性评估。

　　5结论与展望

　　本文提出了考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性评估方法。以断路器作为信息–物理作用点，指出监视和控制功能能够以不同的方式影响系统可靠性，最后用测试系统验证了方法的有效性。主要在以下几个方面取得了进展：

　　1）综合EMS、SAS及电力通讯网络形成了信息系统结构，并以此获取了功能可靠性模型。

　　2）以物理设备可靠性模型的修正来反映直接信息–物理作用的功能对电网信息物理系统可靠性的影响。

　　参考文献

　　[1]梅生伟，王莹莹，陈来军．从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望[J]．高电压技术，2011，37(3)：672-679．MeiShengwei，WangYingying，ChenLaijun．Overviewsandprospectsofthecybersecurityofsmartgridfromtheviewofcomplexnetworktheory[J]．HighVoltageEngineering，2011，37(3)：672-679(inChinese)．

　　[2]刘东，盛万兴，王云，等．电网信息物理系统的关键技术及其进展[J]．中国电机工程学报，2015，35(14)：3522-3531．LiuDong，ShengWanxing，WangYun，etal．Keytechnologiesandtrendsofcyberphysicalsystemforpowergrid[J]．ProceedingsoftheCSEE，2015，35(14)：3522-3531(inChinese)．

　　[3]赵俊华，文福拴，薛禹胜，等．电力CPS的架构及其实现技术与挑战[J]．电力系统自动化，2010，34(16)：1-7．ZhaoJunhua，WenFushuan，XueYusheng，etal．Cyberphysicalpowersystems：Architecture，implementationtechniquesandchallenges[J]．AutomationofElectricPowerSystems，2010，34(16)：1-7(inChinese)．

　　郭嘉1，韩宇奇1，郭创新1，李大虎2，孙建波2

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