考虑网络重构和应急资源的灾后配电网信息物理系统协调恢复方法

近年来,极端天气灾害频发给配电网信息物理系统造成了严重影响,因此,灾后配电网和信息网的协调恢复至关重要。为减小灾后系统的损失,提出了一种以系统损失成本最小为目标的配电网信息物理系统灾后多源协调恢复方法。基于配电网和信息网的耦合建立系统灾后协调恢复模型,综合考虑分布式发电机组、储能设备、网络重构、移动应急资源等措施来加快负荷的恢复;在此基础上考虑新能源出力的不确定性,提出基于信息间隙决策理论的配电网信息物理系统灾后多源协调恢复方法;采用IEEE 33节点配电网和21节点信息网仿真验证了所提方法的有效性。

FDIA-蠕虫混合攻击下的配电网信息物理系统弹性拓扑优化配置

电力安全是现代社会持续发展的重要保障。随着信息技术逐步发展,网络攻击手段的日渐增多和变强会对新型电力系统造成严重破坏,而合理的网络拓扑结构和有效的网络防御资源的是电力系统遭受网络攻击后负荷恢复的关键。为此,提出一种虚假数据注入(false data injection attack,FDIA)-蠕虫混合攻击下的配电网信息物理系统(cyber-physical systems,CPS)弹性拓扑优化和防御资源配置策略,用于提高配电系统网络攻击下的弹性。该模型采用上、中、下3层的框架对拓扑结构和防御资源进行优化:上层建立以规划成本和失负荷风险为目标的多目标帕累托规划模型,结合中层计及攻击与恢复的网络攻击传播模型,采用非支配排序遗传算法-II(non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)进行规划方案求解;下层考虑信息层与物理层的多种耦合方案,基于配电网CPS弹性度量指标对拓扑优化配置进行评估。与传统的一对一串联模式方案相比,通过模型求解的3种耦合关系下的网络拓扑结构与防御资源优化方案,在提高系统弹性方面能够发挥重要作用。

信息物理多重攻击下配电网状态估计关键技术评述

配电网数字化转型将进一步促进信息系统与物理系统的深度耦合,由于配电网信息安全防御资源有限,难以将信息侧安全风险隔离于物理系统之外,这也使得配电网状态估计正面临全新的挑战。首先,文中简要介绍了配电网信息物理系统体系结构,并构建了面向信息物理系统的配电网状态估计技术框架;其次,较为全面地梳理了信息物理融合背景下配电网状态估计技术的国内外研究现状,包括考虑网络攻击的配电网伪量测建模与分析、配电网虚假数据注入攻击分析与防御以及配电网信息物理系统安全风险分析与可靠性评估等方向;最后,对该领域未来进一步发展所面临的关键问题进行了探讨和分析。

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。

基于SDN的配电网信息-物理协同恢复策略

随着智能电网的快速发展,配电网中信息物理耦合关系日益紧密。这种耦合性使得配电网更容易被多方面极端事件所影响,在通信网络发生故障时会降低系统的态势感知和控制能力,从而制约配电网的灾后负荷恢复能力,因此通信网络恢复对灾后配电网负荷恢复至关重要。该文提出一种通信网络恢复和负荷恢复的协同优化决策方案,该方案将环网通信网络与软件定义网络(software defined networking,SDN)技术相结合,灵活恢复灾后的配电网通信网络,进而控制配电网拓扑重构形成以分布式电源为中心的微电网以恢复负荷电力供应,并进一步使用一种信息物理协同的启发式计算方法实现恢复方案的快速计算。最后,使用IEEE 33节点和IEEE 123节点测试系统验证所提出方法的优点和有效性。

基于边缘计算的主动配电网信息物理系统

主动配电网支撑着分布式能源、储能设施和主动负荷的广泛接入,实现了能量流和信息流的高度融合控制,也是信息物理高度融合的智能化基础设施。CPS是主动配电网智能化的发展方向,该文结合主动配电网源—荷互联互通、泛在感知与智能控制的需求,分析了边缘计算技术与主动配电网和CPS的相似之处和融合方式;参考PTN网络的PE-P-CE结构,提出基于边缘计算的主动配电网的PTN物理架构模型;进一步构建了基于边缘计算的分层自治协同的主动配电网CPS管控模型。围绕边缘计算的敏捷联接、业务实时性、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等的关键需求,提出了基于边缘计算CROSS指标管控模型评价体系。

馈线功率控制下的主动配电网信息物理风险演化分析

在主动配电网信息物理系统中,信息系统与物理网架之间存在强耦合关系。在电网复杂的信息物理交互作用下,信息系统的异常或故障会直接影响并降低电力系统的运行水平,甚至引发严重的连锁故障。且相对于传统电力系统,电网信息物理系统的风险致因因素更多,交互机理更复杂,监测识别更困难。电网信息物理系统的安全风险问题已成为当前亟待解决的基础问题之一。以主动配电网为研究对象,对信息侧架构与信息物理交互机理进行分析,建立了信息攻击下的风险传递模型,揭示了故障在配电网信息物理系统中的演化机理。最后,在DIgSILENT中搭建仿真算例进行实例分析,验证了所提出模型的正确性,并对未来配电网如何抵御信息侧风险,加强安全风险防护水平提出了建议。

融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法

为分析重大社会活动中信息系统先进技术和社会系统应急保电措施对配电网可靠性的影响,文中提出融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法。首先,为分析信息物理社会系统的相互作用,构建了配电网可靠性的信息物理社会交互框架。然后,通过构建设备发展型和破坏型故障状态转移模型,量化了信息系统中缺陷诊断、风险预警技术作用周期以及社会系统中检修人员技术水平与设备故障率的关系。通过构建设备故障恢复时间模型,量化了信息系统中故障定位技术精度以及社会系统中交通路况、应急物资充裕度与设备故障恢复时间的关系。最后,为了验证框架和模型的有效性,文中建立了一个包含信息物理社会系统基本信息的测试系统。结果验证了信息、社会系统对配电物理系统可靠性的提升作用。

信息物理融合的主动配电网动态潮流研究

主动配电网的运行因分布式电源的接入一直存在不确定性增强、运行场景多变的问题。为更为准确深刻地揭示主动配电网的内在特性,提出信息物理融合环境下的主动配电网动态潮流计算实现机理;考虑风电与储能的接入后的运行场景持续变化,以寻求分布式电源有效出力的可信容量为目的,提出一种以连续分配不平衡功率由储能分担为核心的配电网动态潮流计算方法。算例结果表明:提出的基于信息物理融合的动态潮流方法相较概率潮流等方法能够更好地揭示配电网在强不确定性及扰动频繁条件下的运行特征。

智能配电网信息物理融合保护系统的研究

为了实现智能配电网中继电保护系统信息在更深层次上的融合,引入信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)的概念,借助其计算机网络与物理系统紧密结合特点,提出了由嵌入式计算设备,实时通信网络、电子式互感器以及智能开关设备组成的智能配电网信息物理融合保护系统。阐述了系统各个组成部分的功能及结构,给出该系统的基本结构并讨论了其功能与关键技术。探讨了智能配电网信息物理融合保护系统中与传统继电保护系统中过流与选线保护执行方式的区别及其优势所在。

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统(CPS)仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。

信息物理并发故障下的配电网供电恢复方法

针对配电网中信息通信系统与物理系统并发故障场景下的供电恢复问题,文章分析了对配电自动化主站处理故障定位、隔离与供电恢复过程的影响,提出了配电网信息物理并发故障关联耦合建模方法,构建了基于两阶段双层优化的配电网信息物理并发故障供电恢复模型,第一阶段通过通信网络动态路由,实现通信链路的损失最小,第二阶段以失电负荷最小、开关操作次数最少等为目标,进行配电网网络重构。两阶段双层优化模型采用KKT条件转换为单层优化模型后,采用Cplex进行求解,得出满足信息物理耦合约束的可行解,从而实现了配电网信息物理系统并发故障的有序恢复。通过DCPS-160节点算例进行了验证,结果验证了所提出模型的准确性和有效性。

配电网信息物理系统(CPS)的初步探讨

物理信息融合系统是融合了计算系统、物理系统、通信网络的多维复合系统,能够实现电力系统与信息系统的深度融合。本文首先阐述了配电网CPS的概念、组成以及功能,最后讨论了要构建配电网CPS系统还需继续研究的若干问题。

基于信息物理双侧数据的配电网CPS窃电检测方法

高比例量测设备的广泛应用为配电网信息物理系统(CPS)带来了大量信息侧网络攻击风险,其中以获取经济利益为目的的窃电攻击严重危害了电力公司的应得利益。现有窃电检测方法中,数据驱动方法与模型驱动方法单独应用时都存在一定的局限性,无法有效降低输出结果的误报率。提出了一种基于信息物理双侧数据的配电网CPS窃电检测方法。首先对配电台区物理侧量测的线损序列进行监测,确定异常用电行为的时段;其次将配电台区信息侧用户传输的多参数用电数据以周为单位送入卷积神经网络进行疑似窃电用户排查;最后利用时间距离加权皮尔逊相关性算法,根据窃电时段内的台区线损序列和窃电用户电力消耗数据序列之间存在的负相关性,对窃电检测模型的输出结果进行窃电嫌疑二次筛查。基于IEEE 33节点系统对配电网运行过程进行仿真,输出用于分析和构建检测方法的正异常用户电力消耗多参数数据。对比试验结果表明,与其他方法相比,该检测方法具有可靠性更高、可解释性更强的窃电判据,能够在提高准确率的同时进一步降低数据驱动模型检测结果的误报率。

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。

考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估

提出一种考虑故障处理全过程的配电网信息物理系统可靠性评估方法。建立表征信息系统支撑作用的网络连通性模型和信息传输时延模型,在此基础上研究故障定位、隔离和供电恢复各阶段的可靠性模型,并进行故障后果分析。利用事件树分析故障处理的时序过程,定量描述信息系统失效对物理系统故障处理结果的影响。利用序贯蒙特卡洛方法模拟信息物理系统的时序状态序列和故障处理的动态过程,并计算系统可靠性指标。最后,针对影响信息系统功能的2个主要因素:信息元件自检率和信息传输时延,进行灵敏度分析。算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。

配电网信息物理系统可靠性评估关键技术探讨

信息物理高度融合是未来智能配电网的发展趋势,主要针对配电网信息物理系统(CPS)可靠性评估关键技术进行综述与展望。从配电网信息空间、物理空间的风险来源挖掘入手,进一步对信息物理相依存下的影响因素进行总结和分析;在此基础上,归纳总结了配电网物理系统、信息系统各自典型的可靠性指标分类方式与具体数学表达以及两者耦合下的可靠性指标构建技术,进而总结了配电网CPS可靠性评估算法与方法的研究进展;从配电网CPS异构数据处理、信息物理关联的建模与仿真、配电网CPS可靠性评估指标与方法、配电网CPS广义攻击与防御机制4个方面进行了展望。

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。

有源配电网信息物理系统混合仿真平台设计方法及其算例实现

随着电网信息流-能量流的深度耦合,有源配电网正逐渐成为信息空间与物理空间深度交互的电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)。延时、丢包、拥堵、恶意攻击等问题导致电力系统的故障分析愈发复杂,传统的有源配电网仿真方法无法保证其仿真分析的精确性及实时性。该文分析了现有的配电网仿真技术研究现状,基于RT-LAB、DSP嵌入式系统、OPNET网络仿真环境以及配电网主站系统,设计了能量流与信息流深度交互的新型有源配电网CPS混合仿真平台,详细阐述仿真平台的整体架构,以及底层控制单元、泛能监测控制器、网络仿真单元、系统运行控制单元等重要组成部分的运行原理与构建方式。针对有源配电网CPS的分布式电源协同控制等算例进行仿真分析,结果验证了该仿真技术的有效性和合理性。

信息物理融合的主动配电网分层交易式能量管理

为了全面应对传统能量管理系统面临的挑战,提出了信息物理融合的主动配电网的分层交易式能量管理方法。首先,将信息物理系统思想与交易式能源机制结合起来,采用模块化建模方法,提出了一种信息物理融合的交易式能源系统模型,模型中物理系统、信息系统和本地市场紧密耦合且具有一致结构。然后,提出和定义了一组代理间的交互协议,实现了分层交易式控制方法。该方法适应于复杂主动配电网,保障了各类分布式能源和不同运营商的标准化接入,实现了全局能量优化和分层分区的电能供需平衡。最后,通过仿真验证了该方法在能量优化、阻塞管理、虚拟电厂功能、配电网重构方面的效果。