N-1安全电力系统对信息物理协同攻击的脆弱性评估

当运行于N-1安全标准的现代电网受到攻击后,电网会遵循N-1安全最优潮流约束,从而不会发生级联故障。但这种对电网的保护机制也正成为被攻击的目标。目前,一种被称为信息物理协同攻击(Coordinated Cyber-Physical Attacks,CCPA)的攻击正逐渐成为攻击电网的主流攻击形式,因其隐蔽性的攻击会对电网造成相当大的破坏力,因此,有必要对运行于N-1安全标准的电力系统在遭受信息物理协同攻击时的脆弱性进行评估。针对前人提出的3层信息物理协同攻击模型,设计了一种求解该模型的方法。方法中,结合Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件和线性叠加原理,可把攻击模型的求解问题转化为线性规划问题,并易被MOSEK求解。对IEEE 14-bus系统的案例研究表明,信息物理协同攻击运行于N-1安全标准的电网能导致N-1-1意外事故,甚至触发级联故障。

考虑源荷不确定性和N-1安全约束的电力系统优化调度

大规模风电并网增加了系统运行的不确定因素,文章利用快速可调资源平抑风电和负荷波动引发的功率不平衡,并考虑备用调用过程减少对系统潮流的影响。首先分析了风电和负荷预测误差的概率分布模型;然后,建立含N-1网络安全机会约束和旋转备用机会约束的电力系统优化调度模型,以系统调度总成本最小为目标优化机组出力;最后,基于起作用整数变量的识别方法的Benders分解法处理N-1网络安全约束,提高求解效率。利用修正的IEEE30节点系统,验证了所提模型能够保障系统备用可用性、经济性和安全性,充分挖掘抽水蓄能的快速可调能力。

暹罗芽孢杆菌N-1对芒果果实采后贮藏品质和诱导抗病性的影响

为探究拮抗菌暹罗芽孢杆菌(Bacillus siamensis N-1)对芒果果实贮藏品质和抗病性的影响,以‘台农’芒果为试材,经过菌液浸泡处理后于25℃下贮藏,并对芒果果实采后贮藏品质、抗病相关酶活性及对应基因转录水平变化进行了分析。结果表明:与对照(蒸馏水处理)相比,B.siamensis N-1处理能够有效抑制‘台农’芒果病情指数的升高,减少丙二醛(MDA)积累,延缓果实硬度下降,保持较高的总黄酮含量,维持过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、β-1,3-葡聚糖酶(GLU)、几丁质酶(CHT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查尓酮异构酶(CHI)活性。转录组数据分析表明共有9987个差异表达基因,主要富集在植物激素信号转导途径、代谢途径、光合作用途径、次生代谢物的生物合成途径以及光合作用-天线蛋白途径中。B.siamensis N-1显著诱导了PAL和WRKY转录因子的基因表达量的上调。综上,暹罗芽孢杆菌可有效维持芒果果实的贮藏品质,诱导果实抗病相关基因表达,抑制病害的发生。

以N-1满足率为约束的配电网最大供电能力评估

传统最大供电能力计算需要全网负荷通过N-1校验,对于广泛存在辐射状支路的配电网不完全适用。同时,其计算方法假设各节点负荷为连续变量而最大化全网总负荷,未考虑现状电网已有负荷情况及其自然增长规律,所求得的最大供电能力可能与实际情况脱节。为此,提出一种针对存量配电网的最大供电能力评估方法,将全网负荷100%满足N-1的硬约束松弛为N-1满足率约束,即在通过N-1校验负荷占总负荷的比例大于设定值的条件下求解配电网最大供电能力,同时考虑已有负荷及其增长。该模型最终建立为一混合整数线性规划模型,可被现有求解器有效求解。基于54节点系统的算例表明,所述方法可精确得到各N-1满足率要求下的配电网最大供电能力,并可给出各场景下的设备负载率以进行供电能力提升限制因素分析。

高比例风电背景下计及N-1安全网络约束的发输电优化规划

高比例可再生能源接入将是未来电网发展的重要方向之一,为应对高比例风电带来的不确定性,提高规划方案对风电的消纳能力及模型求解效率,该文利用多场景技术对风电、负荷的不确定性进行建模,在此基础上建立了计及N-1安全网络约束的发输电双层随机规划模型。上层模型以年投资成本、运行成本及弃风惩罚成本之和最小为目标,考虑了发电机组的开停机和输电网拓扑结构的改变。为减少机组由于爬坡能力和容量不足而造成的弃能,约束条件中计及了机组爬坡/下坡速率和备用等。下层模型以切负荷最小为目标,进行N-1安全校核。上下层模型以N-1线路约束为纽带,通过迭代添加新的校验约束,以达到降低求解规模、加快算法收敛的目的。改进的IEEE-RTS 24节点系统验证了本文所提模型和算法的有效性。

考虑N-1安全的分布式电源多目标协调优化配置

现有风电和光伏分布式电源(DG)规划模型均未计及配电网中的主变、馈线N-1约束,所得配置方案未必满足安全性要求。为解决该问题,提出一种考虑N-1安全的多目标DG选址定容规划模型。基于安全距离模型,介绍配电网N-1安全评估方法和指标;利用准蒙特卡洛模拟和奇异值分解生成风光荷相关性样本矩阵以提高规划结果准确性;以年综合费最小和安全距离均衡比最小为多目标,利用机会约束规划方法建立DG规划模型,并采用正态边界交点联合动态小生境差分进化算法对模型加以求解。算例结果表明,所得选址定容规划方案能保证N-1安全,实现了综合考虑系统经济性、安全性下的最优,验证了所提模型和算法是合理、有效的。

考虑电网N-1闭环安全校核的最优安全发电计划

提高发电计划的安全性和经济性是将短期发电计划应用于实际调度运行的关键。提出了将机组组合与电网线路N-1安全校核直接闭环的发电计划模式,实现了考虑线路N-1闭环安全校核的机组组合全空间优化,有效地提高了发电计划的安全性和经济性。基于该模式,提出了主、子问题一体控制的最优奔德斯(Benders)分解方法,确保了分解协调的最优性和高效性,并且将起作用整数变量的识别方法嵌入主问题求解流程,进一步提高了安全机组组合模型的求解效率,为所提方法的实用化奠定了计算基础。理论分析和算例测试验证了所提最优闭环发电计划的最优性和高效性。

考虑N-1安全网络约束的输电网结构优化

输电网结构优化是控制输电阻塞的手段之一。且当负荷处于较低水平、系统裕度较高时,也可以通过结构优化提高设备的利用率。为了在开断部分线路的同时保证系统安全性,建立考虑N-1安全网络约束的输电网结构优化模型。通过对可开断线路潮流方程进行线性化,将原有模型转化成混合整数线性规划形式。为了应对负荷的短期波动及风电出力不确定性对电网结构优化结果的影响,采用吸引子传播(AP)聚类算法构建不同的运行场景。以修改的IEEE-RTS 24节点系统为例对所提模型进行验证和分析,结果表明,在满足一定的安全约束条件下,断开某些输电网线路可以减轻输电阻塞、降低系统的运行成本、提高线路的负载率水平。

基于负荷恢复策略的配电网N-1安全评估

配电网一般辐射状运行,任何故障都可能导致部分负荷的瞬时或永久失电。配网中故障后的失电负荷往往可以自动或手动实现复电,因此考虑恢复控制因素的系统故障后失电负荷情况,更能表征配电网当前运行的安全性。首先给出了以恢复更多失电负荷为目标的恢复模型,该优化模型具有混合整数非线性的约束形式,可由CPLEX软件有效求解。在此基础上结合配电网N-1故障仿真,建立了安全评估的指标。算例结果验证了该评估方法的有效性。

基于路径描述的馈线分区N-1可装容量计算方法

评估馈线供电能力是保障馈线可靠运行的重要手段。文中提出了一种基于路径描述的馈线分区N-1可装容量计算方法。首先,将同一电压等级配电网以自动/手动开关装置为边界划分馈线分区,视为负荷节点;采用所有负荷节点及其所有可能供电路径的集合描述配电网拓扑结构。随后,以路径状态为变量,建立了馈线N-1安全校验的0-1线性规划模型。针对电网营销部门的实际数据需求,以路径状态和馈线分区可装容量为变量,进一步建立了用于馈线分区N-1可装容量计算的混合整数线性规划模型。最后,以某省会城市实际运行的某一10 k V馈线组为例,验证了所提算法的实用性和有效性。

基于泰勒级数展开的N-1牛顿拉夫逊法快速潮流修正计算

提出用高阶泰勒级数来估计线路开断以后系统的各个运行变量的方法,其优点是在线路开断时不必对系统导纳矩阵因子表进行修正,运算中也不必用到节点阻抗矩阵这一满秩矩阵。高阶泰勒展开时只需在基态网络三角分解的基础上进行前代与回代即可求得节点电压对开断线路参数的各高阶导数,采用高阶泰勒展开法对电压相角与幅值的一次修正计算量相当于一次前代与回代。高阶泰勒级数法对故障支路两端2个节点的等效功率具有预测功能,通过与补偿法比较可知,高阶泰勒展开法具有更优越的收敛特性。用IEEE118节点系统算例验证了所提方法的有效性。

考虑风电和负荷波动及N-1故障的发电备用优化方法研究

基于风电与负荷预测误差的统计分布,确定合理的区间数;采用区间数优化方法,同时考虑备用优化配置中的电网安全约束、故障场景下的网络拓扑结构变化以及连续波动场景与瞬时离散故障场景下的爬坡约束,建立考虑风电和负荷波动及系统N-1故障多场景的备用容量优化模型,并运用benders分解方法减小求解规模。从时间维度与空间维度将机组出力与备用容量及其在机组间的合理分配进行统一优化,保证系统在各场景下的自愈校正能力。通过IEEE 39节点算例验证该文所提方法的有效性和优越性。

配电网最大供电能力与N-1安全校验的对比验证

最大供电能力(TSC)是配电系统一个新的重要指标,但目前TSC计算结果是否准确、如何衡量TSC的准确性,这一基础性问题尚未解决。文中采用与传统的N-1安全校验对比来验证TSC准确性。首先,介绍了目前主要的TSC计算方法以及主变压器N-1安全校验方法;然后,设计了对比验证的指标与方案;为便于衡量误差,给出了一种N-1安全校验和TSC计算相结合的逼近法。大量算例对比验证发现,目前文献给出的供电能力计算方法均存在一定误差。通过分析误差规律发现,未将负荷细分到馈线且假设主变转带负荷连续可分是造成误差的主要原因。

电力市场日前N-1安全校正模型及算法

在电力市场环境下,系统的运行方式多变,发生输电安全阻塞的概率大为增加。针对当前具有合同电力与竞价电力的电力市场运行特点,提出了一种日前N-1安全校正的数学模型及算法。模型中以电厂与负荷的调整费用最小为目标函数,以线路在正常网络与N-1故障网络下线路潮流与断面潮流不越界及机组满足爬坡功率为约束条件。在目标函数中将发电功率中的竞价电力与合同电力分开,负荷功率中的可切除非重要负荷与重要负荷分开,对于不同类型的发电功率与负荷功率赋予不同的权重;在构造线路约束集时,采用实用的有效约束集方法减少约束线路数。省级电网算例验证了所提算法的正确性和有效性。

基于N-1准则的VSC-MTDC输电系统稳态调控方案

分析了电压源换流器型多端直流输电(VSC-MTDC)系统的安全稳定运行条件,给出了VSC-MTDC系统的控制系统分层结构和直流潮流计算方法。提出了一种基于N-1准则的多端直流输电系统稳态运行调控方案;基于连续潮流计算和换流站的电压、功率限制,设计了应对主导站和非主导站停运的调控策略,给出了直流输电系统指令值的计算步骤,并讨论了解的存在性问题。提出了换流站停运调控策略无解情况下有功功率指令值的优化方法,定义了优化后有功功率指令值的评价指标以用于寻找最优解。以典型的五端直流输电系统为例,利用MATLAB编程验证该调控方案的可行性与准确性。计算结果表明,该调控方案能够为VSC-MTDC系统提供可靠安全的指令值。

基于N-1准则的配电网重构分区评估分析

为解决配电网规划和自动化中的负荷转供问题,结合电网拓扑结构与接线模式,对故障后的配电网重构方案和影响因素进行了分析,提出了配电网重构"N-1"安全准则分区扫描实用评估分析方式,可以对配电网进行完全和逐段两种形式的"N-1"准则校验。同时开发了相应的评估软件,当单馈线无法承担转供负荷时,可以提供多馈线分担转供负荷的方案,并且解决了故障后双电源自动转切负荷对电源馈线容量裕度影响的问题。通过评估软件的分区逐段扫描结果,能够全面、有效地评估配电网的负荷转供能力,并对故障重构的各种方案进行比较。经多个配电网的实际应用,验证了该扫描评估分析方式和软件的效果。

配电网安全域法的改进及与N-1仿真法的对比验证

配电系统安全域(DSSR)是一种新的配电网安全评价方法,但是现有DSSR方法尚未给出N-1仿真安全评价法能够得到的所有信息,文中对DSSR法进行改进并与仿真法全面对比。首先,分析了两种方法的原理:N-1仿真法逐个模拟元件故障,通过校验是否满足过负荷等静态安全约束来评价是否安全,并用停电范围和容量裕度来分别衡量不安全和安全的程度;DSSR方法预先根据网络结构和参数计算N-1安全边界,不需要仿真,能够通过判断工作点在安全边界内外快速计算电网是否安全,再依据工作点到安全边界的距离来衡量安全或不安全程度。然后,在此基础上提出了DSSR安全评价的改进方法,使其能够得到仿真法的所有结果,包括按严重程度排序的故障集、过负荷元件集和过负荷的大小。最后,通过算例将两种方法进行对比,验证了改进方法的正确性和快速性。所述工作不仅扩展了DSSR方法的功能,还揭示了DSSR方法与仿真法的关系,解释了DSSR法能够不经过仿真准确得到N-1安全分析结果的原理,为DSSR的实际应用奠定了理论基础。

基于N-1方式的无功优化规划

为解决传统无功规划以正常运行方式来寻求无功补偿方案的优化,往往不能满足系统在N-1事故方式下的电压安全性问题,为此提出了基于N-1方式的无功优化规划的数学模型,以系统发生N-1事故后的网络运行方式为对象,以系统年支出费用最小为目标函数,并满足各种物理约束和运行约束,从而能够保证系统在出现N-1事故时仍有足够的无功备用来维持电压安全水平。通过三步算法的流程,实现N方式和N-1方式的优化解耦,降低了求解规模。最后在IEEE6节点系统中进行计算验证了该模型的合理性,优化方案能够明显提高系统运行的安全性和经济性。

基于拟合方法的N-1静态电压稳定裕度计算

提出一种兼顾精度与速度的计算线路N-1故障下静态电压稳定临界点的拟合方法。该方法用左特征向量排队找出较严重故障,再利用泰勒级数求得电压崩溃点处状态变量和负荷裕度对严重故障支路连接参数的1～3阶灵敏度,在此基础上用四参数拟合方法进行逼近,从而快速精确地求解出关键线路故障情况下电压稳定临界点。该方法能快速地对线路故障按严重程度进行排序,并精确得出故障后电压稳定裕度,可用于调度中心作监控估算工具。IEEE30及IEEE57母线系统上的算例验证了该方法。

考虑N-1安全约束的220kV片区电网最大供电能力计算

电网最大供电能力(TSC)的准确计算可有效引导电网的规划和运行。在考虑N-1静态安全约束的交流潮流非线性模型的基础上提出了一种完整电网模型与220kV片区电网模型交替迭代的方法来求解220kV片区电网的TSC,该方法在缩减计算规模、加快计算速度的同时,能有效地提高计算精度。实际电网中对负荷分配均衡性有一定的要求,因此,提出了考虑负荷均衡平衡的TSC计算模型。最后,以广州某220kV片区电网为算例分别对所提出的模型和不考虑负荷均衡平衡的模型进行了TSC计算,并对其结果进行了对比分析,验证了所述方法和模型的可行性与有效性。