Research on Security Assessment Index System for Operating Reserve in Large Interconnected Power Grid

Optimization and placement of spinning reserve is an important issue in power system planning and operation. Systematic way for security assessment of operating reserve needs to study. A security assessment index system for operating reserve in large interconnected power grids is presented in this paper. Firstly, classification and determination methods of operating reserve at home and abroad are investigated, and operating reserve is divided into transient state operating reserve and quasi-steady state operating reserve from the view of security assessment. Secondly, assessment indexes and optimization methods for transient state operating reserve are studied. Thirdly, optimization model, deterministic and probabilistic optimization methods for quasi-steady state operating reserve are explored. Finally, some principles for determination of operating reserve are suggested, and a security assessment index system is put forward. The proposed index system, considering both transient and quasi-steady state, both deterministic and probabilistic methods, provides a systematic way to assessment and arrangement of operating reserve.

An In-Depth Study of Complex Power System Dynamic Behavior Characteristics for Chinese UHV Power Grid Security

In this paper,a series of major policy decisions used to improve the power grid reliability,reduce the risk and losses of major power outages,and realize the modernization of 21st century power grid are discussed. These decisions were adopted by American government and would also be helpful for the strategic development of Chinese power grid. It is proposed that China should take precaution,carry out security research on the overall dynamic behaviour characteristics of the UHV grid using the complexity theory,and finally provide safeguard for the Chinese UHV grid. It is also pointed out that,due to the lack of matured approaches to controll a cascading failure,the primary duty of a system operator is to work as a "watchdog" for the grid operation security,eliminate the cumulative effect and reduce the risk and losses of major cascading outages with the help of EMS and WAMS.

Three-defense Line Coordination Strategy of the Guizhou Power Grid with the New Security Situation

In order to meet the requirements of Decree of the State Council of the People's Republic of China (No.599), this paper presents a three-defense line coordination strategy based on the Decree of the State Council (No.599). Taking the Guizhou power grid of 220 kV&500 kV as an example, the security and stability problem of the Guizhou power grid is analyzed. The strategy using three-defense line coordination for lowering the level of electricity safety accidents is researched. The analysis results show that the proposed coordination strategy is feasible, which can lower the level of electricity safety accidents under the same fault in same operation mode. Through studying the three-defense line of the Guizhou power grid, this paper presents a basic idea of the three-defense line coordination strategy based on the Decree of the State Council (No.599). The three-defense line coordination strategy provides reference for other provinces power grid.

A Study on Quantitative Methodology to Assess Cyber Security Risk of Smart Grid

This paper aims to identify and clarify the cyber security risks and their interaction with the power system in Smart Grid. The SCADA system and other communication networks interact with the power system on a real time basis, so it is important to understand the interaction between two layers to protect the power system from potential cyber threats. This paper has shown the risks of the open architecture SCADA in a quantitative method and proposed effective security measures through case studies.

Influence and hazard of disastrous space weather on power grid in China

Based on the measured data of geomagnetically induced currents （GIC） in Guangdong Ling＇ ao 500 kV power networks during several magnetic storms at the peak years of 23rd Solar Cycle, the GIC calculation results of 750 kV planning power grid in Shartxi, Gansu, Qinghai and Ningxia, the structure and characteristics of power networks from 500 kV to 1 000 kV, and super magnetic storm in 1859 are analyzed in this paper. Through the analysis, the possible impacts of extreme space weather on the future ultra-high voltage （UHV） grid, the security of large-scale power system in China are expounded, and the research suggestions coping with the strong solar storms are proposed.

面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域

燃气机组调峰的灵活性有助于提升可再生能源消纳水平,但所造成的管道压力剧烈波动却为天然气管网引入新的安全风险。该文提出一种面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域,以表征满足动态管流安全的燃气机组有功调整量的集合。首先,分析以时域连续的气负荷质量流率作为注入空间的天然气管网动态安全域难以实用化的原因。为此,提出将燃气机组进气口质量流率转化为有功调整量的函数,定义以初始运行点为基准、以各燃气机组有功调整量为注入空间的天然气管网动态安全域。为兼顾计算精度和效率,基于时空正交配置法对管网连续变量进行近似离散,建立安全域边界搜索优化模型。并进一步揭示天然气管网稳态安全域可通过松弛该优化模型中部分约束条件求解得到,为动态安全域的一种退化形式。算例结果表明,所提方法克服天然气管网稳态安全域对于日内安全分析过于乐观的局限性,有助于增强电力-天然气耦合系统的协同态势感知能力。

基于灵敏度因子的随机电网规划方法

针对常规电网规划考虑系统灵活性不足的问题,建立多场景的不确定电网规划模型,该模型以设备投资成本和运行费用综合最小为目标,嵌入安全约束机组组合模型以充分反映系统灵活性的平衡;同时,鉴于常规电网规划模型规模过大,计算效率低下,提出一种基于灵敏度因子的电网规划方法,建立候选线路投建状态变量对输电断面约束的灵敏度模型,消除传统电网规划中的节点相角变量,实现线路和断面潮流的解耦,从而大幅提高电网规划求解效率。IEEE 118节点算例和实际电网算例的结果表明:对新能源消纳率的过高追求可能会导致巨大电网投资成本;同时,在中大型电力系统中,基于灵敏度因子的电网规划计算效率优势明显,从而验证模型和算法的有效性。

坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制:架构设计及前沿思考

为保障坦克装甲车辆电力系统在复杂环境中的安全可靠、优质高效运行,发展以主动弹性、协调优化、灵活互动为主要特征的车载电力系统是未来一代全电战车的重要发展方向。聚焦于以全电化为特征的坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制研究。从内在要求和外在驱动2方面阐述发展坦克装甲车辆电力系统的必要性和挑战;从架构设计的角度介绍车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制的核心内容及关键技术,包括极端环境下的主动弹性安全控制技术、正常环境下的多时间尺度优化调度技术以及大扰动源场景下的灵活动态调控技术。继而结合弹性电力系统的内涵,探讨基于弹性优化控制的坦克装甲车辆电力系统在面对极端或突发事件时的性能特点。为未来我国坦克装甲车辆电力系统的发展提供参考。

新型电力系统下的电网安全挑战与对策研究

新型电力系统的发展给电网安全带来了一系列挑战,包括自然灾难、设备故障、电网管理、恶意破坏等传统风险,以及大规模可再生能源接入和信息技术快速发展等新兴安全问题。文章梳理了国外电力系统及我国新型电力系统的发展特征和形势,研判了新型电力系统下的电网安全风险和挑战,并从预测预警预判技术、极端气候对电网的影响、网络信息安全、风险管理标准4个方面梳理了全球应对电网安全的措施。在此基础上,提出加强电网前瞻性规划部署、提升电网资源配置效率和整体韧性、推动先进技术研发和应用、完善风险管理措施等应对建议,期望为我国电网提高电力供给能力、安全稳定性、韧性提供参考依据。

基于可行域投影的多区域电力市场交易模型与算法研究

随着跨省输电规模日益扩大,跨省跨区间输电通道数目逐渐增加且耦合紧密,传统可用输电容量(available transmission capacity,ATC),无法反映省内安全约束对跨区输电功率范围的影响和区域联络线之间的耦合关系。基于可行域投影理论,提出了省间多通道联络线可传输功率安全域的概念,以及考虑省级发电情况、负荷特性和网络约束条件的省间多通道联络线安全域刻画方法,实现了对多联络线、大规模省间电力系统模型可行域的高效、精细刻画。提出了基于安全域的省间市场优化出清模式,既可满足省间市场出清目标需求,又可兼顾省内约束,并且实现了跨区域无迭代的高效协同运行。基于IEEE 39与IEEE 118节点的互联系统模拟了跨区电力交易,算例结果验证了所提模式的有效性。

欧洲大范围跨国电力互联在极端天气下电力安全保供中的作用分析

随着全球气候变化不断加剧,极端天气对电力系统的影响日益增强,电网在电力安全保供中发挥的作用愈发受到关注。欧洲电网作为世界上规模最大的跨国互联电网,其在极端天气下的电力安全保供中发挥的作用值得研究借鉴。首先,对欧洲电网跨国互联进程、跨国电力配置、跨国互联目的进行梳理,并从电力交易与调度的关系、跨国电网耦合机制、跨国输电通道容量分配机制等角度分析欧洲跨国电网的交易与调度特征。其次,以2022年夏季极端高温干旱天气下的欧洲电力供应紧张事件为例,从电量余缺互济、平衡资源共享、统一电力市场支撑、可再生能源消纳等方面分析欧洲跨国互联电网在电力安全保供中发挥的“四个平台”作用。然后,对欧洲跨国互联电网面临的问题进行剖析。最后,提出对中国电网发展的思考及建议。

考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度策略

文章以风-光-柴-储系统为研究对象,为了研究新能源出力不确定性对该系统的影响,提出了一种新能源出力复合预测模型。为提高风-光-柴-储系统运行的经济性、环保性和安全性,提出了考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,并采用了带有Monte Carlo模拟的遗传算法对模型进行求解。文章采用了负荷缺失率(load loss rate,LLR)和置信概率对系统的安全性进行评价,并分析了其对系统调度结果的影响。仿真结果表明,文中所提出的考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,可以降低新能源出力不确定性对系统的影响,且该方法可以有效地平衡系统的经济性和安全性。

计及备用风险性的新型电力系统源网协同安全经济调度

为合理利用源侧备用资源,提出基于随机潮流和半不变量法的备用风险评估指标,以准确量化因备用不足而造成的潮流越限风险;为了实现源侧备用资源和网侧可控资源的协同优化,将网侧有载调压变压器和电容器组无功补偿装置纳入决策变量,以系统运行成本最低和系统运行越限风险指标值最小为优化目标,构建计及备用风险性的新型电力系统源网协同安全经济调度模型;将布朗运动和莱维飞行随机游走机制融入多目标微分进化算法,设计新型的布朗-莱维多目标微分进化算法,对模型进行高效求解。算例分析结果验证了所提方法的有效性和优越性。

变压器故障诊断方法研究

随着电网容量不断扩大,电网的安全与可靠运行显得尤其重要。制定更加合理的电力变压器检修或更换方案,应当需要综合考虑电力变压器运行方案的稳定性和可靠性,即在满足电力变压器最低运行方案稳定性和可靠性的条件下,最大限度地增加经济收益。该文对变压器故障的诊断方法进行简要分析,对变压器运行过程中比较常见的故障进行解析和说明。通过上述分析总结出供电所变压器故障的种类以及诊断的方法。

基于多目标粒子群的电动汽车优化充电策略

居民区家用电动汽车充电具有较强的集中性,大规模电动汽车充电负荷会对配电网系统造成负荷峰谷差过大等问题。文中提出一种基于多目标粒子群(Multi-Objctive Particle Swarm Optimization,MPSO)算法的用户充电选择控制策略,通过分析预测电动汽车充电负荷建立以系统总负荷方差和调度成本最小为目标函数的多目标优化模型,同时考虑了电动汽车电池及系统功率等约束条件,采用多目标粒子群优化算法求解电动汽车最优起始充电时刻。仿真结果表明,相比居民区内电动汽车无序充电,文中所提电动汽车充电策略能有效降低负荷峰值和调度成本。

基于ADWOA算法的风光水互补系统优化调度研究

为了有效应对大规模风能和光伏并网带来的波动问题,保障电网的安全稳定运行,本研究通过深入分析风力发电、光伏发电、水利发电以及抽水蓄能之间的互补特性,构建了一个综合的互补发电系统。在此基础上,针对系统中存在的多种功率约束,本文提出了两种优化调度模型:一种旨在最小化互补系统的波动,另一种则是最小化火电机组等效负荷波动。为求解这两个优化模型,采用了改进的自适应权重优化算法(adaptive weight optimization algorithm,ADWOA)。通过仿真实验验证了该算法在两种模型中的有效性,结果表明这两种最优调度模型均能有效追踪优化目标,并显著减小由于风力和光伏发电并网引起的影响,从而增强电网的运行稳定性。

基于电网调度系统的网络安全态势感知方法研究

由于网络外界病毒入侵的隐蔽性极高、入侵类型较多,病毒难以被全面地被感知,导致电网调度自动化系统运行安全受到威胁。为提升电网调度自动化系统网络的安全性,提出基于随机矩阵理论(random matrix theory,RMT)的电网调度自动化系统网络安全态势感知技术。采集电网调度自动化系统网络安全信息数据,构建病毒入侵环境下的安全状态分布模型,并利用该模型完成电网调度系统网络安全态势特征信息的提取。采用RMT中的M-P模型及单环定律对网络安全态势特征值在随机矩阵内的分布情况进行谱分析,根据特征值分布状态获取网络安全态势在稳定情况及异常情况下的变换规律,实现电网调度系统网络安全态势感知。实验结果表明,通过对该方法开展安全态势感知测试,验证了该方法应用在电网调度系统中组件安全态势感知及网络安全态势感知的精准度均较高,体现了该方法的有效性。

面向电网安全的零信任动态访问控制

随着信息通信技术在电力信息系统中的不断发展和应用,电网的防护边界逐渐模糊,外部攻击和内部威胁日益严重,急需对电力系统信息资源的访问进行有效控制,确保数据安全。本文在电网二次系统安全防护总体框架的基础上,结合零信任安全机制,提出面向电网信息安全的零信任动态访问控制模型。该模型通过分析电网系统的访问主体属性与行为信息的特点,综合考虑威胁行为、滑动窗口、惩罚机制等因素对访问控制的影响,实现对访问主体信任值的持续评估和动态控制。仿真实验结果表明,增加推荐信任能合理兼顾主观和客观2种信任评价,使电网访问主体的信任值评估更准确。此外,针对外部威胁行为,信任评估引擎会迅速更新访问者的综合信任值,使非法主体无法获得系统的访问权限,具有更好的控制细粒度。

考虑多种攻击策略的国防工程电力系统网架生存性评估

针对战时国防工程电力系统网架技术性能评估问题,尤其是生存性指标量化评估问题,提出了国防工程电力系统网架生存性多指标综合评价方法,从抗毁性、安全性和恢复性3个维度衡量国防工程电力系统网架生存性,并考虑敌方可能采取的多种攻击策略,得到国防工程电力系统网架生存性量化指标随等效攻击波次变化曲线,可对国防工程电力系统网架的运行和改进决策提供分析方法和工具;并采用该方法对某国防工程电力系统网架进行仿真实验,实验结果表明,该方法可有效评估多种攻击策略下的国防工程电力系统网架的生存性,网架结构信息保密和网架防护等级对国防工程电力系统网架生存性有较大影响。