计及通信网络影响的电力系统连锁故障分析

摘要

近年来，由电力系统连锁故障引发的大停电事故频发，为国民经济和社会发展造成恶劣影响。传统的连锁故障分析多从电力系统运行状态入手，基于复杂网络理论、自组织临界性理论研究连锁故障的发生和发展机理，而通信网络的脆弱性对电力系统运行带来的风险却鲜有考虑。现代电力系统是电力网络和通信网络相互融合的电力信息物理融合系统，将通信网络运行状况考虑到电力系统连锁故障分析中，研究连锁故障发展机理，预测故障路径并有针对性地监控、预警脆弱环节，对于大停电事故的预防意义重大。
　　本文模拟电力调度数据网承载的典型电力业务，通过收集各通信链路的信道延时、链路利用率、业务端到端延时等通信网络实时性能数据，构造各通信节点和通信链路的脆弱度。利用OPNET仿真软件搭建了省级规模的电力通信网络仿真模型，分别在通信网络正常状态、通信节点报文激增状态、通信节点遭受DoS(Denial of Service)攻击三种通信状况下对通信网络进行脆弱度评估。
　　综合考虑连锁故障发展过程中各级故障支路的故障度、电网支路的健康度和电力节点对应通信节点脆弱度，建立了考虑通信网络影响的电网支路停运概率模型。运用该模型在不同通信状况下对电网连锁故障路径进行预测，并对通信脆弱度和延时高的支路给出数据不可观测的告警信号
　　基于风险评估理论，将系统累积失负荷量、累积电压波动度、平均通信链路利用率和通信不可观测率构造为电网连锁故障停运综合后果指标。结合电力支路停运概率，建立了考虑通信影响的电网连锁故障发展路径风险评估模型。利用该模型对通信脆弱度高的支路给出预警，将高停运概率和高风险值连锁故障路径纳入重点监控。同时，尝试研究通信节点受到DoS攻击的位置和攻击强度对连锁故障路径风险评估的影响。
　　本文以IEEE39节点系统进行仿真计算，验证了考虑通信网络影响的电网连锁故障路径预测模型及风险评估模型的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究课题背景及意义

1．2 电力系统连锁故障分析及风险评估的国内外研究现状

1．2．1 电力系统连锁故障分析的国内外研究现状

1．2．2 电力系统连锁故障风险评估的国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

1．4 论文结构

第2章 电力通信网脆弱性评估

2．1 电力通信网概述

2．2 典型电力业务建模

2．3 通信链路和通信节点的脆弱度评估

2．3．1 通信链路脆弱性评估指标

2．3．2 通信节点脆弱度评估指标

2．3．3 基于相对重要度矩阵的业务相对重要度评估

2．4 IEEE39节点系统通信网络仿真模型搭建

2．4．1 通信网络拓扑结构设置

2．4．2 调控中心节点仿真模型

2．4．3 变电站、发电厂节点仿真模型

2．4．4 电力业务在OPNET中的设置

2．5 算例分析

2．5．1 通信网络正常运行状态下的脆弱性评估仿真

2．5．2 通信报文激增状态下的脆弱性评估仿真

2．5．3 通信节点受到DoS攻击后脆弱度评估仿真

第3章 计及通信网络影响的电力系统连锁故障路径预测

3．1 引言

3．2 电网支路停运概率模型

3．2．1 电网支路故障度

3．2．2 电网支路健康度

3．2．3 电网支路停运概率

3．3 计及通信网络影响的电网连锁故障路径预测方法

3．4 计及通信网络影响的电网连锁故障路径预测流程

3．5 算例分析

3．5．1 不考虑通信因素影响的电力系统连锁故障路径预测仿真

3．5．2 考虑通信网络影响的电力系统连锁故障路径预测仿真

第4章 计及通信网络影响的电网连锁故障风险评估

4．1 引言

4．2 电网连锁故障风险评估简述

4．3 计及通信网络影响的电网连锁故障路径的风险评估指标

4．3．1 电网连锁故障路径停运概率指标

4．3．2 电网连锁故障路径综合后果评估指标

4．3．3 电网连锁故障路径风险度指标

4．4 计及通信网络影响的电网连锁故障路径风险评估方法

4．5 计及通信网络影响的电网连锁故障路径风险评估流程

4．6 算例分析

4．6．1 通信状况正常时电力系统连锁故障路径风险评估仿真

4．6．2 通信节点DoS攻击对电力系统连锁故障路径风险评估的影响

结论与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果