考虑相依程度的电力信息物理系统级联故障建模与脆弱性分析

作     者：牟泽欣 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭阳红;陈大勇

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：电力信息物理系统 级联故障 脆弱性分析 相依网络 

摘      要：随着习近平主席在联合国峰会上关于:“构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。倡议的提出,加快了我国电网智能化发展。同时伴随5G技术和物联网的发展,更多智能化设备的投入以及信息技术的使用,使传统的电力系统逐渐演变成了信息网和电力网深度融合的电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)。智能化设备和先进信息技术的使用大大的提高了系统自动化程度和电网运行效率,但是同时也给系统带来了新的安全问题。因此,从整体的角度对电力信息物理系统的安全评估与分析具有重要的研究意义。基于上述研究背景,针对电力信息物理系统的建模、级联故障传播以及脆弱性进行研究,主要研究内容如下:首先,建立电力CPS系统实时模型。利用相依网络对电力CPS系统建立静态模型。基于电力信息网与网络控制系统结构的统一性,应用True Time模块搭建传感器、控制器与执行器。根据静态模型中两网耦合关系搭建电力CPS系统动态模型,实现电力CPS系统中信息实时传输与调度控制。以IEEE30节点电力CPS系统为例建立系统模型,以最优成本分配为控制策略,验证模型的准确性。其次,建立考虑相依程度的具有时序关系的级联故障图。根据电力信息网的结构与功能,结合电力网运行状态提出一种两网相依程度识别方法。利用相依网络下的故障传播模型,建立考虑相依程度下电力CPS系统信息交换以及电力系统运行特性的级联故障链模型,利用映射关系构造级联故障图,反映故障传播路径以及时序关系。以IEEE30系统动态模型为基础,构建初始故障发生在文中支路1时的故障链与级联故障图并分析故障传播路径。最后,构建脆弱性指标分析不同攻击策略下的系统脆弱性与故障传播过程。对比分析电力CPS系统在不同攻击策略下的脆弱性,得到了按照出度排序进行目标攻击时,对网络的破坏性更强,系统脆弱性更高的结论;分析级联故障传播过程,得到节点出度反映故障的传播特性,入度反映节点受故障影响的特性的特点;考虑两网相依程度,构建信息网关键节点识别指标。最后利用IEEE30系统,分析关键节点识别指标的准确性,发现改进的关键性识别指标可以更准确的识别到信息网的关键节点,即可以使攻击较少的信息节点就可以失去更多的负荷。