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强沙尘暴下新能源基地的弹性评估及其提升方法

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电网技术 2024年

作者：王金岩丁坤孙亚璐王湘董海鹰兰州交通大学新能源与动力工程学院清华四川能源互联网研究院国网甘肃省电力公司

我国沙漠戈壁荒漠地区风光资源禀赋，能源和负荷逆向分布，因此开展沙戈荒地区大型新能源基地开发，和交直流混联电网的大规模输电具有重要的意义。沙戈荒地区沙尘暴极端天气频发，对新能源发电基地集中式开发、远距离安全稳定外送造成... 详细信息

我国沙漠戈壁荒漠地区风光资源禀赋，能源和负荷逆向分布，因此开展沙戈荒地区大型新能源基地开发，和交直流混联电网的大规模输电具有重要的意义。沙戈荒地区沙尘暴极端天气频发，对新能源发电基地集中式开发、远距离安全稳定外送造成严重影响。首先量化沙尘暴的两种致灾因素对新能源基地的影响，建立反映沙尘和新能源出力、强风和线路故障率关系的数学模型，利用蒙特卡洛抽样结合系统信息熵选取典型故障场景并构建恢复模型，根据运行情况得到系统弹性曲线，考虑系统受灾全过程，采用层次分析法(analytical hierarchy process， AHP)建立弹性评估指标；其次从规划角度给出弹性提升方法，以最小化线路和储能的等效年投资成本和系统失负荷成本为目标，建立面向弹性提升的线路扩建和储能配置联合规划模型，将其转化为混合整数线性规划(mixed integer linear programming， MILP)问题，求解得出新能源基地线路扩建方案与储能最优配置；最后以改进的IEEE36节点系统为例进行仿真分析，对比采取提升措施前后的弹性指标，验证所提弹性评估和提升方法的有效性和准确性。

关键词：沙尘暴极端天气新能源基地弹性评估弹性提升方法

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台风灾害下考虑连锁故障的电力系统弹性评估

电力系统及其自动化学报 2023年第1期35卷 14-22页

作者：李家钰秦文萍景祥黄倩张信哲电力系统运行与控制山西省重点实验室(太原理工大学) 太原030024

全球气候变化导致台风灾害频发,亟需通过准确地弹性评估以感知电力系统应对台风灾害的能力。针对现有弹性评估方法对连锁故障过程考虑不足的问题,提出一种考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法。首先,通过输电线路故障模型生成初始... 详细信息

全球气候变化导致台风灾害频发,亟需通过准确地弹性评估以感知电力系统应对台风灾害的能力。针对现有弹性评估方法对连锁故障过程考虑不足的问题,提出一种考虑连锁故障演化的电力系统弹性评估方法。首先,通过输电线路故障模型生成初始故障场景;其次,利用基于短、长两时间尺度的连锁故障演化模型分析可能发生的连锁故障情况;然后,结合电力系统恢复模型,采用序贯蒙特卡洛模拟法,根据系统性能情况评估电力系统弹性;最后,以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析,结果表明所提方法能够更合理地评估电力系统弹性。

关键词：台风灾害电力系统弹性评估连锁故障序贯蒙特卡罗模拟

山火灾害下输电系统的弹性评估方法及其提升措施

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电力工程技术 2024年第2期43卷 239-247页

作者：方超颖许军丁志龙程韵初郑钟楠张亚超国网福建省电力有限公司电力科学研究院福建福州350007 福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108

弹性能反映电力系统应对极端灾害的抵御能力和恢复能力。输电系统作为电力系统中的重要组成部分,在小概率-高损失的山火灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。文中提出一种考虑山火灾害全过程的输电系统弹性评估框架。首先定量分析极... 详细信息

弹性能反映电力系统应对极端灾害的抵御能力和恢复能力。输电系统作为电力系统中的重要组成部分,在小概率-高损失的山火灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。文中提出一种考虑山火灾害全过程的输电系统弹性评估框架。首先定量分析极端山火灾害对输电线路故障率的影响,建立火点位置与线路故障率之间的数学关系,并利用系统信息熵获取典型故障场景以描述山火灾害可能导致的故障规模;其次,结合故障元件的地理位置、检修人员调度资源和修复时间等因素,构建以最小化山火灾害下负荷削减量为目标的输电系统恢复模型,提出考虑灾害全过程的输电系统弹性评估方法;最后,以IEEE RTS-79节点输电系统为例,验证了所提模型和弹性评估方法的有效性。算例结果表明,该评估方法可有效、全面地衡量各因素对输电系统弹性提升性能的影响。此外,定量分析了3种典型弹性提升技术措施的效果,为电力部门应对极端山火灾害制定防御及恢复策略提供了可量化的参考依据。

关键词：极端山火灾害输电网弹性弹性评估弹性指标系统信息熵故障恢复

基于异质依存网络的电-气区域综合能源系统弹性评估

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电网技术 2021年第7期45卷 2811-2820页

作者：彭寒梅李才宝刘健锋苏永新谭貌湘潭大学自动化与电子信息学院湖南省湘潭市411105 湖南省多能协同控制技术工程研究中心(湘潭大学) 湖南省湘潭市411105

含多耦合节点的区域综合能源系统存在多能量形式的深度耦合,节点连接关系更加复杂,难以直接利用单一网络进行计算和评估。基于异质依存网络进行电-气区域综合能源系统弹性评估。首先,基于耦合元件的电气解耦,建立了电-气区域综合能源系... 详细信息

含多耦合节点的区域综合能源系统存在多能量形式的深度耦合,节点连接关系更加复杂,难以直接利用单一网络进行计算和评估。基于异质依存网络进行电-气区域综合能源系统弹性评估。首先,基于耦合元件的电气解耦,建立了电-气区域综合能源系统的双层异质依存网络模型,并转化为双层双向图;其次,提出综合考虑脆弱性和恢复力的弹性指标,采用复数形式表示并基于双层双向图进行弹性指标计算,再提出几何平均G1-反熵权法计算得到综合弹性值。最后,通过电-气区域综合能源系统弹性评估算例,验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：电-气区域综合能源系统弹性评估异质依存网络双层双向图几何平均G1-反熵权法

极端气象灾害下输电系统的弹性评估及其提升措施研究

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中国电机工程学报 2020年第7期40卷 2244-2254页

作者：唐文虎杨毅豪李雅晶陆佳政吴青华华南理工大学电力学院广东省广州市510640 电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室(国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心) 湖南省长沙市410129

弹性评估能体现系统对极端事件的抵御能力和恢复能力。电力系统作为重要基础设施,在小概率-高风险的气象灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。为完善极端气象灾害下输电系统的弹性评估方法,该文提出一种考虑极端气象灾害在时间和空间... 详细信息

弹性评估能体现系统对极端事件的抵御能力和恢复能力。电力系统作为重要基础设施,在小概率-高风险的气象灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。为完善极端气象灾害下输电系统的弹性评估方法,该文提出一种考虑极端气象灾害在时间和空间双维度下对输电系统的影响的弹性评估框架。首先,以台风作为极端气象灾害代表事件,根据面向灾害风险评估的台风风场模型量化了台风对元件的影响程度,通过考虑台风路径与区域输电系统的关系来确定影响持续时间;其次,考虑故障元件的地理位置、检修队伍、修复策略因素构建输电系统的恢复过程模型,接着利用蒙特卡洛和网格划分的方法,结合系统缺供负荷量,构建对输电系统弹性评估的方法。同时以IEEE RTS-79节点系统为例,验证了提出的评估方法可行性,并在此方法基础上,研究3种典型措施对输电系统的弹性提升影响。算例仿真结果表明,该弹性评估方法可以准确、全面地计及各因素对电网弹性的影响;并指出3种典型提升措施对电网弹性提升的效果,为后期电力部门的运行和规划提供可量化的参考依据。

关键词：弹性评估极端气象灾害输电系统时序蒙特卡洛仿真时空特性

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基于过程分解的电网弹性综合评估方法研究

电力科学与技术学报 2023年第5期38卷 226-235页

作者：沈建良蒋建杰楼平曹建伟姚玉斌国网浙江省电力有限公司湖州供电公司浙江湖州313000 湖州电力设计院有限公司浙江湖州313000 大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

电网弹性表示系统抵御极端灾害并恢复正常运行的能力。为提高电网恢复能力评估水平,提出一个综合考虑电网运行过程的弹性评估方法。该方法通过将弹性曲线分解为停电和恢复过程,揭示了从标准电力系统数据中提取弹性指标过程。首先,从电... 详细信息

电网弹性表示系统抵御极端灾害并恢复正常运行的能力。为提高电网恢复能力评估水平,提出一个综合考虑电网运行过程的弹性评估方法。该方法通过将弹性曲线分解为停电和恢复过程,揭示了从标准电力系统数据中提取弹性指标过程。首先,从电网历史数据生成弹性曲线,将该曲线分解为停电过程和恢复过程,并且这些过程通常在时间上重叠。接着,根据采用弹性事件统计数据来表征该事件的过程,并根据这些统计数据推导出弹性评估指标,如恢复持续时间、客户停电小时数以及停电和恢复率。然后,将这些指标的平均值表示为停电次数的函数。随后建立恢复持续时间的可变性模型,其能以95%的置信度预测最大恢复持续时间。最后,对所提方法的性能进行数值仿真,结果验证了其有效性。

关键词：弹性评估数值分解电网控制

基于复杂网络理论的电力信息物理系统弹性评估与提升方法研究

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基于复杂网络理论的电力信息物理系统弹性评估与提升方法研究

作者：周慧洁浙江大学

学位级别：硕士

随着先进的传感、通信和计算技术的接入,现代电力系统正逐步发展为集电力系统和信息系统为一体的电力信息物理系统。借助于信息系统的状态感知和决策控制,电力系统的运行效率显著提升。然而,信息物理的深度耦合也带来了潜在的威胁,局部... 详细信息

随着先进的传感、通信和计算技术的接入,现代电力系统正逐步发展为集电力系统和信息系统为一体的电力信息物理系统。借助于信息系统的状态感知和决策控制,电力系统的运行效率显著提升。然而,信息物理的深度耦合也带来了潜在的威胁,局部的扰动在耦合系统中相互传播,可能发展为大范围的级联故障。弹性能够反映系统面临故障时的结构强度、运行调控能力以及故障对系统的危害程度。开展电力信息物理系统弹性评估和提升方法的研究,对增强系统的故障抵御能力和减少停电损失具有重要意义。在此背景下,本文基于复杂网络理论,从系统内部的结构拓扑、运行状态和系统外部的故障扰动三个弹性影响因素出发,分别建立相应的电力信息物理系统耦合模型和弹性评估指标,并进一步提出弹性提升策略。主要研究内容总结如下:考虑结构拓扑对系统弹性的影响,建立了引入线路电抗参数和信息时延参数的电力信息物理系统结构模型。结合谱分析的方法,提出一种基于基尔霍夫系数的结构弹性评估指标,反映系统在故障前的抵御能力。在指标评估的基础上,综合信息熵权法和正态云模型辨识并保护系统中的关键节点。算例结果表明,结构弹性指标能够有效量化不同结构系统的弹性大小;对关键节点施加保护后,能够提高系统在故障中的极限生存能力。考虑运行状态对系统弹性的影响,建立了引入功率流和业务流参数的电力信息物理系统运行模型。在结构弹性指标的基础上引入动态演化过程,提出运行弹性评估指标,反映系统在故障过程中的抵御能力。将运行弹性指标作为目标函数,提出网络拓扑的优化模型。算例结果表明,运行弹性评估指标能够量化不同时间尺度和不同运行方式下系统弹性的大小;优化后的网络拓扑在面对随机攻击时系统的损失最小。考虑故障扰动对系统弹性的影响,建立了根据故障场景调整路由策略的电力信息物理系统防御模型。将负荷调整量与信息流重要度关联,结合条件风险价值模型,提出通信路由的优化方法。以最小化故障高风险区域内信息流的重要度为目标,灵活调整路由路径,尽可能地使重要信息流躲避故障。算例结果表明,相比传统的最短路径路由方式,优化后的路由方式减少了系统故障中的业务丢失和负荷损失,增强了系统对故障的主动防御能力。

关键词：电力信息物理系统复杂网络弹性评估关键节点辨识拓扑优化

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基于贝叶斯网络的全自动运行系统弹性评估

都市快轨交通 2022年第3期35卷 42-47页

作者：吴乃哲北京市轨道交通运营管理有限公司北京100068

结合列车全自动运行系统的弹性评估,提供一种基于贝叶斯网络模型的评估方法。根据列车故障前后的性能变化曲线,总结系统弹性的4种能力,探究影响这些能力的相关因素,为影响因素的定量选取合适的评价指标,作为贝叶斯网络的最底层节点。对... 详细信息

结合列车全自动运行系统的弹性评估,提供一种基于贝叶斯网络模型的评估方法。根据列车故障前后的性能变化曲线,总结系统弹性的4种能力,探究影响这些能力的相关因素,为影响因素的定量选取合适的评价指标,作为贝叶斯网络的最底层节点。对指标制定打分表,获取专家的打分结果作为指标层的先验概率输入,同时选择恰当的隶属度公式作为条件概率的计算方法,获得贝叶斯网络的条件概率表,建立列车全自动运行系统的贝叶斯网络模型,定量评估系统弹性,同时对目标节点进行敏感度分析,提出提升弹性的改进建议。

关键词：城市轨道交通全自动运行系统贝叶斯网络弹性评估敏感性

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面向云计算的CBTC系统弹性评估方法研究

面向云计算的CBTC系统弹性评估方法研究

作者：郭二妮北京交通大学

学位级别：硕士

将基于通信的列控(Communication Based Train Control System,CBTC)系统迁移到云计算平台是城市轨道交通的重要发展方向,由于商用软硬件产品的广泛应用,无线网络的开放性以及虚拟化技术的使用,使得面向云计算CBTC系统面临诸多的信息安... 详细信息

将基于通信的列控(Communication Based Train Control System,CBTC)系统迁移到云计算平台是城市轨道交通的重要发展方向,由于商用软硬件产品的广泛应用,无线网络的开放性以及虚拟化技术的使用,使得面向云计算CBTC系统面临诸多的信息安全风险,系统遭受信息攻击前后的性能变化(弹性)是影响CBTC云迁移的关键因素。论文结合CBTC系统和云计算特点,研究云计算CBTC系统的弹性评估方法。基于CBTC系统可靠性和安全性的需求,提出CBTC系统在云平台的部署方案设计原则。为解决状态空间爆炸和系统状态关联问题,利用攻击对策树和聚合随机过程方法评估云计算CBTC系统的弹性。论文的主要研究工作如下:(1)提出基于系统资源的弹性评估指标。分析CBTC系统迁移到云端面临的挑战和弹性评估面临的问题。基于CBTC系统和云计算的特点,分析影响云计算CBTC系统弹性的关键因素,提出基于系统资源指标衡量系统弹性变化的方法;(2)提出CBTC系统迁移到云平台的部署原则。首先,基于CBTC系统对可靠性和安全性的需求,给出CBTC系统在云平台部署方案的设计原则。其次,结合云计算CBTC系统虚拟化、冗余等特点,构建改进的攻击对策树模型。最后,利用攻击对策树基本事件之间的逻辑关系,计算攻击目标成功的概率,并将其等效为状态转移概率,以计算系统的弹性指标;(3)为解决云计算CBTC系统状态关联和状态空间爆炸的问题,采用聚合随机过程方法评估系统弹性。首先,构建云计算CBTC系统的聚合随机过程模型,基于系统虚拟化、冗余和后备模式的典型特征,分系统、集群、子系统和虚拟四个层级分析系统设备单元状态,进而获得系统层级的聚合状态。然后,计算系统各聚合状态的资源参数,并根据系统状态转移概率,计算状态停留的时间参数。最后根据获得的状态停留时间和状态资源,计算系统弹性指标;(4)利用蒙特卡洛方法进行弹性评估仿真验证。首先,本文根据系统各聚合状态,构建系统攻击场景。其次,根据系统聚合随机过程模型,计算系统弹性指标。最后,利用蒙特卡洛方法对系统弹性指标进行多次仿真,给出系统弹性评估结果;(5)基于蒙特卡洛方法的弹性评估结果表明:考虑管理、存储和网络集群影响的云计算CBTC系统弹性均值为0.9623,低于传统CBTC系统(0.9753)。论文通过增加云平台管理、存储和网络集群的物理资源提高其抗攻击能力,且当物理资源增加一倍时系统弹性达到了0.9871,实现了提升云计算CBTC系统弹性的目的。

关键词：云计算CBTC系统弹性评估攻击对策树系统资源聚合随机过程