配电网信息物理系统可靠性评估

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1、配电网信息物理系统可靠性评估ReliabilityAssessmentofDistributionCyberPhysicalSystem学科专业：电气工程作者姓名：邓良辰指导教师：余贻鑫教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要智能电网作为第三次工业革命的核心，其发电、输电、配电和用电环节将全范围高度集成信息通信技术实现电力和信息的双向流动，从最底层的传感器和智能代理(继电保护、DER等)开始到整个系统，信息系统和物理系统高度融合，使得智能电网成为典型的信息物理系统（CyberPh

2、ysicalSystem，CPS）。信息物理系统融合将使信息失效更容易影响物理系统，增加了电网运行风险，如何保证信息物理系统融合背景下电网的安全可靠运行成为关键的挑战性问题。为此，在传统电网可靠性评估的基础上，如何综合计及信息系统可靠性以及信息-物理系统交互影响对配电网CPS进行科学有效的可靠性评估成为本文研究的重点。提出考虑故障处理全过程的配电网CPS可靠性评估方法。首先面向故障定位、故障隔离和供电恢复三个阶段构建故障树模型，计及了信息系统在故障处理三个阶段的动态支撑作用；然后，按照故障处理时

3、序过程建立事件树模型，定量描述信息系统失效对故障处理结果的影响；最后，运用序贯蒙特卡洛方法模拟信息-物理系统的时序状态序列和故障处理的动态过程，评估系统可靠性。RBTSBus6F1、F2系统算例分析结果显示，信息系统失效致使故障定位出错会造成停电区域扩大，故障隔离和供电恢复不可靠会造成负荷点停电时间增长，从而直接影响故障处理结果。随着大量分布式发电（DistributedGeneration，DG）接入电网以及需求响应的实施，故障处理过程还包括微网并网离网和需求响应的协调控制，且都高度依赖可靠的

4、信息系统。提出了考虑DG和需求响应的配电网CPS可靠性评估方法。针对故障后微网离网运行时信息系统的作用构建离网失效故障树模型；计及需求响应，提出了考虑信息系统失效的负荷削减策略；分别针对集中式和混合式故障处理模式研究信息系统对故障后果的影响，并利用事件树模型进行故障后果分析。RBTSBus6F4系统算例分析结果表明，信息系统失效对需求响应和DG协调控制影响显著，此外，混合式比集中式具备更高可靠性，可以通过改变故障处理模式提升系统可靠性。关键词：配电网，信息物理系统，故障处理，可靠性评估，需求响应

5、，分布式发电IABSTRACTSmartgridisthecoreofthethirdindustrialrevolution,inwhichinformationandcommunicationtechnologieswillbehighlyintegratedthroughthepowergeneration,transmission,distributionandutilizationofelectricitytoachievethebidirectionalflowofpowerandi

6、nformation.Thesmartgridhasbecomeatypicalcyberphysicalsystem(CPS)duetothedeepintegrationofphysicalsystemandcybersystemfromthesensorofthebottomlayerandintelligentagent(suchasrelayprotection,DER)totheentiresystem.Andthefalseinformationismorelikelytoaffe

7、ctthephysicalsystemandincreasetheriskoftheoperationofpowergridbecauseoftheintegratedcyber-physicalsystem.Howtoguaranteeasafeandreliableoperationofpowergridunderthebackgroundoftheintegrationhasbecomeacriticalchallenge.Therefore,themainfocusinthethesis

8、istomakeascientificandeffectivereliabilityassessmentofthedistributionnetworkCPSbycomprehensivelyconsideringcybersystemreliabilityandinteractionbetweencyberandphysicalsystem,onthebasisofthetraditionalpowergridreliabilityevaluation.Areliabilityassessme