電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的建模分析與應(yīng)用研究.pdf

1、信息與通信技術(shù)的發(fā)展有效提升了智能電網(wǎng)的運行效率和管理水平，并為實現(xiàn)廣域狀態(tài)感知、變電站及配網(wǎng)自動化、用戶側(cè)需求響應(yīng)等重要應(yīng)用提供了技術(shù)保障。然而，隨著信息與通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電力信息系統(tǒng)的實時性、可靠性和安全性對電網(wǎng)正常運行影響越來越大。因此，研究電力信息系統(tǒng)的綜合性能及其改善措施，對于提升電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　本文針對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的建模理論與電力信息系統(tǒng)的性能評估方法進行了研究

2、，并提出了相關(guān)的系統(tǒng)性能提升和改善措施，同時探討了信息與通信技術(shù)在負(fù)荷主動響應(yīng)中的應(yīng)用以及通信時延對響應(yīng)效果的影響。論文的創(chuàng)新成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1)建立了電力系統(tǒng)中典型數(shù)據(jù)流的數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)數(shù)據(jù)流的生成特點，并基于隨機過程的相關(guān)理論，將電力系統(tǒng)中的典型數(shù)據(jù)流分為三類，即周期性數(shù)據(jù)流、隨機性數(shù)據(jù)流和突發(fā)性數(shù)據(jù)流，并分別建立了三類數(shù)據(jù)流的數(shù)學(xué)模型。其中，周期性數(shù)據(jù)流通過數(shù)據(jù)包產(chǎn)生速率、數(shù)據(jù)包大小和傳輸時延三

3、個參數(shù)進行描述;隨機性數(shù)據(jù)流采用Poisson分布進行建模，其傳輸特性主要受數(shù)據(jù)包大小和到達(dá)率影響;突發(fā)性數(shù)據(jù)流具有自相似特征，通過ON/OFF模型進行模擬，且ON和OFF狀態(tài)產(chǎn)生分別服從Pareto分布和Poisson分布。進一步地，利用OPNET Modeler對三類數(shù)據(jù)流的時延特性進行了仿真分析，考察了模型中各個參數(shù)對于網(wǎng)絡(luò)實時性的影響。本章的研究將為電力信息系統(tǒng)實時性能的評估提供理論支撐。
　　(2)深入研究了基于虛擬局域

4、網(wǎng)的變電站通信系統(tǒng)的實時性能
　　基于第2章建立的電力系統(tǒng)的三種數(shù)據(jù)流模型，首先針對變電站中的數(shù)據(jù)流進行了分析和歸類，總結(jié)出了變電站通信系統(tǒng)中的典型周期性、隨機性和突發(fā)性數(shù)據(jù);同時，定性分析了虛擬局域網(wǎng)策略對于變電站中采樣值報文傳輸?shù)挠绊?。然后，利用OPNET Modeler，針對典型變電站通信系統(tǒng)的實時性能進行了比較全面的仿真分析，設(shè)定了多個仿真場景，全面考察了虛擬局域網(wǎng)、系統(tǒng)故障、星形和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及環(huán)形網(wǎng)絡(luò)斷線對于通信系統(tǒng)

5、的影響，并提出了具體措施以提升變電站通信系統(tǒng)的綜合性能。本章的研究成果將有助于指導(dǎo)工程人員進行變電站通信系統(tǒng)的設(shè)計和維護。
　　(3)提出了針對變電站系統(tǒng)采樣值報文延遲或丟失的補償方法
　　進一步地，針對變電站采樣值報文的不可靠傳輸問題，基于拉格朗日插值理論，提出了一種自適應(yīng)的采樣值報文估計算法。首先，詳細(xì)介紹了算法的實現(xiàn)流程，并重點針對同步插值時刻的確定方法和非連續(xù)丟包場景的處理方法進行了深入分析。然后，以PSCAD/EM

6、TDC仿真得到的電網(wǎng)單相接地故障波形作為原始采樣值報文，分別對一次、二次和三次估計算法的準(zhǔn)確度進行了評估，并針對評估結(jié)果進行了詳細(xì)分析。最后，針對算法的誤差原因進行了討論。在實際應(yīng)用中，可直接將本算法嵌入到常規(guī)繼電保護算法中，從而有效解決采樣值報文丟失或延遲帶來的安全隱患。
　　(4)提出了具有魯棒性的變電站入侵檢測算法
　　針對電力信息系統(tǒng)可能遭遇的入侵和攻擊行為，基于多智能體的思想，提出了一種分布式的變電站系統(tǒng)入侵檢測模

7、型，并設(shè)計了相應(yīng)的檢測算法。在所提出的入侵檢測模型中，一共包含三類智能體，分別為入侵感知智能體、通信服務(wù)智能體和狀態(tài)監(jiān)測智能體，各智能體通過相互協(xié)作，可及時檢測出通信網(wǎng)絡(luò)中的異常數(shù)據(jù)包，從而發(fā)現(xiàn)針對變電站系統(tǒng)的攻擊行為。同時，兼顧變電站通信系統(tǒng)遭遇入侵的可能性和被攻擊以后對電網(wǎng)的影響程度，提出了電力系統(tǒng)的綜合脆弱性評估指標(biāo)。最后，通過IEEE30節(jié)點算例，對所提算法和指標(biāo)的有效性進行了驗證。本章的研究將有助于提升電力信息系統(tǒng)的安全防御能

8、力。
　　(5)研究了通信系統(tǒng)的延時對于負(fù)荷主動響應(yīng)的影響
　　為實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)友好互動的目標(biāo)，研究了空調(diào)負(fù)荷參與電網(wǎng)友好響應(yīng)的策略及其通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。提出了三種空調(diào)負(fù)荷主動響應(yīng)策略，分別為集中式響應(yīng)策略、分布式響應(yīng)策略和分層分布式響應(yīng)策略。針對各種策略的特點，并利用先進的信息與通信技術(shù)，對主動響應(yīng)策略的通信系統(tǒng)實現(xiàn)方案進行了探討。最后，搭建典型的配電網(wǎng)15節(jié)點算例，考察了三種策略對于改善電壓驟降現(xiàn)象的效果，分析了通