基于CPS的配电网故障处理仿真关键技术研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:j395188088
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在智能配电网环境下,随着配电自动化、用电信息采集系统、配电终端等先进信息通信技术(Information and Communication Technology,ICT)的深度应用,使得配电基础网络与信息通信网络联系日益紧密,配电网可控性得到加强的同时也产生了对信息控制系统更强的依赖性。配电网数字化和信息化程度不断提高,传统配电网将逐步演变为由配电物理网络、信息通信网络、信息控制网络构成的相互依存日趋复杂的综合型网络,具备典型的信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)特征。配电网是一个连续动态和随机离散事件耦合的CPS联合系统,呈现动态过程演变复杂、通信方式多样化、网络安全问题突出等特点,传统单一的电气数字仿真已不能满足配电网在考虑通信情况下的故障处理动态响应过程。为解决上述问题,文章以集中式故障处理为切入点,从“仿真平台构建”、“仿真建模”和“仿真分析”三方面开展研究,提出一种基于CPS的配电网故障处理联合仿真与建模方法,基于配电网CPS仿真平台,建立覆盖面全的配电网故障处理CPS模型,进行联合仿真有效性验证与多场景分析,从而全面精准揭示在配电网集中式故障处理中配电物理系统与信息系统的交互过程。具体研究工作如下:构建了配电网故障处理CPS联合仿真平台。针对配电网CPS三层架构,协调配电物理连续时间仿真与信息通信离散事件仿真,选取电力系统实时仿真工具RT-LAB、信息通信系统仿真工具OPNET、控制平台分别对应于配电网CPS中的配电物理层、信息通信层、信息控制层,搭建CPS联合仿真框架;在此基础上,加入网络服务器用以模拟中间人网络攻击,共同构建由RT-LAB、OPNET、网络服务器与控制平台组成的CPS仿真平台。提出了配电网故障处理CPS建模方法。基于配电网故障处理的CPS分层架构,搭建了分功能分模块的CPS多层级仿真模型,包含配电物理层、信息通信层、信息控制层各层级模型;通过由配电物理仿真网络接口模块、通信仿真系统在环(System in the Loop,SITL)模块以及网络攻击服务器、控制平台的套接字程序共同构成的数据交互模型,融合故障处理过程中的能量流与信息流,基于有限状态机对终端动作状态迁移过程进行了分析。以某区域62节点10kV电压等级配电网作为仿真算例,验证了配电网故障处理CPS联合仿真的有效性并进行了不同通信场景下的故障处理事件级仿真分析。首先从仿真结果连通性、正确性和准确性三个层面验证了所提CPS联合仿真方法与模型的有效性;在此基础上,仿真分析了配电网物理与信息通信之间的交互过程,进一步加入通信恶意攻击环节,仿真分析了通信延时、DDOS攻击、中间人攻击3种不同通信环境对故障处理的影响,实现了基于CPS实际配电网故障处理交互过程的完整再现以及在此过程中通信异常造成的影响分析。
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