【摘 要】
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“碳达峰”、“碳中和”的控碳目标出台,对我国能源系统发展有深刻影响。智能电网、灵活电网、透明电网等新概念电网成为电力系统未来发展方向。信息技术、通信技术、电子控制技术(computation,communication,control,3C)的在电力系统的应用大大加强。物理系统对信息系统的依赖程度加深,使得电力系统逐渐成为一个典型的信息物理系统(cyber-physical system,CPS)
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“碳达峰”、“碳中和”的控碳目标出台,对我国能源系统发展有深刻影响。智能电网、灵活电网、透明电网等新概念电网成为电力系统未来发展方向。信息技术、通信技术、电子控制技术(computation,communication,control,3C)的在电力系统的应用大大加强。物理系统对信息系统的依赖程度加深,使得电力系统逐渐成为一个典型的信息物理系统(cyber-physical system,CPS)。信息系统失效将对物理系统的运行产生负面影响,包括故障处理过程。因此,有必要在进行可靠性评估时精细化地考虑信息物理交互过程。针对存量配电网可靠性评估问题,本文首先基于配电网CPS的常见结构,提出系统元件的可靠性模型,尤其是对三类信息物理耦合元件智能电子设备(intelligent electronic device,IED)建立了较为精细的三状态或五状态模型。对信息系统的通信链路建立的考虑拓扑和时延的可靠性模型,且归并到IED的工作特性中,实现信息系统与物理系统的解耦。然后给出符合实际故障处理过程的时间计算方法,并基于满二叉树分析IED元件不同失效场景下的故障处理与故障后果,归纳为适用于所有开环配电网拓扑的信息失效对故障处理时间和故障后果的影响规律,该规律考虑了人机共同参与的故障处理过程和转供容量约束。最后,基于模拟法给出配电网CPS可靠性的精细化评估过程,通过算例仿真验证了所提方法的有效性和实用性,详细分析了信息失效对供电可靠性的影响。针对配电网规划中的可靠性评估问题,本文提出一种考虑信息物理交互的配电网可靠性显式评估优化模型。首先对配电网的电缆网和架空网给出通用的拓扑抽象模型,然后以停电区域最小化为目标、以系统开关状态和系统虚拟功率流为关键优化变量,提出描述考虑自动化参与的故障处理三个阶段的约束条件,并对非线性约束进行线性化,形成可靠性显式评估优化模型。针对自动化终端自身的误动故障、物理系统故障同时自动化终端发生控制/通信故障、或发生误判/漏判故障这三类故障场景,通过故障场景分析归纳出故障等效原则并给出优化模型的修正约束。最后,利用gurobi对所提模型进行求解,并在37节点系统研究可靠性建模和系统开关配置对可靠性指标的影响,在规模不一的6个配电网系统中验证了所提模型通用性和计算速度。
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