配电信息物理系统可靠性评估

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智能电网的发展使得传统配电网日益成为一个典型的配电信息物理系统(Cyber Physical Distribution System,CPDS)。实体的物理电网与信息技术、通信技术等所支撑起来的信息网络高度融合,提高了配电网的运行管理水平,同时信息网络的故障也通过这种互相耦合的关系传递到物理电网。因此对CPDS的可靠性评估不再局限于仅考虑物理网络,探求CPDS中信息网络与物理网络间的交互作用机理,考虑信息网络故障对CPDS可靠性的影响是十分必要的。基于CPDS的典型结构,考虑信息传输过程中拓扑路径、传输时延及传输误码等因素对信息系统可靠性的影响,分别建立了信息路径拓扑连通性模型、信息传输时延模型和信息传输误码模型。基于配电物理系统故障自愈的一般过程,详细分析了信息网络故障对故障定位、隔离及恢复三个阶段的影响,分别对信息系统主干网、接入网和接口层发生故障时物理系统故障自愈过程各阶段的时间进行了修正。建立了信息系统有效性评估模型,基于改进的最小路法对考虑信息传输过程影响的CPDS可靠性进行了评估。用算例验证了所提出的方法并分析了信息系统接入网结构以及信息系统元件故障率对CPDS的可靠性的影响。考虑分布式电源和负荷的随机性以及时序性因素,建立了分布式光伏电站、负荷随时间的出力特性模型,以及储能系统的充放电动态过程数学模型。基于系统状态抽样法与序贯蒙特卡洛模拟法分别对信息系统和物理系统进行状态评估。首先采用系统状态抽样法对信息系统进行系统状态抽样,并采用Pareto时延模型计算信息系统接入网的传输延时;其次考虑了信息系统的随机故障对物理系统故障自愈的影响,建立了评估物理系统中计划孤岛可用模型,基于序贯蒙特卡洛法对物理系统的故障元件进行抽样。最后用算例对所提出的方法进行验证,评估了分布式电源及储能接入对CPDS的可靠性,分别分析了信息系统故障对计划孤岛的影响,以及分布式电源、储能系统的接入容量对CPDS可靠性的影响。
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