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(yùn)行效率和管理水平，并為實(shí)現(xiàn)廣域狀態(tài)感知、變電站及配網(wǎng)自動(dòng)化、用戶(hù)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(shí)時(shí)性、可靠性和安全性對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行影響越來(lái)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(duì)于提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文針對(duì)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(píng)估方法進(jìn)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(shí)探討了信息與通信技術(shù)在負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)中的應(yīng)用以及通信時(shí)延對(duì)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(gè)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(diǎn)，并基于隨機(jī)過(guò)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(lèi)，即周期性數(shù)據(jù)流、隨機(jī)性數(shù)據(jù)流和突發(fā)性數(shù)據(jù)流，并分別建立了三類(lèi)數(shù)據(jù)流的數(shù)學(xué)模型。其中，周期性數(shù)據(jù)流通過(guò)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生速率、數(shù)據(jù)包大小和傳輸時(shí)延三

3、個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述;隨機(jī)性數(shù)據(jù)流采用Poisson分布進(jìn)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(guò)ON/OFF模型進(jìn)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(jìn)一步地，利用OPNET Modeler對(duì)三類(lèi)數(shù)據(jù)流的時(shí)延特性進(jìn)行了仿真分析，考察了模型中各個(gè)參數(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的影響。本章的研究將為電力信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能的評(píng)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(shí)時(shí)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(duì)變電站中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行了分析和歸類(lèi)，總結(jié)出了變電站通信系統(tǒng)中的典型周期性、隨機(jī)性和突發(fā)性數(shù)據(jù);同時(shí)，定性分析了虛擬局域網(wǎng)策略對(duì)于變電站中采樣值報(bào)文傳輸?shù)挠绊?。然后，利用OPNET Modeler，針對(duì)典型變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能進(jìn)行了比較全面的仿真分析，設(shè)定了多個(gè)仿真場(chǎng)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(xiàn)對(duì)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(jìn)行變電站通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)。
　　(3)提出了針對(duì)變電站系統(tǒng)采樣值報(bào)文延遲或丟失的補(bǔ)償方法
　　進(jìn)一步地，針對(duì)變電站采樣值報(bào)文的不可靠傳輸問(wèn)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(bào)文估計(jì)算法。首先，詳細(xì)介紹了算法的實(shí)現(xiàn)流程，并重點(diǎn)針對(duì)同步插值時(shí)刻的確定方法和非連續(xù)丟包場(chǎng)景的處理方法進(jìn)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(bào)文，分別對(duì)一次、二次和三次估計(jì)算法的準(zhǔn)確度進(jìn)行了評(píng)估，并針對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后，針對(duì)算法的誤差原因進(jìn)行了討論。在實(shí)際應(yīng)用中，可直接將本算法嵌入到常規(guī)繼電保護(hù)算法中，從而有效解決采樣值報(bào)文丟失或延遲帶來(lái)的安全隱患。
　　(4)提出了具有魯棒性的變電站入侵檢測(cè)算法
　　針對(duì)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(cè)模

7、型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測(cè)算法。在所提出的入侵檢測(cè)模型中，一共包含三類(lèi)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(cè)智能體，各智能體通過(guò)相互協(xié)作，可及時(shí)檢測(cè)出通信網(wǎng)絡(luò)中的異常數(shù)據(jù)包，從而發(fā)現(xiàn)針對(duì)變電站系統(tǒng)的攻擊行為。同時(shí)，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(duì)電網(wǎng)的影響程度，提出了電力系統(tǒng)的綜合脆弱性評(píng)估指標(biāo)。最后，通過(guò)IEEE30節(jié)點(diǎn)算例，對(duì)所提算法和指標(biāo)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)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(shí)對(duì)于負(fù)荷主動(dòng)響應(yīng)的影響
　　為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)與用戶(hù)側(cè)友好互動(dòng)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(shí)現(xiàn)方案。提出了三種空調(diào)負(fù)荷主動(dòng)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(duì)各種策略的特點(diǎn)，并利用先進(jìn)的信息與通信技術(shù)，對(duì)主動(dòng)響應(yīng)策略的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了探討。最后，搭建典型的配電網(wǎng)15節(jié)點(diǎn)算例，考察了三種策略對(duì)于改善電壓驟降現(xiàn)象的效果，分析了通