考虑信息系统失效影响的电力CPS可靠性评估研究

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对高效、清洁电力需求的增长以及信息通信技术的发展,加快了电力系统与信息系统的融合,推动了传统电力系统向电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)转变。信息系统的加入不仅方便了可再生能源和新型负荷的接入,还为电力系统安全经济运行提供了坚强支撑。但信息系统的加入增加了电力系统的规模和复杂度,并带来了新的风险,如果在电力系统可靠性评估中只关注物理元件的故障,而忽略了信息系统可能出现的失效及其对电力系统的影响,得到的可靠性指标是比较片面的。因此,将电力CPS作为一个整体进行可靠性评估,计及信息系统失效的影响,从而获得更为真实全面的可靠性数据,这对实际工程应用是具有重要意义的。现有电力CPS可靠性评估研究是基于设备层面的角度,重点考虑了信息系统故障对电力设备的直接或间接的影响。而本文是从电力系统层面出发,探究了包括不良量测量、缺失量测量和远程控制失效在内的信息系统失效对调度人员进行电力系统状态判断和校正控制的影响,将其体现在了修正最优削负荷模型中,并提出了电力CPS可靠性评估方法。本文具体的研究工作如下:(1)对不良量测量进行了分析,其内部因素为量测误差,外部因素为虚假数据注入攻击(False data injection attack,FDIA),两者均会导致状态估计误差,从而误导调度人员对系统状态的判断。为了直观地反映出量测误差和虚假数据对状态估计结果的影响,推导了考虑不良量测量的状态估计误差公式,并提出了不良量测量对调度人员判断决策和电力CPS可靠性的影响机制。以RBTS和IEEE-RTS96为例进行仿真,验证了不良量测量对状态估计结果的影响。(2)最优削负荷模型是对电力系统故障后调度人员采取校正控制措施进行仿真的有效方法,传统的最优削负荷模型是基于系统状态信息完全准确和调度人员对系统具有完全的控制手段的假设。为了在仿真中体现信息系统失效的影响,对传统最优削负荷模型进行了修正,从而计入了由不良量测量和缺失量测量引起的状态估计误差和远程控制失效引起的不可控的校正措施对调度人员决策的影响。基于修正最优削负荷模型,提出了使用非序贯Monte Carlo模拟法的电力CPS可靠性评估方法,将信息系统失效考虑在了可靠性评估中。由于测试系统缺少现成的信息系统结构,分别构建了RBTS和IEEE-RTS96的信息系统结构。对测试系统进行仿真分析,验证了本文所提的电力CPS可靠性评估方法的有效性,能够准确反映出信息系统失效对电力CPS可靠性的影响。
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