智能電網(wǎng)多網(wǎng)交互作用的機(jī)理分析及應(yīng)用研究.pdf

1、智能電網(wǎng)運(yùn)行中面臨的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、互動性等一系列的關(guān)鍵科學(xué)問題研究被列為“面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究”。然而隨著電力網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，負(fù)荷中心發(fā)生大面積停電事故概率增大，大停電事故的發(fā)生主要由連鎖故障導(dǎo)致，而連鎖故障的發(fā)生與系統(tǒng)脆弱源存在密切的關(guān)系。結(jié)構(gòu)和傳輸能力分布不均勻性增加了系統(tǒng)的脆弱性。電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)之間復(fù)雜耦合關(guān)系，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行在獲得信息系統(tǒng)帶來好處的同時(shí)，也將面臨來自信息系統(tǒng)故障帶來的危害。在極端條件下，耦合

2、系統(tǒng)內(nèi)部任何一個(gè)小故障都會通過耦合關(guān)系進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至蔓延至整個(gè)耦合系統(tǒng)，嚴(yán)重地危害電力系統(tǒng)運(yùn)行。因此，建立考慮電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)交互作用的耦合系統(tǒng)模型，及揭示故障通過耦合關(guān)系在系統(tǒng)中傳播機(jī)理，有利于讓信息系統(tǒng)服務(wù)于智能電網(wǎng)的發(fā)展。大規(guī)模產(chǎn)消者接入配電網(wǎng)，改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)能量垂直流動的方式，潮流的雙向流動和用戶與電網(wǎng)的互動成為智能配電網(wǎng)典型的特征。分析電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與其他基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，并建立模擬產(chǎn)消者(prosumer)自主行為

3、的智能配電網(wǎng)仿真模型，有利于確定電力系統(tǒng)優(yōu)化配置方案以及均衡市場利益政策。
　　本文以復(fù)雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，分別從單一電力系統(tǒng)連鎖故障傳播與脆弱性分析、電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)交互作用的機(jī)理建模與分析、多層網(wǎng)絡(luò)耦合的智能配電網(wǎng)運(yùn)行建模與仿真的角度，分析電力系統(tǒng)連鎖故障傳播對可靠性的影響，并提出系統(tǒng)脆弱性辨識指標(biāo);建立交互作用下電力網(wǎng)絡(luò)連鎖故障傳輸模型，分析不同的耦合關(guān)系和信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對電力網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的影響;建立電力網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)、社

4、交網(wǎng)絡(luò)和決策網(wǎng)絡(luò)交互影響的智能配電網(wǎng)模型，研究大規(guī)模產(chǎn)消者接入對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，并提出相應(yīng)的策略優(yōu)化局部資源配置。本文取得的研究成果如下:
　　基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，通過選取輸電線路阻抗值為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ椭羞叺臋?quán)重，改進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，定義綜合考慮節(jié)點(diǎn)和邊差異性的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵模型，以此描述故障演化過程中電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不均衡性?；谶B鎖故障傳播機(jī)理，結(jié)合城市電網(wǎng)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行狀態(tài)，綜合考慮潮流熵的變化指標(biāo)、節(jié)點(diǎn)重

5、要性指標(biāo)、節(jié)點(diǎn)電壓偏移和引入考慮輸電線路所處電壓等級的修正系數(shù)，提出了城市電網(wǎng)脆弱線路辨識方法。通過結(jié)合PSASP時(shí)域仿真結(jié)果，驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　基于滲流理論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，研究在電力網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)交互作用下，連鎖故障在耦合網(wǎng)絡(luò)中的傳播機(jī)理。分析電網(wǎng)運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度與信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行之間的關(guān)系，改進(jìn)現(xiàn)有的耦合系統(tǒng)級聯(lián)故障模型。針對電力信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)特征，分別建立雙星型和網(wǎng)狀電力信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?信息包傳遞的路由策略考慮節(jié)點(diǎn)對

6、之間的有效距離和節(jié)點(diǎn)信息列隊(duì)長度;基于交流潮流，建立電力網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)交互作用的耦合模型。最后，以IEEE標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和實(shí)際電網(wǎng)為例，分析耦合網(wǎng)絡(luò)的大停電風(fēng)險(xiǎn)。
　　在電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)交互作用的連鎖故障模型上，分析不同耦合關(guān)系以及不同結(jié)構(gòu)特征的信息網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)與大停電規(guī)模之間的關(guān)系。分別建立了一種量化不同節(jié)點(diǎn)對之間的耦合關(guān)系的計(jì)算模型、一種改進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ秃鸵环N信息網(wǎng)絡(luò)傳輸失常計(jì)算模型。以IEEE標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和實(shí)際電網(wǎng)為例，基于

7、直流潮流計(jì)算，建立大規(guī)模電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)交互作用下的連鎖故障模型。結(jié)果表明，耦合關(guān)系值越大則發(fā)生連鎖故障概率越小，特別地，當(dāng)耦合關(guān)系為“度數(shù)-度數(shù)”時(shí)，能有效的減少大停電的風(fēng)險(xiǎn)。在交互作用下，信息網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行的閥值可以用于大停電預(yù)警。在電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的初期，雙星型電力信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更有助于電力網(wǎng)絡(luò)故障信息傳輸?shù)秸{(diào)度中心，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
　　提出一個(gè)能模擬產(chǎn)消者自主自發(fā)行為以及與其它角色交互作用的智能配電網(wǎng)多層網(wǎng)絡(luò)交互影響的框架