智能電網多網交互作用的機理分析及應用研究.pdf

1、智能電網運行中面臨的可靠性、安全性、經濟性、互動性等一系列的關鍵科學問題研究被列為“面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎研究”。然而隨著電力網絡的互聯(lián)，負荷中心發(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致，而連鎖故障的發(fā)生與系統(tǒng)脆弱源存在密切的關系。結構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)之間復雜耦合關系，使得電力系統(tǒng)運行在獲得信息系統(tǒng)帶來好處的同時，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)內部任何一個小故障都會通過耦合關系進一步擴大，甚至蔓延至整個耦合系統(tǒng)，嚴重地危害電力系統(tǒng)運行。因此，建立考慮電力網絡與信息網絡交互作用的耦合系統(tǒng)模型，及揭示故障通過耦合關系在系統(tǒng)中傳播機理，有利于讓信息系統(tǒng)服務于智能電網的發(fā)展。大規(guī)模產消者接入配電網，改變了傳統(tǒng)電網能量垂直流動的方式，潮流的雙向流動和用戶與電網的互動成為智能配電網典型的特征。分析電力系統(tǒng)的經濟運行與其他基礎網絡之間的聯(lián)系，并建立模擬產消者(prosumer)自主行為

3、的智能配電網仿真模型，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。
　　本文以復雜系統(tǒng)理論為基礎，分別從單一電力系統(tǒng)連鎖故障傳播與脆弱性分析、電力網絡與信息網絡交互作用的機理建模與分析、多層網絡耦合的智能配電網運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;建立交互作用下電力網絡連鎖故障傳輸模型，分析不同的耦合關系和信息網絡拓撲結構對電力網絡安全運行的影響;建立電力網絡、信息網絡、社

4、交網絡和決策網絡交互影響的智能配電網模型，研究大規(guī)模產消者接入對電網經濟運行的影響，并提出相應的策略優(yōu)化局部資源配置。本文取得的研究成果如下:
　　基于復雜網絡理論，通過選取輸電線路阻抗值為復雜網絡拓撲模型中邊的權重，改進電力網絡網絡拓撲結構模型，定義綜合考慮節(jié)點和邊差異性的加權網絡結構熵模型，以此描述故障演化過程中電網拓撲結構的不均衡性?；谶B鎖故障傳播機理，結合城市電網拓撲的結構特點和運行狀態(tài)，綜合考慮潮流熵的變化指標、節(jié)點重

5、要性指標、節(jié)點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)，提出了城市電網脆弱線路辨識方法。通過結合PSASP時域仿真結果，驗證所提方法的有效性。
　　基于滲流理論和復雜網絡理論，研究在電力網絡和信息網絡交互作用下，連鎖故障在耦合網絡中的傳播機理。分析電網運行、優(yōu)化調度與信息網絡運行之間的關系，改進現(xiàn)有的耦合系統(tǒng)級聯(lián)故障模型。針對電力信息網絡結構統(tǒng)計特征，分別建立雙星型和網狀電力信息網絡拓撲模型;信息包傳遞的路由策略考慮節(jié)點對

6、之間的有效距離和節(jié)點信息列隊長度;基于交流潮流，建立電力網絡和信息網絡交互作用的耦合模型。最后，以IEEE標準系統(tǒng)和實際電網為例，分析耦合網絡的大停電風險。
　　在電力網絡與信息網絡交互作用的連鎖故障模型上，分析不同耦合關系以及不同結構特征的信息網絡穩(wěn)定運行點與大停電規(guī)模之間的關系。分別建立了一種量化不同節(jié)點對之間的耦合關系的計算模型、一種改進的信息網絡拓撲模型和一種信息網絡傳輸失常計算模型。以IEEE標準系統(tǒng)和實際電網為例，基于

7、直流潮流計算，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。結果表明，耦合關系值越大則發(fā)生連鎖故障概率越小，特別地，當耦合關系為“度數(shù)-度數(shù)”時，能有效的減少大停電的風險。在交互作用下，信息網絡穩(wěn)定運行的閥值可以用于大停電預警。在電力網絡發(fā)生故障的初期，雙星型電力信息網絡結構更有助于電力網絡故障信息傳輸?shù)秸{度中心，以實現(xiàn)優(yōu)化控制。
　　提出一個能模擬產消者自主自發(fā)行為以及與其它角色交互作用的智能配電網多層網絡交互影響的框架