本文關(guān)鍵詞：電力信息物理融合系統(tǒng)的負(fù)荷緊急控制理論與方法

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【摘要】：隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn),大量傳感設(shè)備、通信設(shè)備、計(jì)算設(shè)備和電氣設(shè)備通過通信網(wǎng)和電力網(wǎng)兩個(gè)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)互連,成為一個(gè)具備實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)融合能力的多維異構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng),即電力信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical System,CPS)。在電力CPS環(huán)境下,多元廣域信息的獲取和利用為電網(wǎng)分析與控制決策帶來了數(shù)據(jù)支撐,但同時(shí)也引入了信息通信網(wǎng)絡(luò)失效的風(fēng)險(xiǎn)。本論文在國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目號(hào):51577030)課題"電力信息物理融合系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)防-緊急控制理論與方法"資助下,針對(duì)電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后的頻率暫態(tài)穩(wěn)定問題,深入系統(tǒng)地開展了"電力信息物理融合系統(tǒng)的負(fù)荷緊急控制理論與方法"的論文工作,主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新包括:以電力CPS為研究對(duì)象,通過電力通信業(yè)務(wù)探尋電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的交互影響機(jī)理;針對(duì)具體電力CPS負(fù)荷緊急控制業(yè)務(wù),同時(shí)考慮廣域信息的充分利用和廣域通信的失效風(fēng)險(xiǎn),提出能滿足在線應(yīng)用需求的頻率態(tài)勢預(yù)測方法和緊急控制策略;針對(duì)電力CPS領(lǐng)域仿真驗(yàn)證工具缺失問題,提出了電力CPS聯(lián)合仿真方法并搭建了實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。具體工作如下:(1)通過對(duì)電力CPS組成結(jié)構(gòu)分析,得到電力物理層和信息通信層通過電力通信業(yè)務(wù)交互影響這一本質(zhì),提出通過中間業(yè)務(wù)脆弱性指標(biāo)計(jì)算以評(píng)估電力CPS系統(tǒng)脆弱性的研究框架。本文以電力通信業(yè)務(wù)失效概率和失效后果綜合評(píng)估其脆弱性:同時(shí)考慮受通信元件影響的電力業(yè)務(wù)傳輸主要路徑和備用路徑的中斷和延時(shí)特性,并計(jì)及不同業(yè)務(wù)需求,提出電力通信業(yè)務(wù)失效概率的計(jì)算方法;同時(shí)考慮業(yè)務(wù)自身及所影響電力節(jié)點(diǎn)的重要程度,提出電力通信業(yè)務(wù)失效后果量化計(jì)算方法�；陔娏νㄐ艠I(yè)務(wù)脆弱性指標(biāo),考慮電力通信網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)和傳輸鏈路延時(shí)和中斷屬性對(duì)所承載業(yè)務(wù)脆弱性的貢獻(xiàn)大小,提出電力通信網(wǎng)絡(luò)的脆弱性指標(biāo)計(jì)算方法;分別基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提出電力CPS脆弱性靜態(tài)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算方法。(2)以電力CPS環(huán)境下支撐頻率穩(wěn)定的負(fù)荷緊急控制為研究對(duì)象,從頻率態(tài)勢預(yù)測和控制決策兩方面展開研究。首先在電力CPS頻率態(tài)勢預(yù)測方面,針對(duì)基于模型或基于人工智能的快速預(yù)測方法在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的不適應(yīng)性,本文力圖探尋算法計(jì)算精度和速度的平衡�？紤]到基于物理模型簡化方法能夠保留系統(tǒng)參變量間物理聯(lián)系,但精度受限;而人工智能方法無法考慮數(shù)據(jù)間原有的模型聯(lián)系,樣本要求高;因此提出融合頻率響應(yīng)模型的極限學(xué)習(xí)機(jī)算法,在保證計(jì)算速度的前提下大幅提高預(yù)測精度�；诖嗳跣栽u(píng)價(jià)方法,計(jì)算電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可觀性;綜合提出計(jì)及可觀性頻率態(tài)勢特征預(yù)測方法。(3)在控制決策方面,依托實(shí)際的廣域負(fù)荷緊急控制網(wǎng)絡(luò),提出可中斷負(fù)荷快速響應(yīng)主網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題的算法。首先利用廣域量測信息和頻率態(tài)勢特征精確預(yù)測結(jié)果,提出基于改進(jìn)樣本獲取方式的極限學(xué)習(xí)機(jī)的精確切負(fù)荷預(yù)測算法;同時(shí)基于電力節(jié)點(diǎn)可中斷負(fù)荷容量和信息通信鏈路特征,提出負(fù)荷節(jié)點(diǎn)緊急控制能力指標(biāo),用于切負(fù)荷量分配。該控制策略能夠充分考慮系統(tǒng)多元信息,在保證切負(fù)荷代價(jià)最小的基礎(chǔ)上兼顧策略有效執(zhí)行。(4)無論是電力CPS理論分析或控制策略,現(xiàn)有單一的電力或通信仿真平臺(tái)均無法提供較好的仿真支撐環(huán)境,因此提出混合仿真方法。在非實(shí)時(shí)仿真方法方面,從建模工具、系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)同步等關(guān)鍵問題角度對(duì)相關(guān)的研究成果進(jìn)行了歸納分析,指出電力CPS系統(tǒng)的時(shí)間同步問題是混合仿真的關(guān)鍵問題之一;針對(duì)現(xiàn)有方案在無法兼顧仿真精度和效率的不足,提出了一種基于狀態(tài)緩存的電力CPS混合仿真平臺(tái)時(shí)間同步方法,為后續(xù)相關(guān)研究提供解決思路。在實(shí)時(shí)仿真方法方面,提出一種通用、易于再現(xiàn)的電力CPS實(shí)時(shí)仿真方案,該方案采用了 OPAL-RT、OPNET軟件以及獨(dú)立控制應(yīng)用模塊。所提方案主要針對(duì)電力CPS環(huán)境下負(fù)荷控制業(yè)務(wù),并可以擴(kuò)展用于各類型智能電網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM73

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本文編號(hào)：1303174