一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，针对OPGW作为唯一通信介质的输电网，首先建立信息物理融合输电网模型，随后对其故障、响应、检修过程都充分考虑其信息物理融合特性，最后通过蒙特卡洛法评估冰灾下信息物理融合输电网弹性能力。本发明专利技术在“灾时响应”和“灾后恢复”阶段分析了信息网络与物理网络的耦合特征，模拟了信息网络故障对物理网络故障的进一步加剧过程以及信息网络检修对物理网络的影响。本发明专利技术克服了单一物理维度的考虑不足，可更准确地反映冰灾下输电网的故障与恢复特性，为电力工程人员量化评估输电网弹性，研究在“灾前抵御”、“灾时响应”和“灾后恢复”三个阶段的弹性提升策略，提供有效的评估理论支撑。评估理论支撑。评估理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法


[0001]本专利技术涉及信息物理融合电力系统和弹性评估的
，尤其是指一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法。

技术介绍

[0002]冰灾天气是一种极端的自然气象灾害，其过境的输电网区域极易因为冰冻时间长和覆冰强度大而发生倒塔断线、跳闸、导线舞动、设备损坏、电网解列、大面积停电等事故。为此，亟需从极端事件的角度对电力系统的抵御恢复能力进行研究，建设具有“自愈”能力的“弹性电网”。
[0003]针对上述需求，唐文虎(唐文虎,杨毅豪,李雅晶,等.极端气象灾害下输电系统的弹性评估及其提升措施研究[J].中国电机工程学报,2020,40(07):2244
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2254+2403.)等人提出一种考虑极端气象灾害对输电网影响的弹性评估框架，但只考虑了物理层电网故障情况。
[0004]实际上，极端气象灾害对输电网的破坏不仅停留在物理层面。WANG J(WANG J，SU Y，ZHOU J.Practice and experience in dispatching of Southern Power Grid during rare ice disaster at beginning of year 2008[C]//the 4th International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies(DRPT)，July 6
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9，2011，Weihai，China.)等人指出，在2008年南方大冰灾中，大量OPGW断线，导致灾时大范围电力通信中断，严重影响电网的响应调整。因此，冰灾下针对输电网的弹性研究，需要充分对信息网络与物理网络的耦合关系，进行深入准确的剖析。
[0005]针对以上问题，刘瑞环(刘瑞环,陈晨,刘菲,等.极端自然灾害下考虑信息
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物理耦合的电力系统弹性提升策略：技术分析与研究展望[J].电机与控制学报,2022,26(01):9
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23.)等人概述了信息物理耦合性的研究方法和电力信息物理融合系统的弹性提升方法，但没有对信息物理融合电力系统的弹性评估方法展开具体的阐述，也没有给出具体的仿真方法。刘天浩(刘天浩,朱元振,孙润稼,等.极端自然灾害下电力信息物理系统韧性增强策略[J].电力系统自动化,2021,45(03):9.)等人提出了一种电力信息物理系统应对极端自然灾害的韧性增强策略，但其关键技术为概率模型，缺乏对灾时响应和灾后恢复的仿真模拟，也缺乏对输电网信息与物理的耦合分析。上海理工大学韩冬(韩冬,叶磊,孙伟卿,张垠,陈金涛,赵舫.电力信息物理融合系统弹性提升策略求解方法[P].上海市：CN108985566B,2021
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13.)公开了一种电力信息物理融合系统弹性提升策略求解方法，但该方法主要针对信息攻击安全领域，并非极端气象灾害。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，可以有效地结合电力网和通信网的特征，并根据冰灾的预报信息，更准确地反映信息物理输电网的受灾情况，为后续的弹性提升策略研究奠定基础。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，包括以下步骤：
[0008]1)建立OPGW作为通信介质的信息物理融合输电网模型；
[0009]针对以OPGW电缆作为唯一通信介质的输电网，基于输电网信息网络与输电网物理网络具有同塔建设的特征，映射建立所述信息物理融合输电网模型；
[0010]2)冰灾仿真初始化：根据气象预测信息，获取冰灾数据，设置仿真时间t的初始值为0，单位：h；
[0011]3)判断冰灾是否已过境，若是，则跳转至步骤5)；若否，则仿真时间推进一个仿真时刻，并以冰灾覆冰厚度为致灾因子，仿真输电网支路的故障情况，执行步骤4)；
[0012]4)进行信息物理融合输电网的响应，仿真输电网故障后的响应调整情况，具体是在输电网信息网络与输电网物理网络发生故障或被修复时，模拟输电网响应调整的过程，调整后跳转至步骤3)；
[0013]5)判断检修是否结束，若结束，跳转至步骤7)；若未结束，模拟冰灾过境后输电网检修恢复过程，执行步骤6)；
[0014]6)再次执行信息物理融合输电网的响应，仿真输电网故障修复后的响应调整情况，调整后跳转至步骤5)；
[0015]7)采用蒙特卡洛法评估信息物理融合输电网弹性；
[0016]判断蒙特卡洛仿真次数n是否达到预设的N次，若n≤N，则再次仿真，并跳转至步骤2)；若n＞N，则进行弹性指标计算，量化冰灾下输电网的弹性。
[0017]进一步，所述步骤1)包括以下步骤：
[0018]构建物理网络：由多个母线节点与多条物理支路构成，每个母线节点代表一个变电站，每条物理支路代表连接母线的架空输电线路；
[0019]构建信息网络：由多个信息节点与多条信息支路构成，每个信息节点代表一个变电站，每条信息支路代表连接变电站的OPGW，由变压器相连接的所述母线节点视为同一个信息节点，信息网络的架构与物理网络的架构存在映射关系；
[0020]对物理网络和信息网络进行栅格化，栅格化后输电网的每个栅格单元由一个物理单元与一个信息单元组成。
[0021]进一步，所述步骤3)包括以下步骤：
[0022]3.1)判断冰灾是否过境，若过境，则跳转至步骤5)；若未过境，则仿真时间推进一个仿真步长更新冰灾位置；
[0023]3.2)计算各物理单元和信息单元时刻t下的覆冰厚度R(t)，根据覆冰厚度R(t)计算各物理单元和信息单元的各类故障概率，并用蒙特卡洛法，抽样模拟各类故障是否发生，故障的模拟过程如下：
[0024]设X为某一类故障的运行状态变量，X＝1表示工作态，X＝0表示故障态，p为该类故障发生的概率，由计算机产生一个[0,1]的随机数r，根据r与p的大小关系，模拟该类故障是否发生：
[0025][0026]3.3)对于某个物理单元e，绝缘子闪络、输电线路断线、输电杆塔倒塔中任意一类
故障发生，该物理单元运行状态为故障状态：
[0027][0028]式中，表示物理单元e处于故障状态，表示物理单元e处于工作状态；分别表示物理单元e的绝缘子、输电线路、输电杆塔的运行状态，为0表示故障状态，为1表示工作状态；
[0029]对于某个信息单元a，OPGW断线、输电杆塔倒塔中任意一类故障发生，该信息单元运行状态为故障状态：
[0030][0031]式中，表示信息单元a处于故障状态，表示信息单元a处于工作状态；分别表示信息单元a的OPGW、输电杆塔的运行状态，为0表示故障状态，为1表示工作状态，因为输电网信息网络与输电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立OPGW作为通信介质的信息物理融合输电网模型；针对以OPGW电缆作为唯一通信介质的输电网，基于输电网信息网络与输电网物理网络具有同塔建设的特征，映射建立所述信息物理融合输电网模型；2)冰灾仿真初始化：根据气象预测信息，获取冰灾数据，设置仿真时间t的初始值为0，单位：h；3)判断冰灾是否已过境，若是，则跳转至步骤5)；若否，则仿真时间推进一个仿真时刻，并以冰灾覆冰厚度为致灾因子，仿真输电网支路的故障情况，执行步骤4)；4)进行信息物理融合输电网的响应，仿真输电网故障后的响应调整情况，具体是在输电网信息网络与输电网物理网络发生故障或被修复时，模拟输电网响应调整的过程，调整后跳转至步骤3)；5)判断检修是否结束，若结束，跳转至步骤7)；若未结束，模拟冰灾过境后输电网检修恢复过程，执行步骤6)；6)再次执行信息物理融合输电网的响应，仿真输电网故障修复后的响应调整情况，调整后跳转至步骤5)；7)采用蒙特卡洛法评估信息物理融合输电网弹性；判断蒙特卡洛仿真次数n是否达到预设的N次，若n≤N，则再次仿真，并跳转至步骤2)；若n＞N，则进行弹性指标计算，量化冰灾下输电网的弹性。2.根据权利要求1所述的一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：构建物理网络：由多个母线节点与多条物理支路构成，每个母线节点代表一个变电站，每条物理支路代表连接母线的架空输电线路；构建信息网络：由多个信息节点与多条信息支路构成，每个信息节点代表一个变电站，每条信息支路代表连接变电站的OPGW，由变压器相连接的所述母线节点视为同一个信息节点，信息网络的架构与物理网络的架构存在映射关系；对物理网络和信息网络进行栅格化，栅格化后输电网的每个栅格单元由一个物理单元与一个信息单元组成。3.根据权利要求2所述的一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：3.1)判断冰灾是否过境，若过境，则跳转至步骤5)；若未过境，则仿真时间推进一个仿真步长更新冰灾位置；3.2)计算各物理单元和信息单元时刻t下的覆冰厚度R(t)，根据覆冰厚度R(t)计算各物理单元和信息单元的各类故障概率，并用蒙特卡洛法，抽样模拟各类故障是否发生，故障的模拟过程如下：设X为某一类故障的运行状态变量，X＝1表示工作态，X＝0表示故障态，p为该类故障发生的概率，由计算机产生一个[0,1]的随机数r，根据r与p的大小关系，模拟该类故障是否发生：
3.3)对于某个物理单元e，绝缘子闪络、输电线路断线、输电杆塔倒塔中任意一类故障发生，该物理单元运行状态为故障状态：式中，表示物理单元e处于故障状态，表示物理单元e处于工作状态；分别表示物理单元e的绝缘子、输电线路、输电杆塔的运行状态，为0表示故障状态，为1表示工作状态；对于某个信息单元a，OPGW断线、输电杆塔倒塔中任意一类故障发生，该信息单元运行状态为故障状态：式中，表示信息单元a处于故障状态，表示信息单元a处于工作状态；分别表示信息单元a的OPGW、输电杆塔的运行状态，为0表示故障状态，为1表示工作状态，因为输电网信息网络与输电网物理网络具有同塔建设的特征，因此对于对应的物理单元和信息单元，有3.4)一条物理支路由多个物理单元组成，对于某条物理支路k，该支路上任意物理单元发生故障，该支路运行状态为故障状态：式中，为物理支路k栅格化后的单元数；表示物理支路k处于故障状态，表示物理支路k处于工作状态；一条信息支路由多个信息单元组成，对于某条信息支路q，该支路上任意信息单元发生故障，该支路运行状态为故障状态：式中，为信息支路q栅格化后的单元数；表示信息支路q处于故障状态，表示信息支路q处于工作状态；基于输电网信息网络与输电网物理网络具有同塔建设的特征，物理支路与信息支路的栅格化单元一致，因此对于对应的物理支路和信息支路，有：4.根据权利要求3所述的一种冰灾下信息物理融合输电网的弹性评估方法，其特征在于，在步骤4)中，信息物理融合输电网的响应需考虑信息网络故障对物理网络故障的扩大作用；上述信息网络故障包括监视失效与控制失效：a)监视失效为控制中心无法通过监视获
知故障的发生，即故障单元所在支路两侧母线节点均与控制中心所在母线节点失联，此时故障单元所在支路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文浩，唐文虎，陈星宇，游阳，钱瞳，李泽蓬，连祥龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：