基于非序贯蒙特卡罗模拟的配电网信息物理系统可靠性分析

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随着智能电网技术的发展,配电网中信息流和能量流的耦合程度不断加深,开关设备的智能化水平也不断提升,可以主动进行故障后的负荷切除和网络重构。与此同时,传统配电网逐渐演化成电力信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS)。传统配电网可靠性分析方法着重分析配电网中的物理系统,不考虑配电网网架故障重构,无法应对智能开关设备在配电网中的广泛应用的需求。本文针对易导致终端用户停电故障的中压配电网,从信息物理融合的角度,研究中压配电网的供电可靠性问题。本文取得的主要研究成果如下:首先,对配电网供电可靠性指标进行了分类和总结。给出了基于中压配电网结构组成和运行特点所做出的基本假设。结合非序贯蒙特卡罗模拟(Non-Sequential Monte-Carlo Simulation,NSMCS),建立了可靠性指标的计算方法和收敛条件的制定方法。其次,针对配电网CPS比较难以通过系统状态随机抽样进行模拟法可靠性分析的问题,分析了主动配电网中的智能开关的技术,提出了综合考虑信息物理系统故障率影响的配电网CPS供电可靠性评估模型。模型提出了对配电网CPS进行拓扑化和系统状态随机抽样的方法,把开关设备的物理动作和控制其的智能配电终端的状态同时隐含进电气设备的状态中而不是直接表达这些开关设备的状态,使得对配电网状态进行随机抽样不依赖其历史状态。以最小化故障切除负荷为优化目标,以电气设备容量限制作为约束条件,求解单状态抽样样本系统运行状态和可靠性指标。结合重要性抽样,通过NSMCS进行配电网CPS供电可靠性评估。算例分析验证了模型可以有效评估信息系统故障率和物理系统故障率对配电网CPS供电可靠性的影响。最后,针对中压配电网运行和重构需要保持开环运行的问题,分析了在配电网CPS系统状态随机抽样中施加辐射状结构约束条件所需作出的相关假设和具体实施方法,提出了考虑辐射状结构重构约束的配电网CPS供电可靠性评估模型。模型以最大化供电恢复为优化目标,以电气设备容量限制和辐射状网架结构限制作为约束条件,模拟配电网CPS故障重构后的实际网架形态,求解单状态抽样样本系统运行状态和可靠性指标。结合重要性抽样,通过NSMCS进行配电网CPS供电可靠性评估。算例分析验证了扩展模型可以对故障后智能重构的主动配电网CPS的供电可靠性做出更准确评估。本文建立的可靠性评估模型均假设所有配电终端正常的开关设备都能根据优化目标和约束条件在故障后自动作出最优化的重构动作,适用于广泛应用智能配电终端的主动配电网CPS网架规划问题。
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