考慮結構和功能耦合特征的電力信息物理系統隨機加固規劃

張藝偉， 劉文霞， 黃少鋒， 馬伸銅

(1.新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學)，北京 102206；2.國網徐州供電公司，江蘇 徐州 221005)

0 引 言

現代智能電網是由電力、通信和信息系統耦合形成的電力信息物理系統(Electric Cyber-Physical System,ECPS)[1]。其中,電力網絡與通信網絡形成了一個結構和功能雙重耦合的相依網絡[2]。結構耦合是指光纖復用架空地線(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire, OPGW)與輸電線路同桿塔架設,功能耦合是指發電/變電站內通信設備對一次系統遠程監測和自動控制。先進的通信技術為一次系統常規運行提供了可靠保證,但極端自然災害下,結構耦合線路故障將造成電力/通信同時失效,而雙網功能耦合易引發級聯故障,造成更嚴重的停電事故[3],在南方雪災停電、海南臺風停電等事件中都出現過此類場景[4]。因此,從信息物理視角研究ECPS韌性提升措施,對提升電力系統面對極端場景的抵抗力有著重要意義。

電力系統韌性研究包括:災前預防,災中響應,災后修復[5]。其中,通過加固網架實現災前預防是提升韌性最直接有效的手段。

目前,從信息物理視角開展雙網加固規劃的研究較少,但單一電網加固規劃一直是國內外研究的熱點。文獻[6]～[8]將輸電網的網架加固規劃描述為三層魯棒優化模型(min+max min),也稱為defender -attacker-defender(DAD)模型。在第一層,規劃決策者(防御者)制定最優的網架加固方案;在第二層自然災害(攻擊者)選擇最劣毀傷場景;在第三層,系統調度員(防御者)通過應急調度最小化最劣場景下的故障損失。DAD模型通過降低最惡劣極端場景下的損失提升系統韌性,模型計算量較小,但由于最惡劣場景出現概率較小,導致優化結果過于保守。……