電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)

電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)

theStrategicPowerInfrastructureDefense(SPID)System電力系統(tǒng)研討所周雙喜2002.4.15電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)的幾個問題〔1〕電力系統(tǒng)脆弱性及其來源〔2〕電力系統(tǒng)災難性事故的普通歷程〔3〕繼電維護的隱藏缺點〔4〕系統(tǒng)的脆弱性估計〔5〕SPID系統(tǒng)的功能要求〔6〕SPID電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)的關鍵技術〔7〕SPID御系統(tǒng)技術上的挑戰(zhàn)〔8〕任務想象

一、電力系統(tǒng)的脆弱性及其來來源

自然災禍故意的人為作用信息決策市場通信網(wǎng)絡內部外部電力系統(tǒng)的脆弱性〔vulnerability〕緣由

?自然災禍和氣候條件?大的力系統(tǒng)元件缺點?控制和維護系統(tǒng)缺點?信息和通訊系統(tǒng)缺點?電力系統(tǒng)不穩(wěn)定問題?人為的錯誤?不適宜/錯誤的系統(tǒng)模擬和估計?競爭的電力市場環(huán)境中的脆弱性?不能獲得、綜合和利用可靠的信息二、電力系統(tǒng)災難性事故的開展歷程

和控制措施平安形狀邊緣形狀不平安不穩(wěn)定設備退出缺點過多跳閘解列停電平安措施長期規(guī)劃廣范圍丈量維護和控制自順應自愈多代理構架恢復戰(zhàn)略三、維護系統(tǒng)隱藏的缺點

〔HiddenFailure〕方向比較閉鎖〔DCB〕缺點ABDRB2DRB1DRA1DRA2四、系統(tǒng)脆弱性估計〔1〕

電力系統(tǒng)框架信息和通訊系統(tǒng)I，C電力系統(tǒng)S電力市場M，G，D要挾或擾動控制和維護系統(tǒng)P，K人的代理H脆弱性估計〔2〕電力系統(tǒng)脆弱性定義：電力系統(tǒng)因人為要素、信息、計算〔軟、硬件〕、通訊、電力系統(tǒng)元件、以及維護或控制設備的事故而導致大范圍停電的災難性事缺點有關，包括。這里人為的要素包括故意破壞、投切操作和運轉中的過失、電力市場中的博弈等侵入到計算機、維護/控制網(wǎng)絡。采用包括風險概念的概率方法。要建立各個子系統(tǒng)的數(shù)學和邏輯模型以及子系統(tǒng)間相互作用的閱歷模型。

系統(tǒng)脆弱性估計〔3〕

風險計算的根本關系

Im:隨機事件產(chǎn)生的成效，Xt:時段t料想事故運轉條件。E:表示求數(shù)學期望，F(xiàn)i：隨機事件。系統(tǒng)在時段t可靠性風險目的其數(shù)值上等于在當前時段運轉條件知的情況下，下一個時段系統(tǒng)在一切能夠出現(xiàn)的料想事故條件下的可靠性用貨幣來衡量時的期望平均值。系統(tǒng)脆弱性估計〔4〕風險評價體系4個主要部分：?事件識別?風險計算?快速網(wǎng)絡分析?決策分析五、電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)功能要求

SPID期望功能：?能獲取和闡明廣泛的來自不同源的實時信息；?能快速評價與災難性事件有關的系統(tǒng)的脆弱性；?能使維護設備性能建立在系統(tǒng)全局估計的根底上；?能自動重構電力網(wǎng)絡使系統(tǒng)的脆弱性最??；?能自動建立系統(tǒng)恢復方案使停電影響最小SPID體系構造滿足以下控制系統(tǒng)要求多目的：各個代理可同時按各自目的、約束機制和來自更高層的仲裁方案采取措施。多傳感器：不是一切的傳感器都要送到中央代理。然而，同一傳感器的值可以由不同層運用。不同層可以處置某些方式的信息并利用其結果到達其本身的目的。魯棒性：多代理添加系統(tǒng)的魯棒性。在添加較高層的時候，體系構造的較低層繼續(xù)運轉?？蓴U展性：當系統(tǒng)需求添加新的層次時，每一個新增的層次可以獨立運轉而不受原有系統(tǒng)的約束。六、SPID關鍵技術√建立在GPS/PMU根底上的電力系統(tǒng)廣域相量丈量技術√防備隱藏缺點-自順應維護控制√自順應自愈戰(zhàn)略√控制和分析的混合多代理框架√分層多代理軟件構造√快速、可靠的通訊系統(tǒng)

六〔1〕電力系統(tǒng)廣域丈量系統(tǒng)

√缺點分析脆弱性評價信息與傳感自愈戰(zhàn)略調度決策與調度GPS衛(wèi)星LEO衛(wèi)星因網(wǎng)特企業(yè)內部網(wǎng)電力系統(tǒng)廣域丈量系統(tǒng)〔2〕

同步相量丈量安裝丈量網(wǎng)絡節(jié)點〔母線〕正序電壓〔電流〕幅值和相角差的丈量，每個工頻周期丈量一次〔工頻50Hz,即0.02秒一次〕量丈量送到控制中心集中后就可獲得網(wǎng)絡形狀的延續(xù)圖譜運用：擾動記錄、缺點錄波、電力系統(tǒng)的形狀估計、靜態(tài)穩(wěn)定的監(jiān)視、暫態(tài)穩(wěn)定的預測及控制、自順應失步維護等電力系統(tǒng)廣域丈量系統(tǒng)〔3〕

━基于廣域丈量的自治電力系統(tǒng)穩(wěn)定器三層構造

基于模糊邏輯的參數(shù)SPSS阻尼環(huán)系統(tǒng)方式識別執(zhí)行機構/分配器信號預處置器動態(tài)電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)通訊管理層運轉層執(zhí)行層振蕩方式和回路安康診斷選擇和采樣信號阻尼信號要選擇的控制點噪聲負荷允許和參數(shù)整定六〔2〕自順應維護控制維護系統(tǒng)的可靠性定義包括兩個方面：可靠度和平安度可靠度是維護系統(tǒng)能在設計的一切條件下都能動作。一個可靠的維護系統(tǒng)保證它所規(guī)定的缺點都能被去除〔該動的都能動〕維護系統(tǒng)的平安度意味著對于沒有規(guī)定維護動作的系統(tǒng)事件它決不會動作?！膊辉搫拥亩疾粫印场Ｒ粋€平安的維護系統(tǒng)排除了誤跳閘的能夠性自順應維護控制〔續(xù)1〕SPID自順應維護戰(zhàn)略的主要思想：當系統(tǒng)的運轉形狀發(fā)生變化時，對所搜集的數(shù)據(jù)進展挑選和合理的組織，實時在線地快速重新計算維護設備的整定值以維持維護系統(tǒng)正常運轉，或者根據(jù)當時系統(tǒng)對可靠性和平安性要求的不同改動系統(tǒng)當前的運轉方式。和常規(guī)維護的區(qū)別就在于其整定值是經(jīng)過量測系統(tǒng)形狀來確定的，而常規(guī)維護的整定是假定電力系統(tǒng)存在于某種形狀下確定的。六〔3〕自順應自愈控制戰(zhàn)略自順應自愈研討的內容：利用脆弱性估計技術，對給定事故〔事故不局限于電力系統(tǒng)，也能夠是信息網(wǎng)或通訊網(wǎng)絡的缺點引起的〕進展嚴重性估計，確定電力系統(tǒng)擾動的嚴重程度電力系統(tǒng)自愈的想法就是當系統(tǒng)發(fā)生缺點時，自動快速地定位缺點并且采取相應的戰(zhàn)略隔離缺點，把受擾系統(tǒng)解列成幾個小的孤島使其暫時運轉在略微退化的程度，而整個系統(tǒng)的運轉情況在事件的影響得以消除后可以得到恢復。解析工具：常規(guī)的時域分析，基于人工智能〔AI〕的方法，如動態(tài)決策樹〔DDET〕等。自順應自愈控制戰(zhàn)略〔續(xù)1〕自愈控制戰(zhàn)略主要有以下兩種方式：〔1〕預防自愈方式：分析各種控制方案之間的相互作用和優(yōu)先級別為已告警的電力系統(tǒng)提供一種控制處理方案，它在擾動未發(fā)生時就經(jīng)過改動運轉條件將系統(tǒng)運轉點引入平安形狀，假設缺點真發(fā)生，那么力圖消除缺點或使其部分化，或使發(fā)生級聯(lián)停電的能夠性減到最小?！?〕校正/恢復自愈方式：由于維護動作或者預防自愈方式已采取措施，系統(tǒng)的一些部分將運轉在次最優(yōu)程度下，這種方式的主要義務是提供一種戰(zhàn)略使電力系統(tǒng)恢復到最優(yōu)的工況，提高系統(tǒng)運轉的效率。六〔4〕混雜多代理〔hybridMultiagent〕方式SPID采用分級、分層的混雜多代理系統(tǒng)，分散和耦合的智能硬件和軟件代理網(wǎng)絡，每一個代理是智能的，但各個代理的才干不能夠到達復雜大系統(tǒng)的全局目的，分布式、自治的和自順應的智能代理組〔多代理系統(tǒng)〕可以經(jīng)過自治的和代理的交互作用實現(xiàn)廣范圍控制方案，協(xié)同實現(xiàn)全局目的?；祀s多代理〔hybridMultiagent〕方式/協(xié)商層隱藏缺點監(jiān)視代理脆弱性估計代理事件/報警重構代理通訊代理事件/報警過濾代理方案/控制動作/制止信號協(xié)調層反響層制止信號發(fā)電機代理維護代理輸入/事件混雜多代理方式〔續(xù)〕√反響層在每一個部分子系統(tǒng)中都有，其義務是執(zhí)行預先方案好的動作方案，具備快速呼應的功能；√協(xié)調層，它利用智能推理技術辨識從反響層傳上來的跳閘事件中哪些是緊急的、重要的、或者是要付出更大控制代價的，假設某個跳閘事件超越了其門檻值，協(xié)調層將把這個跳閘事件交由更上面的協(xié)商層來處置，√協(xié)商層根據(jù)協(xié)調層提供的信息，利用本身建立的模型不斷地進展方案。脆弱性分析和自愈戰(zhàn)略的制定這樣一些比較高級的功能都由協(xié)商層來處理。混雜多代理方式〔續(xù)〕√協(xié)商層并不是隨時跟蹤當前的運轉情況，它已有的模型能夠會過期，因此，從協(xié)商層傳來的指令必需和當前的實踐模型進展合法性校驗。協(xié)調層在反響層和協(xié)商層之間不斷地比較模型，隨時更新協(xié)商層已有模型。并且校驗協(xié)商層下達指令的合法性，假設協(xié)商層下達的指令和實踐情況不相符，那么協(xié)調層就會敦促協(xié)商層修正指令?！虖姆错憣由蟼鹘o協(xié)商層的信息太多，而從協(xié)商層下達給反響層的指令又太籠統(tǒng)，協(xié)調層還有一個義務就是分析指令，將其解碼變?yōu)閷嵺`的控制信號，六〔5〕SPID系統(tǒng)中的軟件代理模塊1重構代理隱藏缺點監(jiān)控代理恢復代理指令解釋代理脆弱性識別代理事件識別代理事件/報警濾波代理缺點隔離代理維護代理電力系統(tǒng)控制發(fā)電機代理頻率穩(wěn)定代理規(guī)劃代理制止信號可靠性、魯棒性、自愈戰(zhàn)略自治、快速控制一致性模型更新代理SPID系統(tǒng)中的軟件模塊構造〔續(xù)〕SPID的軟件構造建立在多代理概念根底之上。以廣域全局脆弱性估計和確定自順應自愈戰(zhàn)略為其設計目的的、具有自順應協(xié)調才干的混合多代理系統(tǒng)。每一個代理是與其它代理獨立的，都要力圖到達本人的目的。代理之間有信息交換和資源共享的聯(lián)絡，各個代理一同協(xié)同運作到達全局目的提供了能夠。SPID系統(tǒng)中的軟件模塊構造SPID系統(tǒng)兩種類型軟件代理:認知代理━智能代理，它知道如何利用知識庫和系統(tǒng)相關信息去推理它應該完成什么義務，同時還具備和其他代理通訊的才干，這些代理大多數(shù)都處于最高層〔協(xié)商層〕中執(zhí)行代理〔反作用代理〕━是經(jīng)過整體協(xié)調方案進展相互協(xié)調完成其義務的，單個執(zhí)行代理本身并不具備智能推理，它主要是接納智能代理下達的指令去執(zhí)行相應的動作，執(zhí)行代理普通處于最底層〔執(zhí)行層〕中。他們任務在“剌激-呼應〞方式下，具有快的時間呼應代理所屬的層次劃分屬于協(xié)商層的包括：網(wǎng)絡重構代理、脆弱性評價代理、隱藏缺點監(jiān)視代理，事件辨識代理、規(guī)劃代理、恢復代理；屬于協(xié)調層的有：事件過濾與報警代理、模型晉級代理、命令解釋代理；屬于反響層的是：缺點隔離代理、頻率穩(wěn)定代理、維護代理和發(fā)電代理；六〔6〕SPID通訊系統(tǒng)構造1SPID主系統(tǒng)同步時鐘〔GPS〕因特網(wǎng)或帶網(wǎng)關的高速企業(yè)網(wǎng)專門通訊信道〔光纖/微波〕GPSSPID通訊系統(tǒng)構造〔續(xù)〕快速、可靠的通訊系統(tǒng)是SPID系統(tǒng)識別電力系統(tǒng)全局脆弱性運轉形狀和確定適宜的實時補救措施的根底條件不同層之間要進展通訊，同一層中的代理之間也需求交換它們的資源、信息和決策通訊不是程序間符號級(symbollevelprogram-toprogram)通訊，而是類似于人類交互作用的認知級〔knowledge-level〕通訊最高層為命令/控制中心層，往下是各電廠/變電站層，最底層為安裝及電力設備層SPID通訊系統(tǒng)構造〔續(xù)〕SPID通訊系統(tǒng)型功能包括：從不同的發(fā)電、輸電或配電站采集數(shù)據(jù)進展脆弱性分析；各個變電站之間的數(shù)據(jù)交換；不同變電站設備之間的數(shù)據(jù)交換和控制信號〔例如閉鎖信號〕；在一個變電站中設備之間的數(shù)據(jù)交換和控制信號；設備和控制中心的信息交換；現(xiàn)場人員和調度人員之間通訊；SPID通訊系統(tǒng)構造〔續(xù)〕從獨立系統(tǒng)運轉人員上獲取數(shù)據(jù)；從電力市場和天氣效力處獲取數(shù)據(jù)；通訊信道的可用性；脆弱性分析和補救措施用的數(shù)據(jù)庫；從設備監(jiān)控安裝處獲取數(shù)據(jù)〔如變壓器〕等。SPID通訊系統(tǒng)構造〔續(xù)〕由控制和補救措施要求添加的通訊要求：繼電維護整定值調理；隱藏缺點的監(jiān)控和分析；根據(jù)系統(tǒng)脆弱性分析甩負荷；線路的投切；發(fā)電機控制；靈敏交流輸電系統(tǒng)〔FACTS〕設備的控制等。七、SPID系統(tǒng)所面臨的技術挑戰(zhàn)

系統(tǒng)的學習和順應在一個動態(tài)環(huán)境下，要預告多代理系統(tǒng)在設計〔方案〕時辰和在它運用之前的特性是很困難的。換句話說，系統(tǒng)設計者也許必需預先知道未來環(huán)境的要求。然而大約不能夠預告全部組成部分的特性和與動態(tài)環(huán)境相互作用的多代理系統(tǒng)的詳細行為。SPID系統(tǒng)所面臨的技術挑戰(zhàn)〔續(xù)〕兩類學習：單個代理〔或孤立的〕的學習。單個代理〔或孤立的〕的學習適用于多代理系統(tǒng)，其中各代理的構造是一樣的。因此在一個代理中嵌入學習才干可獲得整個系統(tǒng)的學習才干。然而，SPID系統(tǒng)中的代理在不同的多代理系統(tǒng)中，各個代理的學習受交換的信息、共享的知識、及調理代理行為和相互作用的規(guī)那么的影響，是多代理〔或交互作用〕的學習。SPID系統(tǒng)所面臨的技術挑戰(zhàn)〔續(xù)〕代理的環(huán)境是動態(tài)的和不可預測的即使廣泛的仿真也不能保證代理組的魯棒性。在SPID系統(tǒng)中的代理需求智能和系統(tǒng)的學習方法以便經(jīng)過與動態(tài)環(huán)境的直接交互作用學會和更新它的決策才干。加強學習是一種具有強環(huán)境順應才干、可以自動進展目的定向學習和決策的計算方法。加強學習的優(yōu)點是代理可以不依賴經(jīng)典的監(jiān)控方式或復雜的環(huán)境模型。SPID系統(tǒng)所面臨的技術挑戰(zhàn)〔續(xù)〕復雜的交互作用系統(tǒng)的詳細模型和算法電力系統(tǒng)物理特性、市場功能、通訊和信息系統(tǒng)需求復雜和交互作用式模型，電力系統(tǒng)和電力市場模型根本建立，已有了電力系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)分析算法。但脆弱性估計用的通訊和信息系統(tǒng)模型需求開發(fā)和綜合。經(jīng)過多代理環(huán)境的脆弱性估計和綜合添加了算法的復雜性。SPID系統(tǒng)需求確定最有效決策過程的智能控制算法。SPID系統(tǒng)所面臨的技術挑戰(zhàn)〔續(xù)〕SPID系統(tǒng)的實時呼應SPID系統(tǒng)需求有適宜的呼應時間來配合其功能的完成，這里的呼應時間包括計算、通訊和控制等。級聯(lián)事件能夠