Resilience-Enhanced Strategy for Cyber-Physical Power System Under Extreme Natural Disasters

Tianhao LIU; Yuanzhen ZHU; Runjia SUN; Yutian LIU

doi:10.7500/AEPS20200430020

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Resilience-Enhanced Strategy for Cyber-Physical Power System Under Extreme Natural Disasters

Assessment and Enhancement of Cyber-Physical Resilience of Smart Grids | 更新时间：2025-06-16

- Resilience-Enhanced Strategy for Cyber-Physical Power System Under Extreme Natural Disasters
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 3, Pages: 40-48(2021)
- 作者机构：
  
  电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China;State Grid Corporation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200430020
  CLC：
- Received：30 April 2020，
  
  Revised：2020-08-19，
  
  Published Online：27 September 2020，
  
  Published：10 February 2021
- 稿件说明：
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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(3):40-48.

LIU Tianhao,ZHU Yuanzhen,SUN Runjia,et al.Resilience-Enhanced Strategy for Cyber-Physical Power System Under Extreme Natural Disasters[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(3):40-48.
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(3):40-48. DOI： 10.7500/AEPS20200430020.

LIU Tianhao,ZHU Yuanzhen,SUN Runjia,et al.Resilience-Enhanced Strategy for Cyber-Physical Power System Under Extreme Natural Disasters[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(3):40-48. DOI： 10.7500/AEPS20200430020.

摘要

电力系统在极端灾害下维持并恢复正常功能的能力取决于其韧性。考虑信息系统与电力系统的相互影响，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。首先，建立了电力信息物理系统的极端自然灾害防御框架，展示在信息物理环境下的决策控制技术。在此基础上，提出电网预防分区方法，在预测防护阶段依据故障概率和拓扑连通度进行电网分区。然后，提出支路有功调整方法，用于降低灾害抵御阶段线路开断导致的支路功率越限和系统失稳的风险。针对灾后恢复，提出信息系统和电力系统协同恢复方法，以恢复停电负荷和故障线路。修改的新英格兰测试系统仿真结果表明，所提策略能够有效降低灾害风险，加快信息物理系统的恢复进度。

Abstract

The ability of power systems to maintain and restore its functions under extreme disasters depends on their resilience. Considering the interaction between the cyber system and the power system

a resilience enhancement strategy for cyber-physical power system to cope with extreme natural disasters is proposed. Firstly

the defense framework of the cyber-physical power system for extreme natural disasters is established

and the decision control technology in the cyber-physical environment is demonstrated. On this basis

a preventive grid partition method is proposed

which is based on the fault probability and topological connectivity in the prediction and protection stage. Then

the adjustment method for active power of the branch is proposed to reduce the risk of power over limit and system instability caused by circuit breaking in the disaster prevention stage. For the post-disaster restoration

the collaborative restoration method for the cyber system and power system is proposed to restore the outage loads and fault lines. The simulation results of the modified New England test system show that the strategy can effectively reduce the disaster risk and accelerate the restoration of cyber-physical systems.

关键词

Keywords

references

陆佳政，蒋正龙，雷红才，等 . 湖南电网2008年冰灾事故分析［J］. 电力系统自动化， 2008 ， 32 （ 11 ）： 16 - 19 .

LU Jiazheng ， JIANG Zhenglong ， LEI Hongcai ， et al . Analysis of Hunan Power Grid ice disaster accident in 2008 ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2008 ， 32 （ 11 ）： 16 - 19 .

唐斯庆，张弥，李建设，等 . 海南电网“9·26”大面积停电事故的分析与总结［J］. 电力系统自动化， 2006 ， 30 （ 1 ）： 1 - 7 .

TANG Siqing ， ZHANG Mi ， LI Jianshe ， et al . Review of blackout in Hainan on September 26th—causes and recommendations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2006 ， 30 （ 1 ）： 1 - 7 .

WANG Y ， CHEN C ， WANG J ， et al . Research on resilience of power systems under natural disasters—a review ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 2 ）： 1604 - 1613 .

YU X ， XUE Y . Smart grids： a cyber-physical systems perspective ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2016 ， 104 （ 5 ）： 1058 - 1070 .

PANTELI M ， PICKERING C ， WILKINSON S ， et al . Power system resilience to extreme weather： fragility modeling， probabilistic impact assessment， and adaptation measures ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3747 - 3757 .

王泽斌，王松岩，陈莹，等 . 强台风环境下考虑微地形因素的输电通道结构安全概率评估方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 1 ）： 184 - 191 .

WANG Zebin ， WANG Songyan ， CHEN Ying ， et al . Safety probability assessment method considering micro-topography for transmission grid under strong typhoon environment ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 184 - 191 .

张恒旭，刘玉田 . 极端冰雪灾害对电力系统运行影响的综合评估［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 10 ）： 52 - 58 .

ZHANG Hengxu ， LIU Yutian . Comprehensive assessment of extreme ice disaster affecting power system operation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 10 ）： 52 - 28 .

PANTELI M ， TRAKAS D N ， MANCARELLA P ， et al . Boosting the power grid resilience to extreme weather events using defensive islanding ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2017 ， 7 （ 6 ）： 2913 - 2922 .

WATSON E B ， ETEMADI A H . Modeling electrical grid resilience under hurricane wind conditions with increased solar and wind power generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 929 - 937 .

薛禹胜，费圣英，卜凡强 . 极端外部灾害中的停电防御系统构思：（二）任务与展望［J］. 电力系统自动化， 2008 ， 32 （ 10 ）： 1 - 5 .

XUE Yusheng ， FEI Shengying ， BU Fanqiang . Upgrading the blackout defense scheme against extreme disasters： Part two tasks and prospects ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2008 ， 32 （ 10 ）： 1 - 5 .

PANTELI M ， MANCARELLA P ， TRAKAS D N ， et al . Metrics and quantification of operational and infrastructure resilience in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4732 - 4742 .

SUN R ， LIU Y ， ZHU H ， et al . A network reconfiguration approach for power system restoration based on preference-based multiobjective optimization ［J］. Applied Soft Computing Journal ， 2019 ， 83 ： 1 - 10 .

LIU Y ， FAN R ， TERZIJA V . Power system restoration： a literature review from 2006 to 2016 ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2016 ， 3 （ 4 ）： 332 - 341 .

LIN Z ， WEN F ， XUE Y . A restorative self-healing algorithm for transmission systems based on complex network theory ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 4 ）： 2154 - 2162 .

SUN R ， LIU Y ， WANG L . An online generator start-up algorithm for transmission system self-healing based on MCTS and sparse autoencoder ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2061 - 2070 .

赵俊华，文福拴，薛禹胜，等 . 电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 16 ）： 1 - 8 .

ZHAO Junhua ， WEN Fushuan ， XUE Yusheng ， et al . Modeling analysis and control research framework of cyber physical power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 16 ）： 1 - 8 .

陈柯任，文福拴，赵俊华，等 . 考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的脆弱性评估［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 12 ）： 67 - 72 .

CHEN Keren ， WEN Fushuan ， ZHAO Junhua ， et al . Vulnerability assessment of cyber-physical power system considering virtual cyber-physical connections ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 12 ）： 67 - 72 .

刘晟源，林振智，李金城，等 . 电力系统态势感知技术研究综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 229 - 239 .

LIU Shengyuan ， LIN Zhenzhi ， LI Jincheng ， et al . Review and prospect of situation awareness technologies of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 229 - 239 .

REN F ， ZHANG M ， SOETANTO D ， et al . Conceptual design of a multi-agent system for interconnected power systems restoration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 929 - 937 .

朱元振，刘玉田 . 基于深度学习直流闭锁判断的高风险连锁故障快速搜索［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 22 ）： 59 - 66 .

ZHU Yuanzhen ， LIU Yutian . Fast search for high-risk cascading failures based on deep learning DC blocking judgment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 22 ）： 59 - 66 .

刘玉田，孙润稼，王洪涛，等 . 人工智能在电力系统恢复中的应用综述［J］. 山东大学学报（工学版）， 2019 ， 49 （ 5 ）： 1 - 8 .

LIU Yutian ， SUN Runjia ， WANG Hongtao ， et al . Review on application of artificial intelligence in power system restoration ［J］. Journal of Shandong University （Engineering Science）， 2019 ， 49 （ 5 ）： 1 - 8 .

李常刚，李华瑞，刘玉田，等 . 大电网动态安全风险智能评估系统［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 22 ）： 67 - 75 .

LI Changgang ， LI Huarui ， LIU Yutian ， et al . Intelligent assessment system for dynamic security risk of large-scale power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 22 ）： 67 - 75 .

LU J ， GUO J ， JIAN Z ， et al . Resilience assessment and its enhancement in tackling adverse impact of ice disasters for power transmission systems ［J］. Energies ， 2018 ， 2272 ： 1 - 15 .

王建，熊小伏，梁允，等 . 地理气象相关的输电线路风险差异评价方法及指标［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1252 - 1259 .

WANG Jian ， XIONG Xiaofu ， LIANG Yun ， et al . Geographical and meteorological factor related transmission line risk difference assessment： method and indexes ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1252 - 1259 .

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