智能变电站信息物理融合可靠性评估方法

陈洋荣; 李俊娥; 许昂; 袁凯; 刘开培; 倪明

doi:10.7500/AEPS20200316001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

智能变电站信息物理融合可靠性评估方法

智能电网的信息物理韧性评估与增强 | 更新时间：2025-06-16

- 智能变电站信息物理融合可靠性评估方法
- Reliability Evaluation Method for Smart Substation Based on Cyber-Physical Fusion
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第3期页码：102-110
- 作者机构：
  
  1.空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，武汉大学国家网络安全学院，湖北省武汉市 430072
  2.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
  3.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市 211106
  4.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
  5.智能电网保护和运行控制国家重点实验室，江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  陈洋荣(1989—)，女，博士研究生，主要研究方向：网络安全、电网信息物理系统。E-mail：yangrong_chen@whu.edu.cn
  李俊娥(1966—)，女，通信作者，教授，主要研究方向：网络安全、电网信息物理系统、电力工控安全。E-mail：jeli@whu.edu.cn
  许昂(1993—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电网信息物理系统。E-mail：catcherxa@163.com
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司科技项目(SGJSDK00KJJS1800315)
- DOI：10.7500/AEPS20200316001
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-03-16，
  
  修回日期：2020-06-07，
  
  网络出版日期：2020-08-11，
  
  纸质出版日期：2021-02-10
- 稿件说明：
移动端阅览
陈洋荣,李俊娥,许昂等.智能变电站信息物理融合可靠性评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(3):102-110.

CHEN Yangrong,LI Jun'e,XU Ang,et al.Reliability Evaluation Method for Smart Substation Based on Cyber-Physical Fusion[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(3):102-110.
陈洋荣,李俊娥,许昂等.智能变电站信息物理融合可靠性评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(3):102-110. DOI： 10.7500/AEPS20200316001.

CHEN Yangrong,LI Jun'e,XU Ang,et al.Reliability Evaluation Method for Smart Substation Based on Cyber-Physical Fusion[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(3):102-110. DOI： 10.7500/AEPS20200316001.

摘要

智能变电站具备信息物理融合系统特征，其可靠性评估应从信息物理系统视角展开。分析了智能变电站物理侧和信息侧的可靠性因素及其相互影响，提出了考虑设备重要度的二次设备可靠性指标和考虑传输数据可靠性的通信链路可靠性指标，并给出了设备重要度的层次分析模型；指出智能变电站可靠性评估应考虑电网扰动和复杂运行状态对量测信息正确性的影响，且信息侧及信息-物理交互影响对智能变电站可靠性影响的问题可以转换为测量和控制报文可靠性对断路器动作可靠性影响的分析问题，进而提出了考虑信息侧影响和信息-物理交互影响的断路器等效可靠性计算方法；在此基础上，给出了基于贝叶斯网络的智能变电站可靠性评估方法。最后，通过算例验证了文中方法的合理性。

Abstract

Smart substation has the characteristics of cyber-physical system (CPS). Thus its reliability evaluation should be conducted from the overall perspective of CPS. Firstly

reliability factors on the physical side and cyber side of smart substation

and the interaction between them are analyzed. The reliability index of the cyber equipment considering the equipment importance and the reliability index of communication links considering the reliability of the data transmission are proposed. Meanwhile

the analytic hierarchy process (AHP) model of the importance degree of cyber equipment is presented. Then

it is pointed out that the reliability evaluation of smart substation should consider the effect of power grid disturbance and complicated operation states on the correctness of measurement information. Moreover

the problem that the effect of the cyber side and cyber-physical interactions on the reliability of smart substations can be converted into the problem for analyzing the effect of measurement and control messages on circuit breaker (CB) operation. Finally

the equivalent reliability calculation methods of CB considering the effect of the cyber side and cyber-physical interactions are put forward. Based on this

the reliability evaluation method of smart substation based on Bayes network method is given

and the rationality of the proposed method is verified through the case study.

关键词

Keywords

references

李勇，陈雨，蔡晔，等 . 基于信息物理接口矩阵的IEC 61850变电站自动化系统可靠性分析［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 1 ）： 90 - 96 .

LI Yong ， CHEN Yu ， CAI Ye ， et al . Reliability analysis of IEC 61850 substation automation system based on cyber-physical interface matrix ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 90 - 96 .

陈来军，梅生伟，陈颖 . 智能电网信息安全及其对电力系统生存性的影响［J］. 控制理论与应用， 2012 ， 29 （ 2 ）： 240 - 244 .

CHEN Laijun ， MEI Shengwei ， CHEN Ying . Smart grid information security and its influence on power system survivability ［J］. Control Theory & Applications ， 2012 ， 29 （ 2 ）： 240 - 244 .

汤奕，陈倩，李梦雅，等 . 电力信息物理融合系统环境中的网络攻击研究综述［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 17 ）： 59 - 69 .

TANG Yi ， CHEN Qian ， LI Mengya ， et al . The research overview of network attack in cyber-physical system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 17 ）： 59 - 69 .

叶夏明 . 电力信息物理系统通信网络性能分析及网络安全评估［D］. 杭州：浙江大学， 2015 .

YE Xiaming . Performance analysis of communication networks and cyber security assessment of power systems ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2015 .

周勇，陈震海 . 华中（河南）电网/7.10事故分析与思考［J］. 湖南电力， 2008 ， 28 （ 3 ）： 28 - 31 .

ZHOU Yong ， CHEN Zhenhai . The analysis of 7.10/Central China （Henan） grid accident ［J］. Hunan Electric Power ， 2008 ， 28 （ 3 ）： 28 - 31 .

郭庆来，辛蜀骏，王剑辉，等 . 由乌克兰停电事件看信息能源系统综合安全评估［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 5 ）： 145 - 147 .

GUO Qinglai ， XIN Shujun ， WANG Jianhui ， et al . Comprehensive security assessment for cyber physical energy system： a lesson from Ukraine’s blackout ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 145 - 147 .

张跃丽 . 智能变电站二次系统可靠性及相关问题研究［D］. 上海：上海交通大学， 2013 .

ZHANG Yueli . The reliability and related issues of secondary system of intelligent substation ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2013 .

LEI Hangtian ， SINGH C ， SPRINTSON A ， et al . Reliability modeling and analysis of IEC 61850 based substation protection systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 5 ）： 2194 - 2202 .

TEN C W ， KOJI Y ， YANG Z Y ， et al . Impact assessment of hypothesized cyber attacks on interconnected bulk power systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 4405 - 4425 .

BALACHANDRAN T ， KAPOURCHALI M H ， SEPEHRY M ， et al . Reliability modeling considerations for emerging cyber-physical power systems ［C］// 2018 IEEE International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems （PMAPS）， June 24 - 28 ， 2018 ， Boise， USA： 324 - 330 .

Communication networks and systems in substations Part5： communication requirements for functions and device models ： DL/Z 860.5—2004/IEC 61850-5： 2003 ［S］. 2003 .

汤奕，韩啸，吴英俊，等 . 考虑通信系统影响的电力系统综合脆弱性评估［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 23 ）： 6066 - 6074 .

TANG Yi ， HAN Xiao ， WU Yingjun ， et al . Electric power system vulnerability assessment considering the influence of communication system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 23 ）： 6066 - 6074 .

赵焕臣 . 层次分析法［M］. 北京：科学出版社， 1986 .

ZHAO Huanchen . Analytic hierarchy process ［M］. Beijing ： Science Press ， 1986 .

杜栋 . 现代综合评价方法与案例精选［M］. 北京：清华大学出版社， 2008 .

DU Dong . Modern comprehensive evaluation methods and case selections ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2008 .

BAMDAD F ， FU Yong ， WU Lei . Reliability assessment of smart grid considering direct cyber-power interdependencies ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2012 ， 3 （ 3 ）： 1515 - 1524 .

LIU Shan ， SALMAN M ， DEEPA K ， et al . A framework for modeling cyber-physical switching attacks in smart grid ［J］. IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing ， 2013 ， 1 （ 2 ）： 273 - 285 .

ZHANG Yichi ， WANG Lingfeng ， SUN Weiqing . Trust system design optimization in smart grid network infrastructure ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2013 ， 4 （ 1 ）： 184 - 195 .

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 .

李振华 . 电子式互感器性能评价体系关键技术研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2014 .

LI Zhenhua . Research on the key techniques of performance evaluation system for electronic transformers ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2014 .

尹项根，张哲，王友怀，等 . 变压器间及其与电流互感器暂态交互作用分析和保护对策［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 23 ）： 1 - 9 .

YIN Xianggen ， ZHANG Zhe ， WANG Youhuai ， et al . Multiple transformers and CTs interactive effect and its impact on the protective relay ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 23 ）： 1 - 9 .

戚宣威 . 交直流电网复杂暂态过程及继电保护关键技术研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2016 .

QI Xuanwei . Studies on the complex transient and the key technology of relaying protection for AC/DC hybrid power grid ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2016 .

王家慧 . 基于故障暂态特征的交直流互联系统继电保护新原理研究［D］. 北京：华北电力大学， 2019 .

WANG Jiahui . Research on new principle of relay protection for AC/DC interconnect system based on fault transient characteristics ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2019 .

程林，何剑 . 电力系统可靠性原理和应用［M］. 北京：清华大学出版社， 2015 ： 356 - 358 .

CHENG Lin ， HE Jian . Power system reliability principle and application ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2015 ： 356 - 358 .

BRANT P . 变电站自动化［M］. 北京：中国电力出版社， 2009 ： 191 - 200 .

BRANT P . The automation of substations ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2009 ： 191 - 200 .

王同文，谢民，孙月琴 . 智能变电站继电保护系统可靠性分析［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 6 ）： 58 - 66 .

WANG Tongwen ， XIE Min ， SUN Yueqin . Analysis of reliability for relay protection systems in smart substation ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 6 ）： 58 - 66 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法

计及压缩空气储能的发输电系统可靠性评估

基于LSSVM的电-气区域综合能源系统短期可靠性评估

基于信息物理融合的微能源网统一调控架构及优化运行