融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法

卢俞帆; 刘念; 高舜安

doi:10.7500/AEPS20230422001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法
- Reliability Assessment Method for Distribution Network Incorporating Cyber-Physical-Social Factors
- 电力系统自动化 2024年48卷第3期页码：51-61
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.国网冀北电力有限公司，北京市 100054
- 作者简介：
  
  卢俞帆（1998—），女，博士研究生，主要研究方向：配电网可靠性与韧性。E-mail：yufanlu@ncepu.edu.cn
  刘念（1981—），男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：智能配用电、综合能源系统、信息物理系统等。E-mail：nianliu@ncepu.edu.cn
  高舜安（1964—），男，硕士，研究员级高级工程师，主要研究方向：电力系统运行分析。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2020YFF0305800)
- DOI：10.7500/AEPS20230422001
  中图分类号：
- 收稿：2023-04-22，
  
  修回：2023-08-06，
  
  网络出版：2024-01-12，
  
  纸质出版：2024-02-10
- 稿件说明：
移动端阅览
卢俞帆,刘念,高舜安.融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法[J].电力系统自动化,2024,48(3):51-61.

LU Yufan,LIU Nian,GAO Shun’an.Reliability Assessment Method for Distribution Network Incorporating Cyber-Physical-Social Factors[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):51-61.
卢俞帆,刘念,高舜安.融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法[J].电力系统自动化,2024,48(3):51-61. DOI： 10.7500/AEPS20230422001.

LU Yufan,LIU Nian,GAO Shun’an.Reliability Assessment Method for Distribution Network Incorporating Cyber-Physical-Social Factors[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):51-61. DOI： 10.7500/AEPS20230422001.

摘要

为分析重大社会活动中信息系统先进技术和社会系统应急保电措施对配电网可靠性的影响，文中提出融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法。首先，为分析信息物理社会系统的相互作用，构建了配电网可靠性的信息物理社会交互框架。然后，通过构建设备发展型和破坏型故障状态转移模型，量化了信息系统中缺陷诊断、风险预警技术作用周期以及社会系统中检修人员技术水平与设备故障率的关系。通过构建设备故障恢复时间模型，量化了信息系统中故障定位技术精度以及社会系统中交通路况、应急物资充裕度与设备故障恢复时间的关系。最后，为了验证框架和模型的有效性，文中建立了一个包含信息物理社会系统基本信息的测试系统。结果验证了信息、社会系统对配电物理系统可靠性的提升作用。

Abstract

This paper proposes a reliability evaluation method for the distribution network incorporating cyber-physical-social factors to analyze the influence of advanced technology in cyber systems and the emergency conservation measures in social systems in the major social events on the reliability of the distribution network. First

in order to analyze the interaction of cyber-physical-social systems (CPSS)

this paper constructs a CPSS interactive framework for distribution network reliability. Then

by constructing the equipment developmental and destructive fault state transition models

it quantifies the relationship between the defect diagnosis and action period of risk warning technology in the cyber system as well as the technical level of overhauling personnel and the equipment fault rate in the social system. By constructing the equipment fault recovery time model

it quantifies the relationship between the accuracy of fault location technology in the cyber system and the traffic road condition

the sufficiency of emergency supplies and the equipment fault recovery time in the social system. Finally

to verify the effectiveness of the framework and models

this paper establishes a test system containing the basic information of CPSS. The results validate the role of cyber and social systems in enhancing the reliability of the distribution physical systems.

关键词

Keywords

references

国家能源局 . 重大活动电力安全保障工作规定［EB/OL］.［ 2023-04-22 ］. http：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5522551.htm http://www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5522551.htm .

National Energy Administration . Regulations on electricity safety and security for major events ［EB/OL］. ［ 2023-04-22 ］. http：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5522551.htm http://www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5522551.htm .

刘念，余星火，王剑辉，等 . 泛在物联的配用电优化运行：信息物理社会系统的视角［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 1 - 12 .

LIU Nian ， YU Xinghuo ， WANG Jianhui ， et al . Optimal operation of power distribution and consumption system based on ubiquitous Internet of Things： a cyber-physical-social system perspective ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 1 - 12 .

XUE Y S ， YU X H . Beyond smart grid-cyber-physical-social system in energy future point of view ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 12 ）： 2290 - 2292 .

陈碧云，陆智，李滨 . 考虑故障处理过程信息系统连通性和准确性的配电网可靠性评估［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 2 ）： 742 - 750 .

CHEN Biyun ， LU Zhi ， LI Bin . Reliability assessment of distribution network considering connectivity and accuracy of information system in fault treatment process ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 742 - 750 .

HE R W ， YANG S H ， DENG J H ， et al . Reliability analyses of wide-area protection system considering cyber-physical system constraints ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 3458 - 3467 .

BALACHANDRAN T ， MANOHARAN A K ， ARAVINTHAN V ， et al . Component-level reliability evaluation model for cyber power devices ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 692 - 703 .

郑焕坤，吕婷婷，孙耀斌，等 . 考虑信息设备故障的综合能源信息物理系统可靠性分析［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 8 ）： 3078 - 3087 .

ZHENG Huankun ， LÜ Tingting ， SUN Yaobin ， et al . Reliability analysis of integrated energy cyber physical system considering information equipment failure ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 8 ）： 3078 - 3087 .

汪莞乔，苏剑，潘娟，等 . 虚拟电厂通信网络架构及关键技术研究展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 15 - 25 .

WANG Wanqiao ， SU Jian ， PAN Juan ， et al . Prospect of research on communication network architecture and key technologies for virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 15 - 25 .

麻秀范，孟祥玉，朱秋萍，等 . 计及通信负载的5G基站储能调控策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2878 - 2887 .

MA Xiufan ， MENG Xiangyu ， ZHU Qiuping ， et al . Control strategy of 5G base station energy storage considering communication load ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2878 - 2887 .

LIU W X ， LIN Z J ， WANG L F ， et al . Analytical reliability evaluation of active distribution systems considering information link failures ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 4167 - 4179 .

陈凡，史杰，刘海涛，等 . 考虑负荷重分配攻击和脆弱线路防御的发输电系统可靠性评估［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 65 - 72 .

CHEN Fan ， SHI Jie ， LIU Haitao ， et al . Reliability evaluation of power generation and transmission system considering load redistribution attack and defense of vulnerable line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 65 - 72 .

张璞，张波，王建，等 . 计及主设备时变状态的变电站短时风险评估方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 14 ）： 73 - 81 .

ZHANG Pu ， ZHANG Bo ， WANG Jian ， et al . Short-term risk assessment for a power substation considering the time-varying operation conditions of power equipment ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 14 ）： 73 - 81 .

项波，吴承骏，胡伟楠，等 . 综合考虑检修策略和设备健康指数的配电网可靠性评估［J］. 重庆大学学报， 2021 ， 44 （ 8 ）： 10 - 20 .

XIANG Bo ， WU Chengjun ， HU Weinan ， et al . Reliability evaluation of distribution networks considering maintenance strategies and equipment health indexes ［J］. Journal of Chongqing University ， 2021 ， 44 （ 8 ）： 10 - 20 .

李刚，李银强，王洪涛，等 . 电力设备健康管理知识图谱：基本概念、关键技术及研究进展［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 3 ）： 1 - 13 .

LI Gang ， LI Yinqiang ， WANG Hongtao ， et al . Knowledge graph of power equipment health management： basic concepts， key technologies and research progress ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 1 - 13 .

王建，吴昊，张博，等 . 不平衡样本下基于迁移学习-AlexNet的输电线路故障辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 182 - 191 .

WANG Jian ， WU Hao ， ZHANG Bo ， et al . Fault identification method for transmission line based on transfer learning-AlexNet with imbalanced samples ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 182 - 191 .

李鹏，毕建刚，于浩，等 . 变电设备智能传感与状态感知技术及应用［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 9 ）： 3097 - 3113 .

LI Peng ， BI Jiangang ， YU Hao ， et al . Technology and application of intelligent sensing and state sensing for transformation equipment ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 9 ）： 3097 - 3113 .

齐亮，王越 . 考虑运行可靠性的电力系统辅助调频控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 86 - 94 .

QI Liang ， WANG Yue . Auxiliary frequency regulation control of power system considering operational reliability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 86 - 94 .

LEE K W ， TILLMAN F A ， HIGGINS J J . A literature survey of the human reliability component in a man-machine system ［J］. IEEE Transactions on Reliability ， 1988 ， 37 （ 1 ）： 24 - 34 .

陈碧云，李欣桐，李滨，等 . 考虑人因风险的电力调度值班操作任务分配方法［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 21 ）： 156 - 162 .

CHEN Biyun ， LI Xintong ， LI Bin ， et al . Assignment method of power dispatching tasks considering human risk ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 21 ）： 156 - 162 .

陈超强，龚汉阳，张帝，等 . 计及设备信息的配电设备多组巡检路径优化策略［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 7 ）： 81 - 86 .

CHEN Chaoqiang ， GONG Hanyang ， ZHANG Di ， et al . Optimization strategy of multi-group inspection path of distribution equipment with equipment information included ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 7 ）： 81 - 86 .

胡志鹏，李忠魁，高峰，等 . 考虑时变故障率的架空输电线路最优巡检策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 1 ）： 9 - 17 .

HU Zhipeng ， LI Zhongkui ， GAO Feng ， et al . Research on optimal inspection strategy for overhead transmission line considering time-varying failure rate ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 1 ）： 9 - 17 .

杨志淳，沈煜，杨帆，等 . 周期及路径综合优化的配电设备巡检策略［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 4 ）： 1424 - 1433 .

YANG Zhichun ， SHEN Yu ， YANG Fan ， et al . Inspection strategy of distribution equipment for period and path comprehensive optimization ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 4 ）： 1424 - 1433 .

袁婧，周承科，周文俊，等 . 基于时间延迟理论的高压电缆巡检周期优化［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 5 ）： 1640 - 1648 .

YUAN Jing ， ZHOU Chengke ， ZHOU Wenjun ， et al . Maintenance scheduling for HV cable based on the delay-time concept ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 5 ）： 1640 - 1648 .

黄文鑫，吴军，郭子辉，等 . 台风灾害下电网韧性评估及差异化规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 84 - 91 .

HUANG Wenxin ， WU Jun ， GUO Zihui ， et al . Power grid resilience assessment and differentiated planning against typhoon disasters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 84 - 91 .

陈丽光，何绍洋，俞晓峰，等 . 考虑设备故障率时变特性的电网检修计划优化编制［J］. 智慧电力， 2020 ， 48 （ 12 ）： 109 - 115 .

CHEN Liguang ， HE Shaoyang ， YU Xiaofeng ， et al . Optimal formulation for power grid maintenance scheduling considering time-varying characteristics of equipment failure rate ［J］. Smart Power ， 2020 ， 48 （ 12 ）： 109 - 115 .

ARDABILI H A R ， HAGHIFAM M R ， ABEDI S M . A stochastic Markov model for maintenance scheduling in the presence of online monitoring system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 2831 - 2842 .

郭升，童晓阳 . 智能变电站线路保护系统检修周期的优化方法研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 2 ）： 484 - 495 .

GUO Sheng ， TONG Xiaoyang . Research on optimization method of maintenance period for transmission line protection system in smart substation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 484 - 495 .

李二霞，亢超群，李玉凌，等 . 基于设备状态评价和电网损失风险的配电网检修计划优化模型［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 11 ）： 3751 - 3759 .

LI Erxia ， KANG Chaoqun ， LI Yuling ， et al . Optimization model of distribution network maintenance plan based on equipment condition evaluation and grid loss risk ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 11 ）： 3751 - 3759 .

高松川，张吉明，胡博，等 . 大规模复杂中压配电网设备可靠性参数的精确建模及应用［J］. 南方电网技术， 2020 ， 14 （ 9 ）： 63 - 72 .

GAO Songchuan ， ZHANG Jiming ， HU Bo ， et al . Accurate modeling and application of equipment reliability parameters for large-scale complex distribution network ［J］. Southern Power System Technology ， 2020 ， 14 （ 9 ）： 63 - 72 .

郁琛，李尚轩，谢云云，等 . 考虑交通网与配电网信息融合的台风后配电网抢修策略优化［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 15 - 24 .

YU Chen ， LI Shangxuan ， XIE Yunyun ， et al . Optimization of post-typhoon rush repair strategy for distribution network considering information integration of traffic network and distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 15 - 24 .

马钊，周莉梅，袁海文，等 . 现代配电网健康指数理论及其应用研究［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 130 - 140 .

MA Zhao ， ZHOU Limei ， YUAN Haiwen ， et al . Health index methodology of modern distribution network and its application ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 130 - 140 .

CHRISTER A H . Developments in delay time analysis for modelling plant maintenance ［J］. Journal of the Operational Research Society ， 1999 ， 50 （ 11 ）： 1120 - 1137 .

配电网设备状态评价导则： Q/GDW 645—2011 ［S］. 北京：中国电力出版社， 2011 .

Guidelines of condition assessment for electric distribution network equipments ： Q/GDW 645—2011 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2011 .

BILLINTON R ， ALLAN R N . Reliability evaluation of engineering systems： concepts and techniques ［M］. 2nd ed . New York， USA ： Plenum Press ， 1992 .

方健，林翔，王红斌，等 . 基于综合故障率的配电网实时风险评估［J］. 重庆大学学报， 2021 ， 44 （ 8 ）： 31 - 44 .

FANG Jian ， LIN Xiang ， WANG Hongbin ， et al . Real-time risk assessment of distribution network based on comprehensive failure rate ［J］. Journal of Chongqing University ， 2021 ， 44 （ 8 ）： 31 - 44 .

张宁，马国明，关永刚，等 . 全景信息感知及智慧电网［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1274 - 1283 .

ZHANG Ning ， MA Guoming ， GUAN Yonggang ， et al . Panoramic information perception and intelligent grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1274 - 1283 .

林浩，李雷孝，王慧，等 . 基于相关向量机和模糊综合评价的路况预测模型［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2021 ， 55 （ 6 ）： 1072 - 1082 .

LIN Hao ， LI Leixiao ， WANG Hui ， et al . Model based on relevance vector machine and fuzzy comprehensive evaluation for road condition prediction ［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2021 ， 55 （ 6 ）： 1072 - 1082 .

CHEN L D ， LI Y ， CHEN Y B ， et al . Emergency resources scheduling in distribution system： from cyber-physical-social system perspective ［J］. Electric Power Systems Research ， 2022 ， 210 ： 108114 .

BILLINTON R ， JONNAVITHULA S . A test system for teaching overall power system reliability assessment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1996 ， 11 （ 4 ）： 1670 - 1676 .

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

考虑容量及电压约束的配电网可靠性评估前推故障扩散法

基于系统状态转移抽样的含分布式电源配电网可靠性评估

含分布式电源区域节点的配电网模型和可靠性计算