电力战略防御系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力战略防御系统,the Strategic Power Infrastructure Defense(SPID)System,电力系统研究所,周双喜,电力战略防御系统的几个问题,1电力系统脆弱性及其来源,2电力系统灾难性事故的一般历程,3继电保护的隐藏故障,4系统的脆弱性估计,5SPID系统的功能要求,6 SPID电力战略防御系统的关键技术,7 SPID御系统技术上的挑战,8工作设想,一、电力系统的脆弱性及其来来源,自然灾害,故意的人为作用,信息,决策,市场 通 信,网,络,内部,外部,电力系统的脆弱性vulnerability原因,自然灾害和气候条件,大的力系统元件故障,控制和保护系统故障,信息和通信系统故障,电力系统不稳定问题,人为的错误,不适宜/错误的系统模拟和估计,竞争的电力市场环境中的脆弱性,不能获得、综合和利用可靠的信息,二、电力系统灾难性事故的开展历程和控制措施,安全状态,边缘状态,不安全,不稳定,设备退出,故障,过多跳闸,解列,停电,安全措施,长期规划,广范围测量,保护和控制,自适应自愈,多代理构架,恢复策略,三、保护系统隐藏的故障 Hidden Failure,方向比较闭锁DCB,故障,A,B,DRB2,DRB1,DRA1,DRA2,四、系统脆弱性估计1,电力系统框架,信息和通信系统I，C,电力系统S,电力市场M，G，D,威胁或扰动,控制和保护系统P，K,人的代理H,脆弱性估计2,电力系统脆弱性定义：电力系统因人为因素、信息、计算软、硬件、通信、电力系统元件、以及保护或控制设备的事故而导致大范围停电的灾难性事故障有关，包括。这里人为的因素包括成心破坏、投切操作和运行中的过失、电力市场中的博弈等侵入到计算机、保护/控制网络。,采用包括风险概念的概率方法。要建立各个子系统的数学和逻辑模型以及子系统间相互作用的经验模型。,系统脆弱性估计3,风险计算的根本关系,Im:随机事件产生的效用，Xt:时段t预想事故运行条件。,E:表示求数学期望，Fi：随机事件。,系统在时段t可靠性风险指标其数值上等于在当前时段运行条件的情况下，下一个时段系统在所有可能出现的预想事故条件下的可靠性用货币来衡量时的期望平均值。,系统脆弱性估计4,风险评估体系4个主要局部：,事件识别,风险计算,快速网络分析,决策分析,五、电力战略防御系统功能要求,SPID期望功能：,能获取和说明广泛的来自不同源的实时信息；,能快速评估与灾难性事件有关的系统的脆弱性；,能使保护设备性能建立在系统全局估计的根底上；,能自动重构电力网络使系统的脆弱性最小；,能自动建立系统恢复方案使停电影响最小,SPID体系结构满足以下控制系统要求,多目标：各个代理可同时按各自目标、约束机制和来自更高层的仲裁方案采取措施。,多传感器：不是所有的传感器都要送到中央代理。然而，同一传感器的值可以由不同层使用。不同层可以处理某些形式的信息并利用其结果到达其自身的目标。,鲁棒性：多代理增加系统的鲁棒性。在增加较高层的时候，体系结构的较低层继续运行。,可扩展性：当系统需要增加新的层次时，每一个新增的层次可以独立运行而不受原有系统的约束。,六、SPID关键技术,建立在GPS/PMU根底上的电力系统广域相量测量技术,防范隐藏故障-自适应保护控制,自适应自愈策略,控制和分析的混合多代理框架,分层多代理软件结构,快速、可靠的通信系统,六1电力系统广域测量系统,故障分析,脆弱性评估,信息与传感,自愈策略,调度,决策与,调度,GPS卫星,LEO卫星,因网,特,企业内部网,电力系统广域测量系统2,同步相量测量装置测量网络节点母线正序电压电流幅值和相角差的测量，每个工频周期测量一次工频50Hz,即0.02秒一次,量测量送到控制中心集中后就可获得网络状态的连续图谱,应用：扰动记录、故障录波、电力系统的状态估计、静态稳定的监视、暂态稳定的预测及控制、自适应失步保护等,电力系统广域测量系统3基于广域测量的自治电力系统稳定器三层结构,基于模糊逻辑的参数,SPSS阻尼环 系统模式识别,执行机构/分配器 信号预处理器,动态电力系统,与其他系统通信,管理层,运行层,执行层,振荡模式,和回路,健康诊断,选择和采样信号,阻尼信号,要选择的控制点,噪声,负荷,允许和,参数整定,六2自适应保护控制,保护系统的可靠性定义包括两个方面：可靠度和平安度,可靠度是保护系统能在设计的所有条件下都能动作。一个可靠的保护系统保证它所规定的故障都能被去除该动的都能动,保护系统的平安度意味着对于没有规定保护动作的系统事件它决不会动作。不该动的都不会动。一个平安的保护系统排除了误跳闸的可能性,自适应保护控制续1,SPID自适应保护策略的主要思想：当系统的运行状态发生变化时，对所收集的数据进行筛选和合理的组织，实时在线地快速重新计算保护设备的整定值以维持保护系统正常运行，或者根据当时系统对可靠性和平安性要求的不同改变系统当前的运行方式。,和常规保护的区别就在于其整定值是通过量测系统状态来确定的，而常规保护的整定是假定电力系统存在于某种状态下确定的。,六3自适应自愈控制策略,自适应自愈研究的内容：利用脆弱性估计技术，对给定事故事故不局限于电力系统，也可能是信息网或通信网络的故障引起的进行严重性估计，确定电力系统扰动的严重程度,电力系统自愈的想法就是当系统发生故障时，自动快速地定位故障并且采取相应的策略隔离故障，把受扰系统解列成几个小的孤岛使其暂时运行在稍微退化的水平，而整个系统的运行状况在事件的影响得以消除后可以得到恢复。,解析工具：常规的时域分析，基于人工智能AI的方法，如动态决策树DDET等。,自适应自愈控制策略续1,自愈控制策略主要有以下两种模式：,1预防自愈模式：分析各种控制方案之间的相互作用和优先级别为已告警的电力系统提供一种控制解决方案，它在扰动未发生时就通过改变运行条件将系统运行点引入平安状态，如果故障真发生，那么力图消除故障或使其局部化，或使发生级联停电的可能性减到最小。,2校正/恢复自愈模式：由于保护动作或者预防自愈模式已采取措施，系统的一些局部将运行在次最优水平下，这种模式的主要任务是提供一种策略使电力系统恢复到最优的工况，提高系统运行的效率。,六4混杂多代理hybrid Multiagent模式,SPID采用分级、分层的混杂多代理系统，分散和耦合的智能硬件和软件代理网络，每一个代理是智能的，但各个代理的能力不可能到达复杂大系统的全局目标，分布式、自治的和自适应的智能代理组多代理系统可以通过自治的和代理的交互作用实现广范围控制方案，协同实现全局目标。,混杂多代理hybrid Multiagent模式,/,协商层,隐藏故障监视代理,脆弱性估计代理,事件/报警,重构代理,通信代理,事件/报警,过滤 代理,计划/控制,动作/禁止信号,协调层,反应层,禁止信号,发电机代理,保护代理,输入/事件,混杂多代理模式续,反响层在每一个局部子系统中都有，其任务是执行预先方案好的动作方案，具备快速响应的功能；,协调层，它利用智能推理技术辨识从反响层传上来的跳闸事件中哪些是紧急的、重要的、或者是要付出更大控制代价的，如果某个跳闸事件超过了其门槛值，协调层将把这个跳闸事件交由更上面的协商层来处理，,协商层根据协调层提供的信息，利用本身建立的模型不断地进行方案。,脆弱性分析和自愈策略的制定这样一些比较高级的功能都由协商层来解决。,混杂多代理模式续,协商层并不是随时跟踪当前的运行情况，它已有的模型可能会过期，因此，从协商层传来的指令必须和当前的实际模型进行合法性校验。协调层在反响层和协商层之间不断地比较模型，随时更新协商层已有模型。并且校验协商层下达指令的合法性，如果协商层下达的指令和实际情况不相符，那么协调层就会敦促协商层修改指令。,从反响层上传给协商层的信息太多，而从协商层下达给反响层的指令又太笼统，协调层还有一个任务就是分析指令，将其解码变为实际的控制信号，,六5SPID系统中的软件代理模块,1,重构代理,隐藏故障监控代理,恢复代理,指令解释代理,脆弱性识别代理,事件识别代理,事件/报警滤波代理,故障隔离代理,保护代理,电力系统控制,发电机代理,频率稳定代理,规划代理,禁止信号,可靠性、,鲁棒性、,自愈策略,自治、,快速控制,一致性,模型更新代理,SPID系统中的软件模块结构续,SPID的软件结构建立在多代理概念根底之上。以广域全局脆弱性估计和确定自适应自愈策略为其设计宗旨的、具有自适应协调能力的混合多代理系统。,每一个代理是与其它代理独立的，都要力图到达自己的目标。,代理之间有信息交换和资源共享的联系，各个代理一起协同运作到达全局目标提供了可能。,SPID系统中的软件模块结构,SPID系统两种类型软件代理:,认知代理智能代理，它知道如何利用知识库和系统相关信息去推理它应该完成什么任务，同时还具备和其他代理通信的能力，这些代理大多数都处于最高层协商层中,执行代理反作用代理是通过整体协调方案进行相互协调完成其任务的，单个执行代理本身并不具备智能推理，它主要是接收智能代理下达的指令去执行相应的动作，执行代理一般处于最底层执行层中。他们工作在“剌激-响应方式下，具有快的时间响应,代理所属的层次划分,属于协商层的包括：网络重构代理、脆弱性评估代理、隐藏故障监视代理，事件辨识代理、规划代理、恢复代理；,属于协调层的有：事件过滤与报警代理、模型升级代理、命令解释代理；,属于反响层的是：故障隔离代理、频率稳定代理、保护代理和发电代理；,六6SPID通信系统结构,1,SPID主系统,同步时钟（GPS）,因特网或带网关的高速企业网,专门通信信道（光纤/微波）,GPS,SPID通信系统结构续,快速、可靠的通信系统是SPID系统识别电力系统全局脆弱性运行状态和确定适宜的实时补救措施的根底条件,不同层之间要进行通信，同一层中的代理之间也需要交换它们的资源、信息和决策,通信不是程序间符号级(symbol level program-to program)通信，而是类似于人类交互作用的认知级knowledge-level通信,最高层为命令/控制中心层，往下是各电厂/变电站层，最底层为装置及电力设备层,SPID通信系统结构续,SPID通信系统型功能包括：,从不同的发电、输电或配电站采集数据进行脆弱性分析；,各个变电站之间的数据交换；,不同变电站设备之间的数据交换和控制信号例如闭锁信号；,在一个变电站中设备之间的数据交换和控制信号；,设备和控制中心的信息交换；,现场人员和调度人员之间通信；,SPID通信系统结构续,从独立系统运行人员上获取数据；,从电力市场和天气效劳处获取数据；,通信信道的可用性；,脆弱性分析和补救措施用的数据库；,从设备监控装置处获取数据如变压器等。,SPID通信系统结构续,由控制和补救措施要求增加的通信要求：,继电保护整定值调节；,隐藏故障的监控和分析；,根据系统脆弱性分析甩负荷；,线路的投切；,发电机控制；,灵活交流输电系统FACTS设备的控制等。,七、SPID系统所面临的技术挑战,系统的学习和适应,在一个动态环境下，要预报多代理系统在设计方案时刻和在它应用之前的特性是很困难的。换句话说，系统设计者也许必须预先知道未来环境的要求。然而大概不可能预报全部组成局部的特性和与动态环境相互作用的多代理系统的具体行为。,SPID系统所面临的技术挑战续,两类学习：单个代理或孤立的的学习。单个代理或孤立的的学习适用于多代理系统，其中各代理的结构是相同的。因此在一个代理中嵌入学习能力可获得整个系统的学习能力。,然而，SPID系统中的代理在不同的多代理系统中，各个代理的学习受交换的信息、共享的知识、及调节代理行为和相互作用的规那么的影响，,是多代理或交互作用的学习。,SPID系统所面临的技术挑战续,代理的环境是动态的和不可预测的,即使广泛的仿真也不能保证代理组的鲁棒性。在SPID系统中的代理需要智能和系统的学习方法以便通过与动态环境的直接交互作用学会和更新它的决策能力。加强学习是