考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究.pdf

第４１卷第７期２０１３年４月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．４１ＮＯ．７Ａｐｒ．１，２０１３考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究俞斌，郭创新，王越，张理（浙江大学电气工程学院，浙江杭州３１００２７）摘要：将电力信息系统对电力一次系统的作用形式分为直接作用和间接作用，并研究了直接作用类型对电力系统可靠性的影响。提出了由信息系统功能、一次系统元件及信息一电力作用关系组成的系统可靠性模型。给出了断路器控制和变压器控制两类信息系统功能可靠性模型和考虑信息系统功能作用的断路器和变压器可靠性计算方法。在此基础上，基于非序贯蒙特卡罗仿真方法，提出了考虑信息系统作用的电力系统可靠性评估算法。最后，通过对ＲＢＴＳ改进系统的仿真分析，以系统负荷削减概率（ＬｏｓＳｏｆｌｏａｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ＬＯＬＰ）和期望失负荷量（Ｅｘｐｅｃｔｅｄｅｎｅｒｇｙｎｏｔｓｕｐｐｌｌｅｄ，ＥＥＮＳ）为可靠性指标，分析了不同结构和冗余程度的信息系统对系统可靠性的影响。算例结果表明，信息系统作用对电力系统可靠性影响显著，不同结构的信息系统对电力系统可靠性影响存在较大差别。关键词：信息系统；信息一电力作用关系；一次系统；可靠性；蒙特卡罗ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＹＵＢｉｎ，ＧＵＯＣｈｕａｎｇ－ｘｉｎ，ＷＡＮＧＹｕｅ，ＺＨＡＮＧＬｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈ￣ｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｐｏｗｅｒｐｒｉｍａｒｙｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｔｙｐｅｓ：ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｍｐａｃｔａｎｄｔｈｅｉｎｄｉｒｅｃｔｉｍｐａｃｔ，ａｎｄｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｍｐａｃｔｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ａｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒｐｒｉｍａｒｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｃｙｂｅｒ－ｐｏｗｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｍｏｄｅｌｓｏｆｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎ，ａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｓｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｎｏｎ・ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄＲＢＴＳｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｇｒｅｅｓｏｆｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｔｈｅｂｕｉｌｔｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｏｎｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅｇｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５１１７７１４３）；ＤｏｃｔｏｒａｔｅＦｕｎｄｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ（２００９０１０１１１００５８）；ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ（ＬＺ１２Ｅ０７００２）．‘Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｃｙｂｅｒ－ｐｏｗｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ；ｐｏｗｅｒｐｒｉｍａｒｙｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｌｉａｂｉｌｌｔｙ，ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ中图分类号：ＴＭ７１文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１３）０７－０００７０７０引言随着新的信息和计算机技术不断被应用于电力系统的各个方面，电力系统正成为一个融合电力、信息及通信网络的复杂大系统。信息电力融合系统（Ｃｙｂｅｒ－ｐｈｙｓｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ＣＰＰＳ）＿、能源信息融合系统（Ｅｎｅｒｇｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ＥＩＳ）基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７７１４３）；教育部博士点基金资助项目（２００９０１０１１１００５８）；浙江省自然科学基金资助项目（ＬＺ１２Ｅ０７００２）等概念也被提出以体现电力系统这种新的特点。信息因素的引入，带来电力系统运行效率提高的同时也对电力系统可靠性造成影响。文献【１】指出信息和电力融合背景下的电网安全性和可靠性是非常值得关注的问题。文献［４ＩＮ认为误操作和信息系统的失效是造成美加大停电的主要因素，并指出今后电力可靠性研究应该更加关注越来越复杂的信息系统对电力系统的影响。当前，信息系统与电力系统已密不可分，研究信息系统作用下的电力系统可靠性显得十分必要。长期以来，与电力系统可靠性相关的研究大多电力系统保护与控制将一次系统和信息系统分开进行分析Ｌ５Ｊ，目前只有少数学者对考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究进行了初步探索。文献［２］建立了系统状态表描述信息．电力融合系统状态，得到系统故障状态集，并计算故障状态下的系统可靠性指标。但对信息系统作用方式考虑比较简单，建立的系统故障状态集不够全面。文献［１０］研究了变电站自动化系统（Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ＳＡＳ）对变电站运行可靠性的影响，采用可靠性框图方法建立ＳＡＳ硬件模型，采用事件树方法分析ＳＡＳ自动倒闸操作的可靠性，并以自动倒闸操作的完成情况来衡量ＳＡＳ对变电站运行可靠性的影响。文献［１１］将电力信息系统分为数据采集、通信、处理和展现等部分，采用序贯蒙特卡罗仿真对报警故障、数据共享不足等信息系统故障对电力系统的影响做了分析。本文将信息系统对一次系统的作用类型分为直接作用和间接作用，并研究了直接作用类型中的断路器控制功能和变压器控制功能对一次系统可靠性的影响。建立了上述两类信息功能的可靠性模型，并给出了考虑信息系统作用的断路器和变压器可靠性计算方法，通过非序贯蒙特卡罗仿真，定量评估信息系统作用下的电力系统可靠性。通过对ＲＢＴＳ改进系统的仿真，分析了不同结构和冗余程度的信息系统对电力系统可靠性的影响，以及不同的电力系统区域受信息系统作用的影响的区别。从而指出电力信息系统的薄弱环节，有利于信息系统的设计和运维，提高整体电力系统的可靠性。１信息系统对一次系统的作用类型信息系统对一次系统的作用可分为两类：１）直接作用类型。指信息系统所完成的功能直接作用于一次系统或一次设备，这类信息系统功能发生故障，将直接导致一次系统或一次设备的故障或不能正常工作。￣ＮＳＡＳ系统中断路器控制功能对断路器的作用就属于直接作用类型。２）间接作用类型。指信息系统所完成的功能不直接作用于一次系统或一次设备，这类信息系统功能发生故障不会直接导致一次系统或设备故障，但可能影响其性能，从而增加电力系统的不稳定性。￣ＯＳＣＡＤＡ系统中的越限报警功能，越限报警功能的故障并不直接导致一次系统故障，但会增加一次系统的运行风险。本文主要针对信息系统对一次系统的直接作用类型，研究其对电力系统可靠性的影响。２考虑信息系统作用的一次系统可靠性模型考虑信息系统作用的一次系统可靠性模型需要包含以下几个部分。信息系统功能（Ｆ）：一个电力信息系统往往执行一次系统运行所需的多种任务，将这些信息系统执行的任务称为信息系统功能。￣ＨＳＡＳ中完成断路器开合动作的断路器控制功能。一次系统元件（Ｄ）：表示电力一次系统中的各个设备。如断路器，变压器，隔离开关等。信息一电力作用关系（Ｒ）：式（１）所示的信息．电力作用关系表示信息系统功能Ｆ对一次系统元件Ｄ有直接作用关系，即若Ｆ故障，则Ｊ［）也不能正常工作。Ｒ＝（Ｆ：Ｄ）（１）式（１）适当简化了信息．电力相互作用关系。实际系统中作用形式可能更多，如断路器故障有拒动和误动之分，误动又可分为机械误动和信号误动，机械误动是断路器自身的故障，如设备老化、制造缺陷等，信号误动则为信息系统功能缺陷引起的故障。可以认为这两种缺陷引发的一次设备停运相互独立，为简化起见，本文不区分误动和拒动等较为复杂的作用形式，统一认定为故障。因此，考虑信息系统作用的电力系统可靠性模型可用图的串联模型Ｌｌ２Ｊ表示（图１）。信息，电力图１考虑信息系统作用的电力系统可靠性模型Ｆｉｇ１Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｍｐａｃｔｓ２．１信息系统功能可靠性模型信息系统功能由设备、软件及它们之间的信息交互共同完成，其可靠性受设备、软件和通信信道的可靠性影响，且与通信网络拓扑有关。为更好地描述信息系统功能可靠性模型，做如下定义：逻辑节点：信息系统功能中执行电网运行所需任务的最小部分（软硬件），为二次设备、电力软件等的整体或部分的行为和方法的抽象。如将ＳＡＳ中负责采集电流、电压量的智能电子设备（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ，ＩＥＤ）抽象为电流互感器逻辑节点和电压互感器逻辑节点。逻辑连接：两个逻辑节点之间的通信链路，其可以视为对通信信道和通信设备的抽象。考虑实际运行中，不同信息系统功能对电力系统的影响不同，本文主要分析影响断路器和变压器俞斌，等考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究．９．这两种重要一次设备的信息系统功能：断路器控制功能和变压器控制功能。断路器控制功能可分为三类：断路器操作功能、保护功能和重合闸功能。变压器控制功能主要为变压器分接头控制功能。依据相关电力规程，对以上功能建立由逻辑节点和逻辑连接组成的可靠性模型，见图２～图５，图中矩形框为逻辑节点，实线箭头为逻辑连接，逻辑节点描述见表１。１）断路器操作功能固褪匡作用关系图２断路器操作功能的可靠性模型Ｆｉｇ．２Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ２）保护功能—巨卜圈圃作用关系图３保护功能的可靠性模型Ｆｉｇ．３Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ３）重合闸功能区卜哐镯回作用关系图４重合闸功能的可靠性模型Ｆｉｇ．４Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｒｅｃｌｏｓｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ４）变压器分接头控制功能卜＿＿龟圈信息一电力作用关系图５变压器分接头控制功能的可靠性模型Ｆｉｇ．５Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｔａｐｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎ表１逻辑节点描述Ｔａｂｌｅ１Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｇｉｃａｌｎｏｄｅｓ逻辑节点名称逻辑节点描述人机接口实现电网控制人员的操控命令的接收和下发通过计算和处理，实现一次系统故障检测和一一判断，如过电流保护，距离保护等保证断路器和隔离开关的开闭符合相关动作闭锁延时逻辑和时序重合闸实现保护动作后的断路器重合断路器控制实现断路器开合的控制变压器分接头控制实现变压器分接头调节等功能如不考虑冗余配置，可以认为，功能的任何一个逻辑节点或逻辑连接故障时该功能即失效。因此，功能的可用率计算为＝兀兀（２）ｉ＝１式中：、为功能的逻辑节点和逻辑连接的可用率；ｎ、ｍ为逻辑节点和逻辑连接数量。２．２考虑信息系统作用的一次系统元件可靠性模型任何一类断路器控制功能失效，都可认为断路器不能正常工作。用表示三类断路器控制功能的综合可用率，实际系统中这三类功能存在逻辑节点和逻辑连接的重用，所以计算为＝ｎｎ（３）式中：。，，分别为断路器操作功能、保护功能和重合闸功能的可用率。由信息．电力作用关系定义可知，考虑信息系统’功能作用后断路器的可用率计算为ｒ＝ｒ×（４）式中，为不考虑信息系统功能作用的断路器可用率。同理，可以得到考虑信息系统功能作用后变压器的可用率计算公式为＝４ｒ×（５）式中：为不考虑信息系统作用的变压器可用率；为变压器分接头控制功能可用率。３基于非序贯蒙特卡罗仿真方法的可靠性分析３．１可靠性指标以系统负荷削减概率（Ｌｏｓｓｏｆｌｏａｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ＬＯＬＰ）和期望失负荷量（Ｅｘｐｅｃｔｅｄｅｎｅｒｇｙｎｏｔｓｕｐｐｌｉｅｄ，ＥＥＮＳ）作为可靠性指标。∑ＬＯＬＰＰｉｆ６∈ｆ式中：为系统所有负荷削减状态的集合；ｐ为系统在状态ｉ的概率。ＥＥＮＳ＝ｒ７１式中，为系统在状态ｉ的负荷削减量。３．２最优负荷削减计算模型为计算系统可靠性指标，需求解每个负荷削减状态的最优负荷削减方案，采用非线性规划模型［作为最优负荷削减计算模型：一１Ｏ．电力系统保护与控制∑ｍｉｎ（一）ｉ＝１∑（ｃｏｓ００．＋ｂＵｓｉｎ００．）＋Ｐｔｉ一＝０，＝ｌ∑（岛ｃｏｓｔ？Ｕ一ｓｉｎ）＋一Ｑｇｆ＝０＝１／Ｑ，＝ＰｄｆＱｄｉ０，０ｆｍｉｎｉｆ≤≤ＰｇｉｍａｘＯｇ，ｉｎｆＱｇｆａｘ（８）（１０）（１１）（１２）（１３）（１４）＋一，＋（１５）其中：式（９）、式（１０）为有功、无功约束；式（１１）为功率因素约束；式（１２）为实际负荷量约束；式（１３）为节点电压约束；式（１４）为发电机有功、无功约束；式（１５）为输电线容量约束；ｎ为系统节点数；、为负荷削减前后节点ｉ的负荷有功；、Ｑ＝『为负荷削减前后节点ｆ的负荷无功；、、为发电机ｆ的有功及其上下限；、、为发电机ｆ的无功及其上下限；、一、为节点ｉ的电压幅值及其上下限；为支路｛，的视在功率容量。３．３基于非序贯蒙特卡罗仿真方法的可靠性分析步骤基于非序贯蒙特卡罗仿真方法Ｌｌ的考虑信息系统作用的电力系统可靠性评估流程如图６所示，主要包含以下步骤。厂丽蕊非序贯蒙特号罗抽样，得到信息系统元件状态，求取信息系统功能状态非序贯蒙特卡罗抽样，得到＿次系统元件状态篇＝兰］■—二二二二二一以非线性规划模型求取当前系统状态Ｆ的系统负衙削减爨ＥＮＳ＜墨箩是图６基于非序贯蒙特卡罗仿真方法的可靠性分析流程Ｆｉｇ．６Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｏｎ－ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ１）根据信息系统元件的故障率和修复率对信息系统元件进行非序贯蒙特卡罗抽样，依据信息系统功能可靠性模型得到信息系统功能状态。２）根据一次系统元件的故障率和修复率对一次系统元件进行非序贯蒙特卡罗抽样，得到一次系统元件状态。３）判断一次系统元件是否存在信息一电力作用关系，若是，计算考虑信息系统功能作用的一次系统元件状态，若否，保持一次系统元件状态不变，从而得到最终的一次系统元件状态集。４）采用非线性规划模型分析抽样得到的系统状态下的系统负荷削减情况ＥＮＳ。５）判断ＥＮＳ方差系数是否满足条件，若否，则重复进行步骤１）～步骤４）步；若是，则执行下一步。６）计算系统可靠性指标ＬＯＬＰ和ＥＥＮＳ。４算例与分析４．１仿真系统及参数本文在Ｍａｔｌａｂ上编程实现了基于非序贯蒙特卡罗仿真方法的考虑信息系统作用的电力系统可靠性评估算法，并对图７所示的测试系统进行了可靠性评估。该测试系统由ＲＢＴＳ系统改进而来，虚线以下为一次系统单线图，虚线以上为控制该一次系统的信息系统。假设该电力系统被分为６个子控制区域，由信息系统中相应的区域控制单元控制，区域控制单元通过总线型以太网互联，并受监控主机控制。各个区域控制单元内分布着完成相应信息系统功能的ＩＥＤ。如区域控制单元１内分布着与７个断路器和４个变压器控制相关的ＩＥＤ，如图８所示。一次系统元图７ＲＢＴＳ改进系统及其信息系统Ｆｉｇ．７ＩｍｐｒｏｖｅｄＲＢＴＳｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ俞斌，等考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究．１１．件考虑输电线路、变压器、断路器、发电机，其可靠性及负荷等参数见文献［１５］。信息系统元件考虑监控主机、交换机、ＩＥＤ和通信线路，其可靠性数—据参考文献［１６１７］，具体参数见表２。变压ｌｌ变压器分１．．．１器分接头ｌｌ接头调节ｌｌ调节……ｌ萋Ｉ｝ｌｌ喜Ｉ．．．１１季ｌＪ套图８区域控制单元１内ＩＥＤ分布Ｆｉｇ．８ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＩＥＤｓｉｎａｒｅａｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ１表２信息系统元件可靠・陛数据Ｔａｂｌｅ２Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｄａｔａｏｆｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ４．２算例结果分析为分析不同通信网络结构和冗余程度的信息系统对电力系统可靠性的影响，算例分五种情况。Ｃａｓｅｌ：不考虑信息系统功能失效，只考虑一次系统元件失效。Ｃａｓｅ２：总线型通信网络，同时考虑信息系统功能失效和一次系统元件失效。Ｃａｓｅ３：环型通信网络，见图９，同时考虑信息系统功能失效和一次系统元件失效。Ｃａｓｅ４：星型通信网络，见图１０，同时考虑信息系统功能失效和一次系统元件失效。Ｃａｓｅ５：冗余星型通信网络，见图１１，同时考虑信息系统功能失效和一次系统元件失效。对上述五种情况分别进行系统可靠性指标计算，结果见表３。Ｃａｓｅ１￣Ｉ］Ｃａｓｅ２结果表明，考虑信息系统作用情况下电力系统可靠性指标ＥＥＮＳ和ＬＯＬＰ分别上升了６７．９ｌ％和２１．２３％，上升幅度较大，说明信息系统对电力系统可靠性影响十分显著。Ｃａｓｅ２￥ＨＣａｓｅ３结果表明，同样的信息系统元件下，环型通信网络结构相对总线型结构能提高整体电力系统的可靠性。Ｃａｓｅ４￥ＮＣａｓｅ５结果说明配置信息系统冗余能够提高整体系统可靠性；但Ｃａｓｅ５冗余星型结构相ＬＬＣａｓｅ２环型结构，系统可靠性提升不明显，说明配置冗余设备的同时还需要考虑最佳的通信网络结构，另外信息系统元件的增多和结构复杂可能对整体电力系统可靠性造成负面效果。图９环型通信网络Ｆｉｇ．９Ｒｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ图１０星型通信网络Ｆｉｇ．１０Ｓｔａｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ图１１冗余星型通信网络Ｆｉｇ．１１Ｒｅｄｕｎｄａｎｔｓｔａｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ表３可靠性计算结果Ｔａｂｌｅ３Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃａｓｅｓ４．３灵敏度分析灵敏度分析主要采用改变故障率系数的方法，即保持其他元件故障率不变，改变某个或某类元件的故障率系数，再计算系统可靠性指标。本文分别对监控主机、交换机、通信线路￣ＨＩＥＤ四类信息系统元件进行分析。在Ｃａｓｅ２的情况下分别改变不同类．１２．电力系统保护与控制型信息元件的故障率系数ｋ，系统可靠性指标变化情况如图１２。图１２不同信息系统元件灵敏度分析Ｆｉｇ．１２Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ图１２表明，在总线型通信网络下，电力系统可靠性对不同类型的信息系统元件敏感程度不同。对系统可靠性影响程度由大到小依次为ＩＥＤ、交换机、监控主机、通信线路，并且对ＩＥＤ故障率的敏感程度大大超过其他三类元件。图１３为总线型通信网络对交换机的灵敏度曲线。可以看出，改变不同交换机的故障率系数ｋ时，系统负荷削减概率ＬＯＬＰ变化区别不明显，但期望失负荷量ＥＥＮＳ变化区别较大。图１３（ａ）说明交换机１对系统可靠性影响最大，因其处于总线型通信网络的关键节点位置；而交换机２与交换机１对ＥＥＮＳ影响差别不大，因为两者都位于系统关键节点，两者失效将导致区域１和区域２的发电机无法并网；交换机３和交换机４的曲线的差别较为明显，主要是因为区域３中的负荷容量是区域２的２．１２５倍，如果失效丢失负荷容量必定更大。以上结果表明不同重要程度的电力系统区域受信息系统影响是不同的，对系统可靠性影响较大的区域应该选用更为可靠的信息系统元件。喜差誊０１００２００３００４００５００６００７００８００９００ｌ０００故障率系数ｋ（ａ）故障率系数ｋ（ｂ）图１３交换机灵敏度分析Ｆｉｇ．１３Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｗｉｔｃｈｅｓ５结论与展望本文对考虑信息系统作用的电力系统可靠性进行了如下几个方面的研究：１）分析了信息系统对一次系统的形式，建立了断路器控制功能和变压器控制功能两种信息功能可靠性模型，在此基础上给出了考虑信息功能作用的断路器和变压器可靠性计算方法。２）以ＥＥＮＳ和ＬＯＬＰ为系统可靠性指标，提出了基于非序贯蒙特卡罗仿真方法的考虑信息系统作用的电力系统可靠性评估算法，并对改进的ＲＢＴＳ测试系统进行了可靠性评估。３）测试算例结果表明，考虑信息系统作用时，电力系统可靠性出现了较为明显的下降；不同通信网络结构和信息系统元件数对电力系统可靠性影响存在较大差别；信息系统冗余配置能提高系统可靠性，但是不当的通信网络结构和元件配置可能抵消冗余配置所带来的好处；不同重要程度的电力系统区域对受信息系统影响不同。研究结果能为电力信息系统的设计、部署和维护等提供较好的分析和参考作用，从而提高电力系统整体可靠性。本文主要对信息系统对一次系统直接作用中比较典型的信息系统功能做了研究，更为复杂的直接作用信息系统功能和间接作用类型将是下一步研８６４２Ｏ８６４２Ｏ一舞。厂ｑ富暑一＼善挺水酬蹂９８７６５４３２ｌ０ＯＯ００ＯＯＯＯＯ０俞斌，等考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究．１３．究重点。参考文献［１］赵俊华，文福拴，薛禹胜，等．电力ＣＰＳ的架构及其实现技术与挑战［Ｊ］．电力系统自动化，２０１０，３５（１６）：１－７．ⅥＺＨＡ０Ｊｕｎ－ｈｕａ．ＮＦｕ．ｓｈｕａｎ，ＸＵＥＹ＿ｕ－ｓｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ｃｙｂｅｒｐｈｙｓｉｃａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ：ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ］Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１０，３５（１６）：１．７．［２］ＦａｌａｈａｔｉＢ，ＦｕＷｕＬ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｍａｒｔ鲥ｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｒｅｃｔｃｙｂｅｒ－ｐｏｗｅｒｉｎｔｅｒｄｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ—ＴｒａｎｓｏｎＳｍａｒｔＧｒｉｄ，２０１２，３（３）：１５１５１５２４．［３］ＰｅａｒｓｏｎＩＬＧ．ＳｍａｒｔｇｒｉｄｃｙｂｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｆｏｒＥｕｒｏｐｅ］Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＰｏｌｉｃｙ，２０１１，３９（９）：５２１１－５２１８．—［４］ＵＳ－ＣａｎａｄａＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＯｕｔａｇｅＴａｓｋＦｏｒｃｅ．ＵＳＣａｎａｄａｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｕｔａｇｅｔａｓｋｆｏｒｃｅｆｉｎａｌｒｅｐｏｒｔｏｎｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔａｓｋｆｏｒｃｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ『Ｒ］．２００６．［５］黄殿勋，张文，郭萍，等．发输电系统可靠性评估的蒙特卡洛改进算法［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２１、：１７９．１８３．ⅥＨＵＡＮＧＤｉａｎ．ｘｕｎ，ＺＨＡＮＧ，ｅｎ，ＧＵＯＰｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｍｏｎｔｅｃａｒｌｏｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａ［ｕａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ１．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２１）：１７９．１８３．［６］王秀丽，罗沙，谢绍宇，等．基于最小割集的含环网配电系统可靠性评估［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，—３９（９）：５２５８．ＷＡＮＧＸｉｕｌｉ．ＬＵＯＳｈａ，ＸＩＥＳｈａｏｙｕ，ｅｔａ１．Ｒ＿ｅ１ｉａｂｉ１ｉ砷ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｓ仃ｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｍｅｓｈｅｄｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍ．ｃｕｔｓｅｔ［Ｊ１．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９ｆ９）：５２．５８．［７］杜双育，王先培，谢光彬，等．基于ＩＥＣ６１８５０的变电站自动化系统可靠性评估［Ｊ］．电力系统保护与控制２０１２，４５（５）：３２－３６，４１．ＤＵＳｈｕａｎｇ－ｙｕ，ＷＡＮＧＸｉａｎｐｅｉ，ＸＩＥＧｕａｎｇ－ｂｉｎ，ｅｔａ１．Ｒｅｌｉａｂｉ１ｉｔｙｅｖａｌｕ￣ｉｏｎｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＩＥＣ６１８５ｏ］Ｂ．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ。２０１２，４５（５）：３２．３６，４１．［８］张旒玺，房鑫炎。倪振华．基于系统功效的保护及控制系统可靠性评估［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（１４）：６３－６７．ＺＨＡＮＧＬｉｕ－ｘｉ，ＦＡＮＧＸｉｎ－ｙａｎ，ＮＩＺｈｅｎ－ｈｕａ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ［Ｊ１．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（１４）：６３．６７．［９］徐志超，李晓明，杨玲君，等．数字化变电站系统可靠—性评估与分析［Ｊ］．电力系统自动化，２０１２，３６（５）：＂６７７１．ＸＵＺｈｉ．ｃｈａｏ．ＬＩＸｉａｏ－ｍｉｎｅ．ＹＡＮＧＬｉｎｇ￣ｕｎ．ｅｔａ１．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｄｉｇｉｔａｌｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ］Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１２，３６（５：６７．７１．［１０］Ｈａｊｉａｎ．ＨｏｓｅｉｎａｂａｄｉＨ．ＩｍｐａｃｔｓｏｆＡｕｔｏｍａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓｏｎＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２０１１，２６（３）：１６８１－１６９１．［１１］ＰａｎｔｅｌｉＭ，ＫｉｒｓｃｈｅｎＤＳ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆａｉｌｕｒｅｓｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ【Ｃ】／／ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＩＥＥＥ／ＰＥＳ，２０１１．［１２３蒋仁言，左明建．可靠性模型与应用【Ｍ】．北京：机械工业出版社，１９９９：１９８．１９９ＪＩＡＮＧＲｅｎ－ｙａｎ，ＺＵＯＭｉｎｇ－ｊｉａｎ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，１９９９：—１９８１９９［１３］赵渊，周家启，刘洋．发输电组合系统可靠性评估中的最优负荷削减模型分析［Ｊ】．电网技术，２００４（１０）：２１．２４．ＺＨＡＮＧＹｕａｎ，ＺＨＯＵＪｉａ－ｑｉ，ＬＩＵＹａｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｐｔｉｍａｌ１ｏａｄｓｈｅｄｄｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（１０）：２１２４．［１４］李文沅．电力系统风险评估：模型，方法和应用［Ｍ１．北京：科学出版社，２００６，１－２．—ＬＩＷｅｎｙｕａｎ．Ｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｅｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ：ｍｏｄｅｌ，ｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ］Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００６，１．２．［１５］ＢｉｌｌｉｎｔｏｎＲ，ＫｕｍａｒＳ，ＣｈｏｗｄｈｕｒｙＮ，ｅｔａ１．Ａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｐｕｒｐｏｓｅｓ－ｂａｓｉｃｄａｔａ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｖｉｅｗ，ＩＥＥＥ，１９８９，９（８）：６７－６８．［１６］布兰德，罗曼，维莫尔．变电站自动化［Ｍ］．景雷，范建忠，苏斌，译．北京：中国电力出版社，２００９：１９１．２００．ＢｒａｎｄＫＬｏｈｍａｎｎＷｉｍｍｅｒ彤ＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＨａｎｄｂｏｏｋ［Ｍ］．ＪＩＮＧＬｅｉ，ＦＡＮＪｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＳＵＢｉｎ，Ｔｒａｎｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００９：ｌ９１－２００．［１７］韩小涛，尹项根，张哲．故障树分析法在变电站通信系统可靠性分析中的应用［Ｊ］．电网技术，２００４，２８（１）：５６５９．ＨＡＮＸｉａｏ－ｔａｏ，ＹＩＮＸｉａｎｇ－ｇｅｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆａｕｌｔｔｒｅｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ］Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２８（１）：５６－５９．收稿日期：２０１２－１０－１０作者简介：俞斌（１９８６－），男，博士研究生，主要研究方向为电网可靠性与风险评估，智能调度，电力信息化；Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｅ．ｙｕｂｉｎ＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ郭创新（１９６９－），男，教授，博士生导师，主要研究方向为电网风险评估、智能信息处理技术及其在电力系统中的应用：王越（１９８２－），男，博士研究生，主要研究方向为电力系统风险评估，可靠性。