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考虑级联失效的电力信息物理系统

评估及恢复策略研究

20236

答辩日期：年月

摘要

摘要

随着国家智能电网的不断建设和电力系统的不断转型升级，传统电力系统逐渐发展为

由信息技术和物理技术交叉应用的电力信息物理融合系统。这种融合系统在提高能源效

率、优化资源配置和降低运营成本等方面具有明显优势，然而也带来了新的安全挑战。任

何一个环节出现安全问题都可能导致系统崩溃、停电等严重后果，因此保障系统的安全可

靠运行变得尤为重要。

基于以上背景，本文研究了电力信息物理系统级联失效建模、节点脆弱性评估和系统

序列恢复决策问题。主要贡献包括以下三个方面：

（1）考虑电力网的潮流特性、数据传输以及信息网的调度控制功能，将建模过程划

分为电力网、通信网和信息网三个部分。采用直流潮流计算电力网信息，以最优发电成本

为目标建立信息网优化调度模型，并通过上行/下行通信通道模型将电力网和信息网有效关

联，从而构建电力信息物理系统一体化数学模型。基于统一模型，研究测控设备攻击、拒

绝服务攻击和虚假数据注入攻击三种典型网络攻击的传播机制，实现不同网络攻击方式下

的系统级联失效传播过程分析。

（2）针对现有评估方法存在的指标片面、权重不够准确等问题，从电网的潮流转移

特性和系统拓扑安全可靠性两方面出发，构建了层次化的节点脆弱性评估指标体系，并采

用改进的模糊层次分析法从定性和定量的角度对N-1故障下的电力信息物理系统节点脆弱

性进行评估。脆弱性评估结果能够为系统运营和维护提供有效的参考，促进系统鲁棒性的

提高。

（3）研究电力信息物理系统从级联失效中快速恢复正常运行和研究级联失效的故障

传播机制同样重要。站在防卫者角度，以最大化负荷恢复量为目标，将序列恢复模型建立

QQ

在级联失效模型的框架内。针对不同规模的系统，基于强化学习中的学习和深度网络

算法分别开发了一套实用的序列恢复策略以有效确定故障元件的最佳恢复方案。同时考虑

网络攻击和分布式发电接入等特定场景，在多种测试案例上验证了所提策略的有效性和优

越性。

关键词：电力信息物理系统；级联失效；脆弱性评估；序列恢复

-I-

东北电力大学工学硕士学位论文

Abstract

Withthecontinuousconstructionofthenationalsmartgridandthecontinuous

transformationandupgradingofthepowersystem,thetraditionalpowersystemhasgradually

developedintotheCyber-PhysicalPowerSystem(CPPS)cross-appliedbyinformation

technologyandphysicaltechnology.Suchconvergedsystemsoffersignificantadvantagesin

termsofimprovedenergyefficiency,optimalresourceallocationandreducedoperatingcosts,

yettheyalsopresentnewsecuritychallenges.Securityproblemsinanyonelinkmayleadto

systemcollapse,poweroutageandotherseriousconsequences,soitbecomesespecially

importanttoguarant