数字化变电站系统可靠性及安全性研究

论文摘要

随着电网的不断发展和电力市场改革的深入,人们对电网安全经济运行和供电质量的要求越来越高。变电站作为电网中的重要节点,要求向调度控制中心提供的信息量越来越多,不仅包括常规的运行、事故信息,还可能包括重要设备的状态监测信息;同时需要实现的控制功能也越来越复杂。这些促使变电站必须数字化、信息化以及信息模型化。因此,数字化变电站系统是未来变电站自动化发展的趋势。与传统变电站自动化系统(SAS)相比,数字化变电站自动化系统(DSAS)具有一系列显著的优点。但作为一种新型系统,现阶段DSAS依然存在很多问题,比如可靠性和安全性。多年来,国内外学者对SAS的可靠性已做了很多研究,但DSAS具有全新的特性,传统的分析方法已不太适合,因此建立DSAS的可靠性分析模型,并采用新的分析方法进行分析具有重要的意义。另外,DSAS对通信技术的依赖要远高于SAS,也因此带来了不容忽视的信息安全风险。现有的变电站系统安全分析方法大多数停留在定性分析层面,或者局限于技术分析层面,对实际的安全生产管理指导意义不大。因此,寻找一种综合定量且具有可实施性的系统安全分析方法,对DSAS的安全运行具有重要的意义。本文首先对DSAS的特征、功能以及体系结构进行了概述,并介绍了现阶段关于DSAS可靠性和安全性方面的研究现状。然后从电力企业用户对可靠性的关注焦点出发,提出从功能可靠性和结构可靠性两方面对DSAS的可靠性进行分析。对于功能可靠性分析,本文提出以DSAS的某项功能为研究对象的分析方法,不同于传统以系统或装置为研究对象的分析方法,其目标在于分析该功能可持续有效的时间等指标,避免了传统分析给出的系统整体可靠性指标过于笼统的缺点。针对功能可靠性分析的特点,本文采用GO法原理进行分析。首先介绍了GO法的原理,然后以一输电线路数字化保护功能为例,建立其GO功能模型,计算功能可持续有效的时间以及进行薄弱环节分析,并说明此方法在功能可靠性分析方面的有效性。对于结构可靠性分析,本文针对DSAS对通信网络的依赖性,引入了一种分析网络结构可靠性的方法。首先介绍了IEC62439标准中的并行冗余网络(PRP)方案及其未来推广的前景,然后以IEC61850标准定义的T2型输电变电站的站控层总线为例,并假设其采用PRP网络。通过贝叶斯网络分析法对其网络结构进行可靠性建模,并应用诊断推理对网络结构的薄弱环节进行分析。最后将这种方法与故障树分析法进行比较,以证明该方法的优越性。最后,对于DSAS的信息安全风险分析,本文介绍了ISO13335信息安全风险模型及识别安全风险因素的方法,并根据安全风险因素建立了一套风险评估指标体系。在此基础上,综合运用模糊理论和群决策层次分析法对风险因素的三个测度(概率、影响、不可控制性)进行了模糊评估。针对专家评估结果的有效性问题,本文提出了一种结合信息熵理论的有效性分析方法,定义了效度系数指标,用于对评估结果进行修正。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字化变电站自动化系统概述
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文的研究思路
• 1.5 论文结构
• 2 系统功能可靠性分析
• 2.1 引言
• 2.2 GO 法原理概述
• 2.3 数字化保护功能的GO 模型
• 2.4 保护系统的功能可靠性分析
• 2.5 本章小结
• 3 系统结构可靠性分析
• 3.1 引言
• 3.2 数字化变电站系统的体系结构
• 3.3 基于故障树的贝叶斯网络方法
• 3.4 站控层网络结构可靠性分析
• 3.5 贝叶斯网络法与故障树法的比较
• 3.6 本章小结
• 4 数字化变电站系统信息安全风险评估
• 4.1 引言
• 4.2 变电站信息安全风险因素分析
• 4.3 模糊层次综合评估方法与模型
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表的主要论文