数字化变电站系统的可靠性与安全性研究

论文摘要

电子式互感器、智能断路器的诞生使建设数字化变电站成为可能,高速、可靠和开放的通信网络及完备的通信系统标准为实现数字化变电站提供保障,尤其是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准IEC 61850为数字化变电站提供了全面的建设规范。这些新技术的发展使变电站自动化系统走向全数字化成为必然。与常规变电站系统相比,数字化变电站系统具有一系列显著的优点。但作为一种新型系统,现阶段数字化变电站系统依然存在很多问题,如可靠性和安全性。目前,国内、外对常规变电站自动化系统的可靠性已做了较多研究,但对数字化变电站系统的相关研究开展的还很少。因此,建立数字化变电站系统的可靠性分析模型并对整个数字化变电站系统的可靠性进行综合评价,对于数字化变电站系统的设计和运行具有重要意义。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上,鲜有分析具体安全策略对系统安全性的贡献大小。因此,寻找一种综合定量分析数字化变电站系统安全性的方法,对于数字化变电站系统安全运行同样具有重要的意义。本文首先介绍了数字化变电站基本特征及相关课题研究现状。分析了数字化变电站内智能电子装置的结构特点及其可靠性模型,并利用马尔科夫状态法对装置的可靠性参数进行分析计算。文中详细阐述了IEC 62439-3标准的典型技术特征,并阐释了其支持网络无扰恢复的技术原理。然后将IEC 62439-3内的网络冗余方案应用于过程总线,并与传统保护系统相比,分析采用不同过程总线的全数字化保护系统的结构,利用可靠性框图对不同结构的保护系统可靠性参数进行详细的计算和分析。针对现有的变电站可靠性分析方法的不足,本文提出一种综合计算数字化变电站全站可靠性的方法,并利用该方法对一典型的数字化变电站系统的可靠性参数进行分析计算。最后,本文详细分析了数字化变电站内网络安全的主要威胁、网络安全需求以及对应的网络安全策略。在此基础上,综合可靠性理论与分布式系统脆弱性理论,介绍了一种综合定量分析数字化变电站系统安全性的方法。并以一典型的变压器保护内的断路器为目标节点,利用该方法分析数字化变电站通信系统的安全性模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字化变电站特征
• 1.3 数字化变电站架构体系
• 1.3.1 基本结构
• 1.3.2 变电站总线
• 1.4 研究现状
• 1.4.1 可靠性研究现状
• 1.4.2 安全性研究现状
• 1.5 论文结构
• 第二章 智能电子装置的可靠性分析
• 2.1 引言
• 2.2 可靠性概念及指标
• 2.3 IED 结构及其可靠性模型
• 2.3.1 IED 结构
• 2.3.2 IED 可靠性模型
• 2.4 实例计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 高可用自动化网络
• 3.1 引言
• 3.2 IEC 62439 简介
• 3.3 并行冗余网络
• 3.3.1 网络拓扑
• 3.3.2 节点结构
• 3.3.3 数据帧处理
• 3.4 高可用无隙环网
• 3.4.1 网络拓扑
• 3.4.2 节点结构
• 3.4.3 数据帧处理
• 3.5 冗余盒
• 3.6 本章小结
• 第四章 全数字化保护系统可靠性分析
• 4.1 引言
• 4.2 可靠性框图
• 4.3 保护系统可靠性计算
• 4.3.1 传统保护系统
• 4.3.2 采用单网的数字化保护系统
• 4.3.3 采用PRP 网络的数字化保护系统
• 4.3.4 采用HSR 网络的数字化保护系统
• 4.4 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 数字化变电站系统可靠性分析
• 5.1 引言
• 5.2 数字化变电站系统可靠性分析
• 5.2.1 系统模型
• 5.2.2 通信系统
• 5.2.3 间隔保护系统
• 5.2.4 间隔控制系统
• 5.2.5 站控层系统
• 5.2.6 数字化变电站全站的可用性
• 5.3 本章小结
• 第六章 数字化变电站系统安全性分析
• 6.1 引言
• 6.2 网络安全简介
• 6.2.1 网络安全威胁
• 6.2.2 网络安全需求
• 6.2.3 网络安全策略
• 6.3 数字化变电站安全性分析
• 6.3.1 基于可靠性的脆弱度函数
• 6.3.2 串联模型
• 6.3.3 并联模型
• 6.3.4 复合模型
• 6.3.5 组合模型
• 6.4 实例分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 本文研究所取得的成果
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表和科研成果情况