智能电网保护控制信息流的定量分析与优化方法研究

The research and practical exploration on the new architecture of smart grid protection and control system, which is based on information sharing, is in the ascendant, and it is urgent to set up the corresponding quantitative analysis and optimization method system. This project focuses on the performance bound and the effectiveness of decision-making of the protection and control system, which are subject to the information flow performance. During the project, the modeling of the discrete event-driven mechanism of communication system is broken and the information-flow perspective on the transfer process is adopted. Referring to the modeling ideas of network calculus, the information transfer process is described by continuous functions and the fluid model is established. Further，learning from the quantitative analysis and optimization method of power flow, the information flow is characterized by traffic load and delay, and static and dynamic features of the information flow, components and network modeling method, and solving methods for differential and algebraic equations are studied. On this basis, performance evaluation model and index system for information flow are constructed，and the constraints and control variables affecting the distribution and performance of information flow are analyzed. Optimization model and method of information flow for new principles and architecture of smart grid protection and control are also proposed. The project aims to systematically develop the quantitative analysis and optimization theory for the protection and control information flow in smart grid, which can significantly advance the new structure establishment for the protection and control system in smart grid.

基于信息共享的智能电网保护控制新体系的研究与实践方兴未艾，亟待建立与之相适应的定量分析与优化理论。本项目聚焦受信息流约束的保护控制性能边界和决策有效性问题，突破信息系统离散事件驱动的建模机制，以信息流动的视角看待保护控制系统的信息传输，以连续函数表征信息传输过程，借助网络演算理论的建模思路，建立保护控制信息传输的流模型。进一步地，借鉴电力能量流定量分析与优化方法，以信息流流量及延时为关键状态表征，研究保护控制系统信息流的静态与动态特性、元件及网络的建模方法和信息流微分代数方程组的求解方法。在此基础上，构建基于信息流的保护控制系统性能评价模型与指标体系，分析影响信息流分布变化及性能优劣的约束条件和控制变量，提出面向智能电网保护控制新原理与组织形态研究的信息流优化模型和算法。本项目旨在系统地建立智能电网保护控制信息流的定量分析与优化方法理论，对智能电网保护控制新架构体系的建立具有重大意义。

智能电网信息物理高度融合条件下，信息流的刻画与分析成为智能电网研究新焦点，实时性可靠性要求最高的保护控制领域是重点关注的领域。然而，传统信息系统的研究局限于采取离散事件驱动的研究模式，缺乏对信息流整体性与连续性的刻画。为充分解析信息流的传输、分布以及累积过程，实现智能电网保护控制信息流定量化分析，本项目借鉴电力能量流传输分布特征描述方法，建立了电力信息流的传输分布特征定量描述模型，包括：提出信息流的节点模型表征信息流的注入模型，通过提取信息流订阅关系获取信息流潮流分布组成，并基于网络微积分求解信息流延时特性，从而形成了完整的保护控制信息流定量化分析方法。在此基础上，基于信息流定量分析模型，提出了面向保护控制新原理与架构研究的信息流优化方法，包括：信息流性能评价与优化、信息系统智能监测与故障诊断、信息流约束边界与组网应用等，为智能电网保护控制新体系的建立提供了重要的分析依据与技术手段。. 本项目所提信息流定量计算方法的最大延时计算结果与实际量测结果误差均在5μs以内，流量分布计算与实际量测结果误差在2%以内，能够有效还原信息流属性与状态。基于信息流定量化计算与网络性能约束判断，提供了智能电网保护控制通信系统的组网边界，可有效确定不同采用周期、不同组网策略的最大组网规模，为网络化保护实现奠定通信基础。基于信息流定量化分析原理形成的配电网自适应保护控制系统，其处理相间故障保护动作时间≦100ms，处理单相接地故障保护动作时间≦300ms。并能有效实现非故障段配网实现自愈和重构，时间≦60s。除此之外，网络化保护及自愈系统还具备保护控制定值免整定、免维护的特点。. 本项目的科学意义与应用前景在于：首次建立智能电网保护控制信息流的定量分析与优化方法体系，提出了保护控制信息流性能评价方法，分析了影响智能电网保护控制系统信息流性能的约束条件、控制变量及优化目标，为构建智能电网保护控制新体系奠定理论基础。