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摘 要

电能在人类的发展和社会的进步中有着十分重要的地位，故提高电力系统的稳定性以及配电网的供电可靠性是至关重要的。信息系统和物理系统融合形成信息物理系统，而通信失效会危害电力系统的稳定运行能力，且具体在配电网的供电恢复上做了着重研究。

首先讲了评价CPS脆弱性的方法，得到通信失效会影响电力系统的稳定运行，然后在此基础上重点研究通信失效对配电网恢复供电子任务的影响以及供电恢复容量的影响，接着写了利用多代理技术恢复供电的三个步骤以及受到通信失效影响的供电恢复子任务，最后验证了重新配置关键通信链路的媒介可以提高配电网的供电可靠性。

关键词：物理信息系统 配电网 供电恢复 多代理 通信失效

Research on Distribution Network Restoration Considering Physical Information System Failure

Abstract

Electrical energy plays an important role in human development and social progress. Therefore, it is crucial to improve the stability of the power system and the reliability of the power supply of the distribution network. Information system and physical system merge to form cyber physics system, and the communication failure will endanger the stable operation capability of the power system. The research on the power supply restoration of the distribution network is focused.

First of all, the method of evaluating the vulnerability of CPS is discussed. It is found that communication failure will affect the stable operation of the power system.Then, on the basis of this, it focuses on the impact of communication failure on the recovery of the electronic supply task of the distribution network and the impact of the power recovery capacity, and then writes the use of multi-agent. The three steps of technical restoration of power supply and the power restoration sub-task affected by communication failure finally verify that the medium for reconfiguring the critical communication link can improve the reliability of the distribution network.

Key Words: Cyber Physical System; Distribution Network; Service restoration; Multi-agent; Communication failure

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 课题研究现状 3

1.2.1 信息物理配电网国内外发展现状 3

1.2.2 信息物理配电网国内外研究现状 4

1.3 论文主要研究工作 7

第二章 电力CPS的脆弱性评估 8

2.1 引言 8

2.2 评估电力CPS脆弱性的框架 8

2.3 评估电力CPS脆弱性的方法 9

2.3.1 电力通信业务脆弱性的评估方法 9

2.3.2 评估电力通信网络的脆弱性 11

2.4 脆弱性指标的简单应用 12

2.5 本章小结 12

第三章 通信失效影响配电网供电恢复系统 13

3.1 引言 13

3.2 通信失效对供电恢复系统的影响 14

3.2.1 受通信失效影响的配电网供电恢复子任务 14

3.2.2 通信失效对配电网供电恢复容量的影响 16

3.3 考虑通信失效的配电网CPS风险评价指标 17

3.4 本章小结 18

第四章 多代理供电恢复 19

4.1 多代理供电恢复系统 19

4.2 考虑通信失效的多代理供电恢复的子任务 20

4.3 关键通信链路定位 24

4.4 算例 25

4.5 本章小结 31

第五章 总结与展望 32

5.1 总结 32

5.2 展望 32

参考文献 33

致谢 36

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

电能在社会发展和国家经济中有着重要的作用。从电能流动的角度来说，现代电力系统又可分为发电、输电和配电。配电网与居民集中区紧密联系，具有传输有功功率和距离有限定、供电容量和可靠性复杂等特点，也是其中容易发生故障的部分。随着国民经济和科学技术的不断发展，人们越来越多地要求供电的可靠性和稳定性。为了减少各类的停电事故，人们利用各类型的先进技术结合着实际情况，研发了许多应对的方案及策略。

把信息系统与物理系统进行深度融合，配电网将成为典型的信息物理系统，简称CPS（Cyber-Physical System）[1]。它具有可信任、可控制和可扩展特点，也可以把计算、控制和通信相结合的能力。CPS具有嵌入式和移动感应、人在循环内外、自动智能控制、传感器源和数据流、培训和适应能力、互联网互操作(比如物联网) 等功能，并通过网络和物理组件的相互作用，以及集中自动控制确保系统(像ATM和POS)的可靠稳定运行。

CPS有三个子系统，分别为通信、计算和控制子系统。具体图1所示:

图2-1 CPS概念图

CPS的结构有物理层、传输层和应用层。

1.物理层

物理层是信息物理系统最根基的部分，它们既通过无线相互连接，又可以通过有线网络相互连接。例如，2G/3G/4G，WiFi，RFID阅读器和标签， ZigBee，蓝牙，WiMAX以及有线技术等等，主要被使用来得到数据信息，执行命令。利用通信层取得上级对数据处理的结果，再把结果传达给执行器，用控制命令来操作，用来适应物理环境与系统的改变。收集的数据信息包括声音、电、光学、力学、化学、热学，生物学等等，在广域网和本地网域中，传感器可以利用节点协作而生成实时的数据，之后在控制层进行汇总分析。

2.传输层

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