電力系統關鍵基礎設施分析方法與評估

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姓名

張皓雯(Hao-Wen Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

電力系統關鍵基礎設施分析方法與評估
(Applying Power System Analysis Methods to Assessment of Critical Infrastructure Interdependency)

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摘要(中)

關鍵基礎設施為實體或非實體之資產，在系統遭受損毀或失效時，會使得國家安全、經濟安全或其他安全保護受到重大衝擊，如交通系統、水資源系統及電力系統等。關鍵基礎設施之間的相互聯繫和相互依存的關係是複雜的，一個關鍵基礎設施中某元件的破壞，可能會導致另一關鍵基礎設施嚴重損壞，造成重大損失。故完整的關鍵基礎設施相依性資料對於建立災害管理或國家安全來說非常重要，要改善目前的救災成效，如何取得正確關鍵基礎設施相依性資料是重要議題。
　　電力系統包含發電、輸電、變電、配電及提供穩定能源到各個設施系統，而災害發生後，是否恢復供電也是救災的重要指標。本論文以電力系統為主要研究對象，將原本使用不同資訊建立之設施運轉模型同質化後之結果分析與比較，將電力系統在電力傳輸過程中各電力系統元件之輸配電情況，轉換為關鍵基礎設施服務水準在設施服務傳輸轉換間各設施元件之服務關係，可用以分析關鍵基礎設施間之相依性，做為緊急修復順序之參考，以降低災害損失。

摘要(英)

Critical infrastructure systems include electric power, water distribution, transportation and telecommunication facilities and are important elements in maintaining human economic activities and country development. In critical infrastructure systems, electricity transmission systems are the most important element among all the others.
In recent years, the electricity transmission systems have been stressed by increasing natural hazards and human errors, leading to malfunction. The electricity transmission systems are the main study target of this research. The simulation of the dependences between infrastructures by the electricity transmission systems can be applied to estimation of the critical infrastructure systems. Disaster mitigation officials can employ the proposed approach to explore critical infrastructure interdependency (CII) and to design countermeasures when a disaster hits certain areas.

關鍵字(中)

★ 關鍵基礎設施
★ 電力系統
★ 電力潮流分析

關鍵字(英)

★ Critical infrastructure
★ Electricity transmission system
★ Power flow analysis

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xi
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究範圍 2
1.4 研究流程 2
1.5 論文架構 3
第二章文獻回顧 4
2.1 I2Sim 4
2.1.1 I2Sim模式介紹 4
2.1.2 I2Sim設施服務連結表示 6
2.2 GIS-Based 路網分析 9
2.2.1 GIS-Based 路網架構 9
2.2.2 相依性分析 11
2.3 電力潮流分析 13
2.3.1 潮流分析理論基礎 13
2.3.2 高斯-賽德(Gauss-Seidel, G-S)法 18
2.3.3 牛頓拉弗森(Newton-Raphson, N-R)法 18
2.3.4 PowerWorld Simulator 23
2.4 賽局理論評估網路實體系統安全風險 30
2.4.1 網路實體系統最佳化問題 31
2.4.2 網路控制系統賽局 32
2.5 論文評析 35
第三章電力系統關鍵基礎設施計算與分析 36
3.1 I2Sim 與電力潮流分析方法對照與比較 36
3.1.1 基本電力網路 36
3.1.2 符號對照 38
3.1.3 I2Sim與電力系統模型之轉換 41
3.2 變電設施範例 43
3.2.1 I2Sim案例試驗結果 43
3.2.2 PowerWorld Simulator模擬結果 44
3.2.3 結果分析與比較 46
3.3 供電設施範例 48
3.3.1 I2Sim案例試驗結果 48
3.3.2 PowerWorld Simulator模擬結果 49
3.3.3 結果分析與比較 53
3.4 供水設施範例 55
3.4.1 I2Sim案例試驗結果 55
3.4.2 PowerWorld Simulator模擬結果 56
3.4.3 結果分析與比較 58
3.5 蒸氣輸出設施範例 60
3.5.1 I2Sim案例試驗結果 60
3.5.2 PowerWorld Simulator模擬結果 62
3.5.3 結果分析與比較 66
3.6 醫院設施範例 69
3.6.1 I2Sim案例試驗結果 70
3.6.2 PowerWorld Simulator模擬結果 71
3.6.3 結果分析與比較 74
3.7 I2Sim與PowerWorld Simulator綜合說明 74
第四章結論與建議 75
4.1 結論 75
4.2 建議 75
4.3 貢獻 76
參考文獻 77
評審意見回應表 79

參考文獻

Amin S., Galina A. Schwartz, Alefiya Hussain. "In Quest of Benchmarking Security Risks to Cyber-Physical Systems." IEEE Network Magazine 27, no. 1 (2013): 19 - 24.
Amin S., Galina A. Schwartzb, S. Shankar Sastryb. "Security of Interdependent and Identical Networked Control Systems." Automatica Volume 49, no. Issue 1 (2012): 7.
J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma, Thomas Overbye Power System Analysis and Design. Stamford CT: Cengage Learning, 2011.
J. Martí, C. Ventura, J. Hollman, K. Srivastava, H. Juárez. "I2sim Modelling and Simulation Framework for Scenario Development, Training, and Real-Time Decision Support of Multiple Interdependent Critical Infrastructures During Large Emergencies." In NATO RTO Modelling and Simulation Group Conference. Vancouver, BC, Canada, 2008.
J. R. Martí; , L. R. Linares , J. A. Hollman and F. M. Moreira. "Ovni: Integrated Software/Hardware Solution for Real-Time Simulation of Large Power Systems." In 14th Power Systems Computation Conference. Sevilla, Spain, 2002.
K. Poljanšek, F. Bono, E. Gutiérrez. Gis-Based Method to Assess Seismic Vulnerability of Interconnected Infrastructure: A Case of Eu Gas and Electricity Networks. 2010.
Karmen Poljanšek, Flavio Bono, Eugenio Gutiérrez. "Seismic Risk Assessment of Interdependent Critical Infrastructure Systems: The Case of European Gas and Electricity Networks." Earthquake engineering & structural dynamics 41, no. 1 (2012).
Rahman, HMA. "Modeling and Simulation of Interdependencies between the Communication and Information Technology Infrastructure and Other Critical Infrastructures." Electronic Thesis or Dissertation, University of British Columbia, 2009.
Saadat, H. Power System Analysis 3rd ed.: PSA Publishing, 2010.

指導教授

周建成(Chien-Cheng Chou)

審核日期

2013-7-31

推文