信息与通信技术的发展有效提升了智能电网的运行效率和管理水平,并为实现广域状态感知、变电站及配网自动化、用户侧需求响应等重要应用提供了技术保障。然而,随着信息与通信技术在电力系统中的广泛应用,电力信息系统的实时性、可靠性和安全性对电网正常运行影响越来越大。因此,研究电力信息系统的综合性能及其改善措施,对于提升电网运行的安全性和稳定性具有重要的理论和现实意义。本文针对电力系统数据流的建模理论与电力信息系统的性能评估方法进行了研究,并提出了相关的系统性能提升和改善措施,同时探讨了信息与通信技术在负荷主动响应中的应用以及通信时延对响应效果的影响。论文的创新成果主要体现在以下几个方面:(1)建立了电力系统中典型数据流的数学模型根据数据流的生成特点,并基于随机过程的相关理论,将电力系统中的典型数据流分为三类,即周期性数据流、随机性数据流和突发性数据流,并分别建立了三类数据流的数学模型。其中,周期性数据流通过数据包产生速率、数据包大小和传输时延三个参数进行描述;随机性数据流采用Poisson分布进行建模,其传输特性主要受数据包大小和到达率影响;突发性数据流具有自相似特征,通过ON/OFF模型进行模拟,且ON和OFF状态产生分别服从Pareto分布和Poisson分布。进一步地,利用OPNET Modeler对三类数据流的时延特性进行了仿真分析,考察了模型中各个参数对于网络实时性的影响。本章的研究将为电力信息系统实时性能的评估提供理论支撑。(2)深入研究了基于虚拟局域网的变电站通信系统的实时性能基于第2章建立的电力系统的三种数据流模型,首先针对变电站中的数据流进行了分析和归类,总结出了变电站通信系统中的典型周期性、随机性和突发性数据;同时,定性分析了虚拟局域网策略对于变电站中采样值报文传输的影响。然后,利用OPNET Modeler,针对典型变电站通信系统的实时性能进行了比较全面的仿真分析,设定了多个仿真场景,全面考察了虚拟局域网、系统故障、星形和环形网络结构以及环形网络断线对于通信系统的影响,并提出了具体措施以提升变电站通信系统的综合性能。本章的研究成果将有助于指导工程人员进行变电站通信系统的设计和维护。(3)提出了针对变电站系统采样值报文延迟或丢失的补偿方法进一步地,针对变电站采样值报文的不可靠传输问题,基于拉格朗日插值理论,提出了一种自适应的采样值报文估计算法。首先,详细介绍了算法的实现流程,并重点针对同步插值时刻的确定方法和非连续丢包场景的处理方法进行了深入分析。然后,以PSCAD/EMTDC仿真得到的电网单相接地故障波形作为原始采样值报文,分别对一次、二次和三次估计算法的准确度进行了评估,并针对评估结果进行了详细分析。最后,针对算法的误差原因进行了讨论。在实际应用中,可直接将本算法嵌入到常规继电保护算法中,从而有效解决采样值报文丢失或延迟带来的安全隐患。(4)提出了具有鲁棒性的变电站入侵检测算法针对电力信息系统可能遭遇的入侵和攻击行为,基于多智能体的思想,提出了一种分布式的变电站系统入侵检测模型,并设计了相应的检测算法。在所提出的入侵检测模型中,一共包含三类智能体,分别为入侵感知智能体、通信服务智能体和状态监测智能体,各智能体通过相互协作,可及时检测出通信网络中的异常数据包,从而发现针对变电站系统的攻击行为。同时,兼顾变电站通信系统遭遇入侵的可能性和被攻击以后对电网的影响程度,提出了电力系统的综合脆弱性评估指标。最后,通过IEEE 30节点算例,对所提算法和指标的有效性进行了验证。本章的研究将有助于提升电力信息系统的安全防御能力。(5)研究了通信系统的延时对于负荷主动响应的影响为实现电网侧与用户侧友好互动的目标,研究了空调负荷参与电网友好响应的策略及其通信系统的实现方案。提出了三种空调负荷主动响应策略,分别为集中式响应策略、分布式响应策略和分层分布式响应策略。针对各种策略的特点,并利用先进的信息与通信技术,对主动响应策略的通信系统实现方案进行了探讨。最后,搭建典型的配电网15节点算例,考察了三种策略对于改善电压骤降现象的效果,分析了通信系统时延和参与响应的空调负荷比例对响应效果的影响,为电力信息系统在负荷主动响应中的实际应用提供了有益参考。