基于信息物理系统融合的广域互联电网阻尼控制策略

随着信息通信技术在电网中的广泛应用,紧密融合电网与信息通信的电力信息物理系统(Cyber-Physical Power System, CPPS)为广域互联电网间的低频振荡抑制提供了便利。在电力系统海量运行数据的基础上,提出CPPS广域阻尼控制(Wide-Area Damping Control, WADC)策略。其采用可变遗忘因子最小二乘法来辨识物理系统模型,并基于此模型由广义预测控制算法(Generalized Predictive Control, GPC)生成决策控制指令。进一步地,建立通信补偿机制来补偿信息系统延时、丢包、乱序对物理系统运行的不利影响。通过Matlab和Visual Studio建立CPPS联合仿真平台来分析电力系统和信息系统的交互影响。以16机5区系统为例进行仿真,结果表明建立的CPPS联合仿真模型能够有效地模拟物理系统与信息系统的交互影响。所提出的CPPS广域阻尼控制策略,在信息系统的不利影响下,能够有效抑制电力系统低频振荡。     

电力信息物理融合系统模型与关键技术

利用信息物理融合系统(cyber physical systems,CPS),让信息系统和物理系统准确对应,介绍了典型融合网络和传感系统的电力物理信息融合系统(cyber physical power systems,CPPS)的模型,并给出了为适应于智能电网的目标和要求,给出融合为目标的关键技术,从而实现人的控制在时间、空间等方面的延伸,将物理设备联网,特别是连接到互联网,使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治五大功能。     

面向电力信息物理系统的端边云雾协同模型

随着电力物联网的推进,海量终端设备的接入对传统集中式控制方式下电力信息物理系统CPPS(cyber power physical system)提出了极大的挑战.在边缘计算与雾计算的发展背景下,基于"云、网、边、端"电力物联网体系架构,提出了端边云雾协同控制下的CPPS模型,并考虑了分布式信息能源系统海量时空异构特征数据处理,结合矩阵分析单雾层级区域计算单元CPPS建模,建立了多层级分布式全网CPPS关联模型.通过算例分析量化计算了区域自治与端边云雾协同控制下的电网运行状态和通信网络时延特性,算例分析结果表明了所提架构的有效性与建立模型的合理性.     

特约主编寄语

随着泛在电力物联网建设的推进,电力基础网络和信息通信网络联系的日益紧密,大量的数据采集设备、计算设备和电气设备通过电网、通信网两个实体网络互连,电力系统已具备信息物理系统(cyber physical system,CPS)的基本特征,成为信息物理电力系统(cyber physical power system,CPPS)。CPPS环境下,电力物理层中源-网-荷之间的构成与互动形式较以往趋于复杂,而电力通信网络层的扰动和故障也会不同程度地影响到电力物理层。因此,在利用CPPS的信息层为更精确有效的全网优化控制提供支撑的同时,需要考虑降低或规避通信网络层传输信息时引入的安全风险。     

考虑软件失效的信息物理融合电力系统智能变电站安全风险评估

随着信息与通信技术在电力系统中的应用不断加深,电力系统由传统的电力设备物理层发展为信息物理融合电力网络。将应用软件定义网络思想到信息物理融合电力系统可以提高电网的灵活度及新功能和业务提供空间。在此背景下,智能变电站安全风险评估有必要考虑运行层信息通信硬件和应用层软件带来的影响。该文结合软件定义网络和信息物理融合电力系统的结构特征,将软件定义信息物理融合电力系统划分为应用层、控制层、信息设备运行层和物理设备运行层的多层次结构。在使用功能分解法建立软件定义信息物理融合电力系统下的智能变电站功能图模型的基础上,提出综合考虑应用层设备应用软件和应用层电网管理服务系统软件失效影响的智能变电站系统安全风险计算方法。最后以T1-1型连接变电站为例,计算并分析考虑应用层软件失效的智能变电站系统安全风险以及系统安全风险随软件失效率变化的趋势。     

电网信息物理融合系统关键问题综述

能源传输技术、存储技术、信息通信以及高性能计算技术的发展为有效利用分布式可再生能源提供基础,实现能源互联的关键在于将前沿的计算、通信、控制技术与电力系统有机结合。分析能源互联网和信息物理融合系统(cyber-physical systems,CPS)的发展趋势;介绍电网信息物理融合系统(grid cyber-physical systems,GCPS)的概念;着重探讨当前可用于GCPS设计的理论和技术最新进展,并结合已有研究成果说明该领域亟需突破的信息通信关键技术。     

基于OPNET考虑延时特性的小干扰稳定仿真研究

广域测量系统(wide-area measurement system,WAMS)的应用和发展给解决大电网互联中引发的区域间振荡提供了新方法,但其通信过程中产生的延时对采用广域信号的阻尼控制器控制效果产生重要影响,进而影响着电力系统的小干扰稳定性。搭建信息物理融合电力系统(cyber-physical power system,CPPS)动态联合仿真平台有助于深入研究信息系统对于阻尼控制器以及小干扰稳定的影响。为此利用通信仿真工具OPNET,结合MATLAB搭建了CPPS联合仿真平台,并提出了可通过正态分布延时模拟现实随机延时的方法。通过联合仿真平台对电力系统的小干扰稳定进行仿真,证明了所提方法的正确性和有效性。     

极端自然灾害下考虑信息-物理耦合的电力系统弹性提升策略:技术分析与研究展望

随着智能电网技术的发展,电力系统基础设施与通信网络的耦合越发紧密,构成典型的信息-物理融合系统.电力系统依赖于通信系统实现海量接入设备的监测和控制,提升系统的可观性和可控性来满足诸多电力系统高级应用的需求,而通信网络设备的供电则需要电网的支持.在极端自然灾害下,这一信息-物理耦合特性成为电力系统的薄弱环节,给建立弹性电...     

电力信息物理融合系统中的网络攻击分析

正1电力信息物理融合系统背景近年来,关于电力信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)的研究在智能电网领域掀起一股热潮。电力CPS通过3C(computation,communication,control)技术将计算系统、通信网络和电力系统的物理环境融为一体,形成一个实时感知、动态控制与信息服务融合的多维异构复杂系统。与传统电力系统相比,电力CPS的一个重要优势在     

融合通信促进智能用电飞速发展

正在新能源革命条件下,电网的重要性日益突出,电网将成为全社会重要的能源输送和配给网络。与传统电网相比,未来电网将发生诸多变化,其中就包括与信息通信系统广泛结合,成为集能源、电力、信息为一体的综合服务体系,先进的信息通信技术、传感网络技术及物联网等技术将在电力系统中广泛应用。融合通信技术是指把计算机技术与传统通信技术融合一体的新通信模式,将计算机网络与传统通信网络融合在一个网络平台上,实现数据传输,满足多种应用服务;融合通信方式是多种通信方式的     

基于攻击图的电网信息物理融合系统风险定量评估

由于信息和通信技术的广泛应用,现代电网已成为一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统,即电网信息物理融合系统(电网CPS)。信息系统与电力系统的深度融合使得电网面临更多的网络威胁。在此背景下,本文提出了虚假数据注入攻击下的电网信息物理融合系统风险定量评估方法。针对攻击建立了数据流传递的电力信息安全模型,将攻击分为两个过程:首先选择变电站注入虚假数据,然后基于通信拓扑图构建了流传递路径,采用攻击图量化攻击源信息传递模型,并基于故障下最优负荷削减策略对电力系统潜在后果进行了定量评估。最后通过算例研究,确定考虑网络攻击因素下系统的薄弱节点,验证了所提方法的可行性和有效性。     

电力信息物理融合系统的网络-物理协同攻击

随着智能电网的发展及智能设备不断引入电力信息物理融合系统(CPPS)中,CPPS面临一种新的攻击方式--网络-物理协同攻击(CCPAS)。这种攻击方式既隐蔽又可引发连锁故障,易造成大规模停电事故。首先,阐述CPPS遭受CCPAS的基本形式,在直流潮流模型下构建考虑状态估计约束的CCPAS模型。然后,探讨CCPAS的机理,以攻击者的角度分析规避状态估计监测后最大范围的攻击,分析CCPAS情景下CPPS的脆弱线路。最后,以IEEE 14、118节点系统为例,通过仿真计算验证模型的有效性、适用性,对比分析考虑状态估计约束后物理攻击的限制。     

基于混合系统的风机和光伏电池信息物理融合建模

信息物理融合系统现已广泛应用于交通、医疗等方面。信息物理融合系统集成了计算进程和物理进程,可以利用混合系统对信息物理融合系统建模。大量的分布式能源接入电网中,传感、通信、控制等构成了电力系统的二次系统,.电力系统从简单的能量传输,进化到能量传输与信息流传递并行的现代电网运行体系。电网的物理进程和信息元素的动态关联是连续和离散行为的交互,即混合系统。本文利用混合模型对风机和光伏电池进行信息物理融合建模。     

考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的脆弱性评估

不断发展的自动化与信息技术的广泛应用明显提高了现代电力系统的运行水平,电力信息系统与电力物理系统的融合也逐步广泛和深入,从而进化为电力信息物理融合系统(CPPS)。在CPPS中,信息设备的故障会影响物理系统的安全可靠运行,而外部对物理与信息元件的攻击则可能导致停电事故。在此背景下,为了分析物理元件与信息元件的交互影响,将CPPS抽象模拟为物理节点、物理-物理连接、信息节点、信息-信息连接与信息-物理连接5类元素,并在此基础上评估信息系统受损对物理系统运行的影响。在博弈论的框架下构建了双层数学规划模型分别对物理与信息环节进行了防御资源分配,用于量化存在假想攻击下系统中各环节的重要程度。以修改的IEEE 14节点系统为例进行了仿真计算,结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

数字化电力系统中的通信基础平台体系设计

电力系统的改革导致大规模互联电网的形成。我国已形成了覆盖全国的大电网，在不久的将来还有可能实现国际联网。大规模互联的电力系统对通信基础设施、控制技术、运行策略以及对灾变的预防和控制能力提出了更高的要求。当前高度发达的计算技术、网络技术和高速数据通信技术能够为大规模互联的电力系统提供辅助支持。数字化电力系统(DPS)的功能主要是帮助实现系统实时状态评估、改善系统的安全稳定性、制定和实施经济运行策略以及增强在事故情况下的紧急处理和故障恢复能力，进而实现电力系统的科学化管理。要实现这些功能，必须建立大区域的实时数据交换平台。文中介绍了适合于为大区域数字化电力系统服务的通信平台体系，着重讨论了骨干网络、协议体系和数据链路层的设计，以及综合利用该专线网络的带宽资源及其安全策略，并对网络时延进行了简单分析。     

电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架

传统的电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本都是割裂的,故在现有的理论和方法框架下难以系统而深入地分析信息系统对电力系统分析与控制的影响。实现智能电网的关键之一就在于怎样将前沿的计算、通信、传感技术与电力系统紧密而有机地结合起来,而信息物理融合系统（CPS）的目标正是将物理系统和信息系统融合为新型工业系统。在此背...     

信息物理电力系统耦合网络仿真综述及展望

随着先进的量测、通信和网络技术的应用,电力系统正逐步演化发展为信息物理电力系统(cyber physical powersystem,CPPS)耦合网络。CPPS的稳定性、安全性分析和控制器校验,均依赖于其动态仿真。文章综述了CPPS仿真领域的相关研究。首先指出CPPS是由连续动态和离散时间耦合的混成系统,并概括其基本特点。随后,围绕CPPS耦合网络的联合仿真问题,从系统建模、平台构建、关键技术和仿真应用4个方面对已有工作进行了回顾和综述,特别关注了如何将连续动态和离散事件系统的仿真模型与框架结合起来,形成统一的联合仿真平台,实现仿真过程中两者的相互配合。在此基础上,分析了实现CPPS耦合网络仿真需要解决的关键问题,即仿真模型的合理简化与高效协调机制的设计,为后续相关研究指明了方向。     

电力系统智能终端信息安全防护技术研究框架

随着中国电网“三型两网”泛在电力物联网发展目标的提出,电力系统智能终端广泛互联、泛在接入,终端易成为攻击电网的主要目标和跳板。在此背景下,围绕电力系统智能终端安全互联和现场移动作业需求,对电力系统智能终端安全防护挑战及防护技术框架进行了阐述。构建了覆盖芯片层、终端层、交互层的电力系统智能终端防护框架,对芯片电路级可证明安全防护和内核故障自修复、融合可信计算和业务安全的异构终端主动免疫、面向不确定攻击特征的终端威胁精确感知与阻断、终端互联计算环境下电力系统智能终端安全接入和业务隔离等关键技术进行了详细展望。     

配电网信息物理系统(CPS)的初步探讨

物理信息融合系统是融合了计算系统、物理系统、通信网络的多维复合系统,能够实现电力系统与信息系统的深度融合。本文首先阐述了配电网CPS的概念、组成以及功能,最后讨论了要构建配电网CPS系统还需继续研究的若干问题。     

“信息物理电力系统(CPPS)”专题征稿启事

正信息物理电力系统(Cyber Physical Power System,CPPS)通过物理电力系统与信息系统的互通与深度融合,充分利用和提升整个电力系统的感知能力和控制能力,从而能够实现超越传统电力系统的运行效果与性能水平。为展示国内外在信息物理电力系统研究领域的最新进展和发展趋势,共享学术和技术成果,《中国电力》编辑部特邀东