征稿启事

正"电力信息物理系统"专栏随着智能电网建设的推进,大量传感、通信、计算、控制设备和电气一次设备通过电力基础网络和信息通信网络两个实体网络紧密互连,成为一个具备实时感知、动态控制和信息服务融合能力的多维异构复杂系统,即电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)。在电力CPS环境下,     

电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进策略

构建高效连接、大容量带宽、低通信时延的电力无线专网,是电力信息物理系统(cyberphysical system,CPS)业务可靠运行的重要保障,有必要对电力CPS环境下电力无线专网进行研究.首先分析了电力CPS环境下电力业务对通信网络的需求,结合电力业务特征研究了5G通信技术的通信组网架构.然后结合电力业务需求和5G...     

基于多组件并行架构的电力CPS实时联合仿真平台

融合传统电力系统与先进信息技术形成的电力信息物理系统(CPS),其物理侧电力系统与信息侧通信网络的耦合程度不断加深,网络故障与恶意攻击等通信问题导致的电力系统故障愈发严重,传统仿真手段不再适用于模拟和分析此类场景.分析了电力CPS仿真技术的研究现状,在主流实时仿真工具的基础上设计了嵌入式控制组件与渗透测试组件,基于多组...     

基于节点映射模型的电力信息物理系统实时仿真平台

随着电力系统与信息系统的耦合影响日益加深复杂,需建立能够高效协调控制数据传输的电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS)联合仿真平台,以精确模拟CPS的信息交互过程。该文在对比分析现有电力CPS联合仿真架构优缺点基础上,基于OPAL-RT和OPNET建立了电力信息物理系统实时仿真平台。针对电力系统实时控制场景需求,建立了链接电力和通信网络的节点映射模型,使用统一交互接口协调控制多节点电力CPS网络的信息交互动态过程,并验证了仿真平台数据交互的实时性。基于网络化控制的微电网仿真算例验证了建立的实时混合仿真平台的有效性和合理性,高效精确模拟出电力CPS信息交互过程。     

电力信息物理系统韧性的概念与提升策略研究进展

信息系统和物理系统耦合形成的信息物理系统,使电力系统具有更强的可控可观性,与此同时,信息系统与物理系统的故障将造成更严重的电力安全事故。如何结合通信因素分析信息系统与物理系统的互相作用,是提升电力信息物理系统韧性的关键问题。首先,设计了电力信息物理系统的框架,定义了电力信息物理系统韧性概念的特点并分析韧性的意义。其次,基于信息流动路径的传输原理介绍通信技术的特点和发展趋势,并根据信息网络特点分析不同极端事件对韧性的影响。再次,归纳了电力信息物理系统联合仿真方法。然后,总结了各层次网络韧性提升策略的研究进展,探讨了卫星通信、无人机通信等应急通信技术的可行性。最后,阐述电力信息物理系统韧性研究未来面临的挑战。     

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。     

基于渗流理论的电力CPS网络风险传播阈值确定方法

由于电力信息物理系统(CPS)网络的非均匀性及风险传播过程的动态性,使得风险爆发的临界点难以数值确定。从相依网络视角出发,提出一种基于渗流理论的电力CPS网络风险传播阈值确定方法。首先,根据拓扑关联和耦合逻辑将电力CPS网络抽象为双层复杂网络有向图,并采用非对称balls-into-bins分配方法建立"一对多"及"部分耦合"的非均匀电力CPS表征模型。然后,考虑信息层与物理层链接之间的方向性及依赖关系,引入渗流概率对各层内部耦合关系建立传播动力学方程。最后,通过定义电力CPS网络节点的生存函数对风险传播阈值进行数值求解,并以IEEE 30节点系统和150节点的Barabsi-Albert模型算例验证了所述方法的有效性。     

电力信息物理系统的攻击行为与安全防护

<正>0引言电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS)中,电网调度控制和生产管理高度依赖信息与通信系统,信息系统的异常及网络攻击都可能威胁电力系统的安全稳定运行。近期发生的Wanncry等勒索病毒事件表明网络安全领域真实存在能力远超一般个体的"国家队"。作为现代社会的关键性基础设施,电力系统是国家级网络对抗的重点目标[1]。因CPS与普通信息系统在攻击模式、途径和破坏后果上存在显著差异,需要结合这些差异性特征分析潜在的入侵攻击模式,才能有针对性地设计出适合电力CPS的安全防护方法。在网络攻击"国家队"     

基于多阶段博弈的电力CPS虚假数据注入攻击防御方法

信息通信技术的快速发展使电力系统成为典型的信息物理系统(cyber physical system, CPS)。在电网侧控制日趋智能化的同时,电力CPS也面临潜在的网络攻击风险。文章首先分析了针对电力CPS的虚假数据注入攻击(false data injection attack,FDIA)的可行性,然后针对攻击方和防御方的多阶段动态交互过程,提出了一种基于博弈论的关键测量设备的分阶段动态防御方法,通过IEEE标准系统算例验证了所提方法的可行性和有效性。     

分布式电源集群控制与电力信息实时仿真研究

随着智能电网的发展,大量高渗透率的分布式电源以集群形式接入电网,通信网络与电力网络耦合不断加深,电力信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)的架构不断完善。针对高比例分布式电源集群区域电网,提出了基于多代理一致性的群内自治和群间协调结合的分层协同控制方案。为了全面考虑通信系统对集群控制的影响,搭建了基于RT-LAB和OPNET的电力信息实时仿真平台,准确反映通信网络性能以及精确模拟策略的发出、通信、延时及响应全过程。另外,实现了控制器硬件在环,针对所提集群控制策略开发了集群控制器硬件。在CPS架构下通过不同通信场景下集群算例的仿真,验证了集群控制策略的有效性和本仿真平台的可行性和准确性。     

电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(一)建模与评估

在电网转变为电力信息物理系统(电力CPS)的过程中,信息侧和物理侧体现出明显的相互依赖性,信息侧作为通信、计算、控制的支撑性组成部分,在电力CPS安全可靠运行中具有重要的地位。而针对电力CPS的恶意网络攻击行为在近年来不断发生,引发关注,大量针对电力CPS的网络攻击研究取得了一些成果。针对当前的电力CPS网络攻击研究,从攻击建模和电力CPS安全性评估方面进行了归纳和整理,对已有方法进行分析,明确了研究课题的问题本质。随后结合电力CPS的特点和发展趋势,指出当前研究的不足,提出需要关注的问题和可能的解决方法,以完善电力CPS恶意网络攻击研究。     

融合时间同步策略的主从式信息物理系统协同仿真平台实现

随着电力系统与信息通信系统耦合程度的不断加深,通信带来的信息延时、数据丢包和网络链接中断等问题使得传统的电力系统仿真方式(解耦通信或理想通信仿真方式)难以满足现实的需求。文中在分析现有信息物理系统(CPS)建模技术的基础之上,设计了基于MATLAB和OPNET的主从式CPS协同仿真平台。详细阐述了协同仿真平台的系统架构,以及协同仿真平台中的物理系统模型、信息系统模型、仿真交互模型和基于软件的虚拟量测设备的建模实现方式,重点分析了所设计的融合式时间同步策略。最后通过微电网仿真算例,验证了所建立的协同仿真平台及其时间同步策略的准确性和有效性。     

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。     

电力信息物理系统防御资源分配方法研究

为了有效应对电力信息物理系统(CPS)面临的网络攻击风险,提高电力CPS抵御网络攻击的能力,从信息侧和电力侧两方面总结电力CPS的安全防御措施,研究提高系统稳定性和容侵性的防御方法。首先将信息侧和电力侧具体投资的设备、软件和人力统一抽象为防御资源,基于系统的脆弱节点和关键节点,计算损失比例系数合理优化资源,最终提出一种可有效提高电力CPS抵御网络攻击能力的防御资源分配方法,并结合算例验证了其有效性。     

网络攻击下基于贝叶斯图论的配电系统安全分析

随着信息通信技术的发展,信息网络与物理系统深度融合,使配电网信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)面临网络攻击的运行安全风险增加。文章分析了网络虚假数据攻击下配电网CPS运行安全性,并提出了基于贝叶斯攻击信息传递图论的融合建模与动态安全风险综合评估方法。通过分析信息设备漏洞的不同利用模式,构建了与设备漏洞关联的潜在数据攻击图以及信息-物理系统间的交互作用模型。结合贝叶斯概率量化理论与攻击证据点动态更新了信息传递后验概率,并在此基础上提出了动态安全风险综合评估指标与框架,定量分析了攻击对于信息网络以及配电网CPS系统运行安全的影响。最后基于改进的IEEE 33节点配电CPS系统的算例仿真验证了所提安全风险评估方法的有效性。     

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统（CPS）仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。     

基于OPAL-RT和OPNET的电力信息物理系统实时仿真

随着智能电网建设的推进,电力信息物理系统(CPS)的可观性和可控性得到了极大增强。电力CPS的信息采集、传输、处理等过程对电力业务的影响越发明显。建立电力CPS的动态联合仿真平台有助于为相关理论和应用研究提供坚实的技术支撑。文中对比分析了现有的联合仿真平台方案与架构,指出由于电力流和信息流在数学模型上的本质区别,需要建立实时联合仿真平台;基于电力仿真工具OPAL-RT和通信仿真工具OPNET,研制开发了数据交互接口及数据转换模块,建立了电力CPS实时仿真平台,能够高速、精确地模拟电力CPS动态响应特性。针对电力CPS负荷控制的仿真算例结果表明,所研制的电力CPS实时仿真平台具有合理性和有效性。     

配电网信息物理系统协同控制架构探讨

信息物理系统(CPS)通过对计算、通信和控制技术的有机整合与协调,促进了电力系统运行方式的转变,并为其"智能化"的建设提供了途径。作为电力CPS的重要组成部分,配电网CPS须在未来大规模异构分布式新能源接入的条件下仍具有良好的实时控制及优化调度能力。在此背景下,对配电网CPS的控制架构进行了研究。结合CPS的组成要素和关键功能,提出了一种包含主动配电网及微电网技术在内的配电网CPS框架结构;在此基础上,针对配电网CPS的协同控制策略及其多层面、分布式耦合的特征,提出了包含感知通信、计算以及物理对象的分布式实体控制架构,以及兼具内部统一特性与外部互联特性的层次化抽象控制架构,从而构成完整的配电网CPS协同控制架构。     

机器学习在电力信息物理系统网络安全中的应用

随着信息化程度的不断深入,传统电力系统逐渐发展成为典型的信息物理系统(CPS).开放的信息系统环境使得电力系统的安全运行面临着各种潜在网络攻击的威胁.近年来,机器学习方法迅猛发展,并已广泛应用于电力CPS网络安全领域.一方面,电力CPS中数据的爆炸式增长以及硬件运算能力的提升为机器学习的应用创造了良好条件;另一方面,相...     

电力信息物理系统网络安全防护中的底线思维

电力信息物理系统(cyberＧphysicalsystem,CPS)中,电网调度控制和生产管理高度依赖信息与通信系统,信息系统的异常及网络攻击都可能威胁电力系统的安全稳定运行.近期发生的Wanncry 等勒索病毒事件表明网络安全领域真实存在能力远超一般个体的“国家队”。因CPS与普通信息系统在攻击模式、途径和破坏后果上存在显著差异,需要结合这些差异性特征分析潜在的入侵攻击模式,才能针对性地设计出适合电力CPS的安全防护方法。在网络攻击“国家队”面前,并不存在绝对的网络安全,有必要从风险管理角度出发,以既有安全防护措施失效为前提,研究潜在的攻击途径,多视角剖析最大化破坏效果的攻击模式,再以保障不造成大停电等恶性事故为底线,查漏补缺,针对性地部署防卫措施,实现电力CPS网络安全风险的有效管控。