电网信息物理系统的混合系统建模方法研究

信息物理系统(cyber physical system,CPS)是随着工业信息化发展而提出的新理念,强调在生产中物理过程与信息处理的紧密融合。电网正向智能化发展,是典型的信息物理融合系统。建立CPS模型有助于更好分析、控制日益复杂、灵活的电网运行,该文结合电网特点、需求,分析了电网CPS模型的构成和形式,提出了基于混合系统的电网CPS建模方法及其控制方案;并根据上述方法和步骤,建立柔性负荷和源储协调控制的混合系统模型,提出基于该模型的优化控制问题。     

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。     

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。     

配电网信息物理系统可靠性评估关键技术探讨

信息物理高度融合是未来智能配电网的发展趋势,主要针对配电网信息物理系统(CPS)可靠性评估关键技术进行综述与展望。从配电网信息空间、物理空间的风险来源挖掘入手,进一步对信息物理相依存下的影响因素进行总结和分析;在此基础上,归纳总结了配电网物理系统、信息系统各自典型的可靠性指标分类方式与具体数学表达以及两者耦合下的可靠性指标构建技术,进而总结了配电网CPS可靠性评估算法与方法的研究进展;从配电网CPS异构数据处理、信息物理关联的建模与仿真、配电网CPS可靠性评估指标与方法、配电网CPS广义攻击与防御机制4个方面进行了展望。     

分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估

分布式协同控制模式的提出,为解决未来配电网信息物理系统(CPS)中高密度、强随机性分布式电源接入问题提供了途径。但同时,配电网CPS信息物理高度融合的特点也方便了网络攻击者通过信息系统威胁电力系统的安全稳定运行。据此,提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法。首先,阐述了一种分布式电源等输出比协同控制策略,并对其收敛特性进行了分析和总结。其次,基于CPS风险评估框架,结合分布式电源协同控制策略及实际网络攻防策略的特点,提出配电网CPS风险评估模型;在此基础上,设计动态攻防博弈函数及博弈求解步骤,实现对于分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性的量化评估。最后,基于IEEE 34节点配电系统开展仿真测试,验证了所提方法的有效性。     

配电网CPS理论架构和典型场景应用

随着计算机、通信、控制（3C）技术的发展与在配电网中的深入应用，配电网信息空间与物理空间实现了深度融合和实时交互，其感知、集成、共享、协同、自治等能力得到了极大提升，形成了配电网信息物理系统（cyber physical system，CPS）。基于信息物理融合的角度，从本质、特征与体系分析配电网CPS的内涵，分析多样化的控制方式与CPS资源部署形式对配电网运行控制特性的影响。依据CPS概念剖析其发展的不同阶段、不同的业务需求与场景类型分析3类典型配电网CPS示范工程应用，从而对配电网CPS的理论模型架构进行测试与验证。     

基于混合通信网的主动配电信息物理系统可靠性评价

随着主动配电网研究的深入,研究主动配电网混合信息物理系统信息域精细化建模与可靠性评估方法具有十分重要的理论价值与现实意义。该文首先基于主动配电网故障的自愈控制方式,分析了故障过程中信息域对信息物理系统(cyber-physical system,CPS)的影响。建立基于混合通信网的、考虑路由转移和复杂故障因素的信息系统可靠性模型,并基于此分析了信息性能对CPS可靠性的影响。考虑到主动配电网分布式发电(distributed generation,DG)的运行特性、信息域离散特性以及计算效率,对信息域与分别采用非序贯与序贯蒙特卡罗法抽样,并利用工业以太网建立测试系统,验证了信息域传输有效性对主动配电网信息物理系统的间接影响,并分析了信息域元件重要度、接入网负载率、结构以及传输技术对主动配电网信息物理系统可靠性的影响,研究成果可为主动配电网规划和运行提供有效技术支撑。     

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。     

微电网CPS物理端融合模型设计

基于微电网信息物理融合系统(CPS)的架构体系,分析了微电网CPS的信息资源环境特征,提出了针对微电网CPS中电气物理设备端节点的融合模型,其本质为一种依附于电气物理设备工作状态的微电网CPS云端计算融合模型;模型充分挖掘物理设备终端节点所被赋予的信息资源,各层次的任务有序地分配到核心服务器节点、集群服务器节点和物理设备端节点上,以达到所有信息资源高效利用的目的;为了满足能够在微电网"即插即用"控制策略下灵活调度和管理大量物理设备端节点的信息资源,提出一种新颖的环形协同管理机制,该机制能够有效地增加物理设备端节点的工作稳定性,减轻上层节点的计算负担;最后给出了具有参考意义的基于融合模型的设计方案。     

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

基于云边协同的配电物联网管理模型研究

针对配电云服务器中计算任务繁重导致推理延时过大的问题，提出配电物联网多节点协同计算管理模型。首先，基于物联网可控智能的特点以及新型配电网对功能和传输时延的需求，讨论了边缘计算在配电网中的应用。然后，结合PTN（分组传送网）网络结构，构建配电物联网技术架构。最后，基于边缘多节点协同推理算法和协同计算架构模型构建了配电物联网管理模型。仿真结果表明，当配电物联网中大量智能设备终端接入网络时，该模型降低了云计算的推理延迟。     

基于拓扑势均衡的配电网信息物理系统规划算法

配电网信息物理系统(cyber physical system for distribution networks,CPSDN)是自动化技术、信息技术和通信技术与电网的深度融合产物。其与传统通信系统规划的一个显著区别在于CPS系统内的网元异构性。基于数据场理论,建立了CPS广义节点质量模型,数学量化了节点差异,进而定义CPS势函数,以系统可靠性为测度建立配电网CPS规划问题的势均衡数学模型。对该规划问题,提出改进的二进制粒子群算法进行求解。采用IEEE LVNTS算例及实际电网算例计算,实验表明所建立模型和算法符合配电网CPS系统规划,所提出方法规划CPS网络,可准确辨识网络关键节点,建立高可靠性CPS网络拓扑,实现效能的提升。     

配电网CPS综合建模方法及其交互影响机理研究

通信和信息技术的提升极大地增强了配电网的可观性与可控性，需要进一步从信息物理系统（cyber physical system，CPS）的角度研究配电网的运行特性。主要研究基于CPS的配电网系统综合建模与交互机理。首先提出配电系统与配电信息系统的统一建模方法；其次研究了配电网CPS动态交互影响机理，以分布式电源为智能控制和处理终端，构建配电网CPS动态交互综合模型；最后分析了配电网CPS中通信故障对物理环节的动态影响并进行测例仿真，进而验证了模型的有效性。     

微电网CPS体系架构及其物理端研究

针对未来微电网智能化发展的趋势,提出将信息物理融合系统(CPS)技术引入微电网建设中,建立微电网CPS。论述了建立微电网CPS的理由和必要性,给出其架构示意图,并提出了微电网CPS的6层控制体系框架,分别为应用层、网络层、连接层、协调层、调节层和物理层,对每个控制层的功能和作用进行了描述;通过对微电网CPS环境的云计算平台进行分析,指出其中可能会存在的大量端点资源浪费的问题,并提出采用云端计算方式代替当下的云计算方式的想法。在微电网CPS云端计算环境下,采用Agent技术,建立微电网CPS物理端节点的Agent模型,并对其行为进行了描述。     

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。     

配电网电力负荷需求侧响应模型构建

传统配电网电力负荷需求侧响应模型存在负荷配置效率较低、协调性较差的问题。为此,提出基于云边融合的电力需求侧负荷协调配置方法。采用云边融合技术融合配电网云数据库中心、边缘节点以及边缘域数据,对配电网负荷的类型进行分类,设置配电网储能配置目标与约束条件,将其作为前提,利用粒子群算法求解配电网储能配置目标函数,构建配电网负荷需求侧响应模型。仿真实验结果表明：提出方法具有理想的配置协调性,电力需求侧负荷利用率更高,验证了该文研究构建的配电网电力负荷需求侧响应模型的应用效果较优。     

计及网络信息安全的配电网CPS故障仿真

配电网信息物理系统的发展使得信息系统与物理系统相互融合,两者之间相互影响,网络信息安全给配电网安全稳定运行带来很大隐患.为研究信息系统对配电网物理系统的影响,首先搭建配电网信息物理系统(cyber physical system, CPS)仿真平台,在此基础上,建立配电网CPS终端仿真模型,具有恒功率控制和下垂控制2种...     

电力CPS的架构及其实现技术与挑战

引入前沿信息技术并把电力系统和信息系统进行深度融合是实现电力系统智能化的关键。信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)是通过3C(computation,communication,control)技术将计算、网络和物理环境融为一体的多维复杂系统,通过多技术有机融合,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有非常广阔的应用前景,因而在国际上受到了普遍重视。在此背景下,基于CPS概念并结合电力系统特点,提出建立电力CPS的思路和框架。首先,概述了CPS的概念、主要功能和技术特征。之后,构造了电力CPS的架构和主要组成部分,指出了实现电力CPS的若干关键技术。最后,从基础理论、建模方法、仿真算法、安全性分析、可靠性分析、系统设计与规划、运行调度、标准化等方面讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。     

信息物理融合的主动配电网动态潮流研究

主动配电网的运行因分布式电源的接入一直存在不确定性增强、运行场景多变的问题。为更为准确深刻地揭示主动配电网的内在特性,提出信息物理融合环境下的主动配电网动态潮流计算实现机理;考虑风电与储能的接入后的运行场景持续变化,以寻求分布式电源有效出力的可信容量为目的,提出一种以连续分配不平衡功率由储能分担为核心的配电网动态潮流计算方法。算例结果表明:提出的基于信息物理融合的动态潮流方法相较概率潮流等方法能够更好地揭示配电网在强不确定性及扰动频繁条件下的运行特征。     

基于信息物理系统的灵活智能发电控制技术

智能发电技术中系统各组成元素的自主性和基于自学习机制的智能化程度的提高,对其架构的灵活性提出了更高的要求。信息物理系统（CPS）是一种对物理过程进行控制的新的理念与体系结构,其高度的灵活性和智能性使其非常适合智能发电技术的应用。本文介绍了CPS的基本概念和特征;论述了基于CPS的灵活智能发电的基本特点;给出了基于CPS的智能发电控制的体系结构;有针对性地给出了现阶段智能发电体系元素向基于CPS的灵活智能发电体系的映射关系。CPS体系使智能发电控制技术逐渐趋于向基于系统组成元素高度智能的“自主化”、SDE/SDS等高度灵活的方向发展,为灵活发电的实现提供了一条新的途径。