专网通信世界-中国电力通信网讯:1、研究背景

近年来,在世界范围内的节能减排浪潮和信息技术快速发展的推动下,电力系统正在发生深刻的变革。智能电网的研究已成为电力工业界和学术界关注的焦点,并已在部分国家进入前期发展或工程示范阶段。

推动智能电网发展的主要动力在于促进间歇式可再生能源、电动汽车等新型负荷和各种储能设备的并网与优化调度,以及用户侧更广泛和深入的参与。此外,智能电网还具有高效、可自愈、高可靠性和高安全性等主要特征。要实现上述目标,就必须首先实现信息在电力系统内的双向流动和有效利用,并在此基础上提高对系统的感知和控制能力。因此,引入新的计算、通信和传感技术,并实现信息系统和电力系统更紧密的融合与协作将是实现电力系统智能化的关键。

信息物理融合系统(cyberphysicalsystem,CPS)的提出与发展为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合,并最终实现电网智能化的目标提供了新的思路和实现途径。CPS是将计算资源与物理系统深度融合所构成的新型系统。由于CPS对于经济和技术发展具有重要意义,美国等主要发达国家都将其列为优先开展的研究领域。在中国,国家自然科学基金、科技部“973”计划和“863”计划均已将CPS列为重点资助领域。

2、CPS概述

2.1CPS的定义和功能

CPS是具有下列特点的系统:

1)该系统由计算设备、通信网络、传感设备与物理设备共同组成。所有设备相互协同和相互影响,共同决定整个系统的功能和行为特征。

2)由于系统的计算/信息处理过程与物理过程紧密结合并相互影响,这导致无法区分系统的某个行为究竟是计算过程还是物理过程作用的结果。

因此,实现计算/信息系统与物理系统的融合是CPS研究最核心的目标。

CPS应具有下列几个重要功能:

1)信息与物理系统的实时监控和综合仿真

与传统物理系统相比,CPS的一个重要优势在于可以借助传感器网络和通信网络获得全面而详细的系统信息。这些信息通过多个不同的通信网络(如Internet、电力系统专用通信网络、无线通信网络)集成到CPS的控制中心。CPS将物理系统和信息系统作为一个整体进行综合分析和仿真,通过综合仿真可以显式评估信息系统与物理过程的相互影响,从而能够更准确地刻画出CPS作为一个系统的整体行为特征。这种分析和仿真方式是CPS区别于传统物理系统的最重要特征之一。

2)信息集成、共享和协同

在CPS中传感器网络将不断地采集数据并汇总到CPS控制中心,对于大规模CPS,如此产生的数据量将非常惊人。海量数据流的传输、集成和存储是现有的行业信息系统无法解决的,也是CPS必须具备的重要功能。

由于CPS一般覆盖广阔的地域,系统中的信息设备和物理设备一般分属于很多不同的所有者。CPS既要让参与者能及时获得需要的信息,又要确保他们只能严格地按照其权限获取信息。为CPS设计新的信息共享和协同机制是解决这一问题的关键。