電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其進展

　　摘要：信息物理系統(tǒng)旨在通過物理與信息系統(tǒng)的互通與深度融合，實現(xiàn)超越傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的運行效果與性能水平。電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)是其在電網(wǎng)領(lǐng)域的拓展和應(yīng)用，該文闡述了電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的概念及研究現(xiàn)狀，提出了由4個關(guān)鍵技術(shù)組成的研究體系，包括：電網(wǎng)信息物理融合建模技術(shù)、電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)分析方法、基于融合模型的電網(wǎng)控制技術(shù)、基于融合模型的形式化驗證。在此基礎(chǔ)上，展望了電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)、主動配電網(wǎng)以及傳統(tǒng)電網(wǎng)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；信息物理系統(tǒng)；電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)；混合系統(tǒng)建模；主動配電網(wǎng)

　　0引言

　　能源互聯(lián)網(wǎng)被稱為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，現(xiàn)已成為當今學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的一項新的研究熱點[1]。借助信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分廣泛且有效地利用分布式能源、滿足能源消費者多樣化需求并可與之互動的一種新型能源體系結(jié)構(gòu)，其核心技術(shù)是信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的緊密融合，被認為是電力系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。

　　1CPS技術(shù)現(xiàn)狀

　　1.1信息物理系統(tǒng)的基本概念如圖1所示[15]，信息物理系統(tǒng)CPS可理解為離散化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的計算機科學，與描述分析物理系統(tǒng)連續(xù)過程的系統(tǒng)性理論在工業(yè)系統(tǒng)中的共同應(yīng)用，體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化計算資源與物理世界之間深度結(jié)合的特點。

　　1.2嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與驗證

　　無論CPS采用何種系統(tǒng)架構(gòu)，凸顯何種系統(tǒng)特性，本質(zhì)目標是更好地實施對物理系統(tǒng)的分析與控制，嵌入式系統(tǒng)承擔著現(xiàn)代工業(yè)及日常生活的絕大多數(shù)控制任務(wù)。

　　2電網(wǎng)CPS主要特征

　　電網(wǎng)是規(guī)模最大也是最復(fù)雜的互聯(lián)系統(tǒng)之一，是典型的信息物理融合系統(tǒng)研究對象，電網(wǎng)CPS旨在充分反映電網(wǎng)運行的物理過程和信息過程，體現(xiàn)兩者融合機理和相互作用機制，以期通過更高級的控制方式提升系統(tǒng)整體性能并優(yōu)化全局系統(tǒng)運行，提高能源利用率、設(shè)備利用潛力及系統(tǒng)可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

　　3電網(wǎng)CPS關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1電網(wǎng)信息物理融合建模

　　電網(wǎng)CPS關(guān)鍵技術(shù)涵蓋建模、分析、控制、驗證等多個方面，形成從機理分析到應(yīng)用方法研究的一個完整的技術(shù)體系。

　　3.2電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)分析

　　電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的分析方法依賴于電網(wǎng)CPS融合模型，實現(xiàn)基于自主感知、采集傳輸、計算處理、協(xié)同交互等功能，并對電網(wǎng)運行狀態(tài)信息進行深入分析和評估[42]。

　　5結(jié)論

　　電網(wǎng)CPS是對電網(wǎng)能源管理長遠變革的基礎(chǔ)，將深刻轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的電網(wǎng)研究視角和應(yīng)用格局，在當前“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的潮流推動下，電網(wǎng)CPS不僅在自身領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，更將是形成以電網(wǎng)為核心的能源、工業(yè)互聯(lián)互通體系的技術(shù)基礎(chǔ)。電網(wǎng)CPS融合建模技術(shù)構(gòu)成研究基礎(chǔ)，揭示融合機理；電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)分析為探尋海量信息和復(fù)雜物理變量條件下的電網(wǎng)運行特性提供了方法和工具；基于融合模型的電網(wǎng)控制實現(xiàn)了信息控制與物理世界的同步演進及智能化網(wǎng)絡(luò)控制；基于融合模型的形式化驗證提供了靜態(tài)邏輯和動態(tài)系統(tǒng)性能的校驗評估方法。電網(wǎng)CPS理論與實踐的突破將大大促進能源互聯(lián)網(wǎng)、主動配電網(wǎng)以及傳統(tǒng)電網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展。

　　參考文獻

　　[1]杰里米·里夫金．第三次工業(yè)革命[M]．張體偉，孫豫寧，譯．北京：中信出版社，2012：46-56．RifkinJ．TheThirdIndustrialRevolution[M]．TranslatedbyZhangTiwei，SunYuning．Beijing：ChinaCiticPress，2012：42-56(inChinese)．

　　[2]RajkumarR，LeeI，ShaL，etal．Cyber-physicalsystems：thenextcomputingrevolution[C]//Proceedingsofthe47thACM/IEEEDesignAutomationConference．Anaheim,CA，IEEE，2010：731-736．

　　[3]KyoungDaeKimKD，P．R．KumarPR．Cyber-physicalsystems：aperspectiveatthecentennial[J]．ProceedingsoftheIEEE，2012，100：1287-1380．

　　劉東1，盛萬興2，王云1，陸一鳴2，孫辰

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