專網通信世界-中國電力通信網訊:1、研究背景
近年來,在世界范圍內的節能減排浪潮和信息技術快速發展的推動下,電力系統正在發生深刻的變革。智能電網的研究已成為電力工業界和學術界關注的焦點,并已在部分國家進入前期發展或工程示范階段。
推動智能電網發展的主要動力在于促進間歇式可再生能源、電動汽車等新型負荷和各種儲能設備的并網與優化調度,以及用戶側更廣泛和深入的參與。此外,智能電網還具有高效、可自愈、高可靠性和高安全性等主要特征。要實現上述目標,就必須首先實現信息在電力系統內的雙向流動和有效利用,并在此基礎上提高對系統的感知和控制能力。因此,引入新的計算、通信和傳感技術,并實現信息系統和電力系統更緊密的融合與協作將是實現電力系統智能化的關鍵。
信息物理融合系統(cyberphysicalsystem,CPS)的提出與發展為促進電力一次系統與電力信息系統的深度融合,并最終實現電網智能化的目標提供了新的思路和實現途徑。CPS是將計算資源與物理系統深度融合所構成的新型系統。由于CPS對于經濟和技術發展具有重要意義,美國等主要發達國家都將其列為優先開展的研究領域。在中國,國家自然科學基金、科技部“973”計劃和“863”計劃均已將CPS列為重點資助領域。
2、CPS概述
2.1CPS的定義和功能
CPS是具有下列特點的系統:
1)該系統由計算設備、通信網絡、傳感設備與物理設備共同組成。所有設備相互協同和相互影響,共同決定整個系統的功能和行為特征。
2)由于系統的計算/信息處理過程與物理過程緊密結合并相互影響,這導致無法區分系統的某個行為究竟是計算過程還是物理過程作用的結果。
因此,實現計算/信息系統與物理系統的融合是CPS研究最核心的目標。
CPS應具有下列幾個重要功能:
1)信息與物理系統的實時監控和綜合仿真
與傳統物理系統相比,CPS的一個重要優勢在于可以借助傳感器網絡和通信網絡獲得全面而詳細的系統信息。這些信息通過多個不同的通信網絡(如Internet、電力系統專用通信網絡、無線通信網絡)集成到CPS的控制中心。CPS將物理系統和信息系統作為一個整體進行綜合分析和仿真,通過綜合仿真可以顯式評估信息系統與物理過程的相互影響,從而能夠更準確地刻畫出CPS作為一個系統的整體行為特征。這種分析和仿真方式是CPS區別于傳統物理系統的最重要特征之一。
2)信息集成、共享和協同
在CPS中傳感器網絡將不斷地采集數據并匯總到CPS控制中心,對于大規模CPS,如此產生的數據量將非常驚人。海量數據流的傳輸、集成和存儲是現有的行業信息系統無法解決的,也是CPS必須具備的重要功能。
由于CPS一般覆蓋廣闊的地域,系統中的信息設備和物理設備一般分屬于很多不同的所有者。CPS既要讓參與者能及時獲得需要的信息,又要確保他們只能嚴格地按照其權限獲取信息。為CPS設計新的信息共享和協同機制是解決這一問題的關鍵。
