電力CPS的建模、分析與控制研究

《電力CPS的建模、分析與控制研究》是依託浙江大學，由文福拴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電力CPS的建模、分析與控制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：文福拴
• 項目類別：面上項目

項目摘要

將電力系統與信息系統深度融合是實現智慧型電網的關鍵。本項目將基於信息物理融合系統(CPS)的理論與技術, 提出引入電力CPS作為智慧型電網的核心架構。首先為電力信息系統的核心部分建立數學模型, 並結合電力系統與電力信息系統模型發展電力CPS統一建模理論。在此基礎上，研究電力CPS的穩態和動態分析方法, 以及電力信息系統的信息採集、信息傳輸、信息處理能力等分析方法；研究電力CPS的可靠性和安全性分析方法；研究電力CPS聯網控制方法, 分析電力信息系統性能對聯網控制的影響, 發展多種控制方法相結合的聯網控制策略。最終目標是建立電力CPS核心理論框架, 發展完整的電力CPS建模、分析和運行控制方法體系。研究成果將為電力系統與信息系統相互融合提供重要理論與技術支持；有助於深入理解電力系統和電力信息系統的相互影響，以及兩者作為一個統一系統的整體行為特徵；對智慧型電網的最終實現具有重要理論意義和套用價值。

結題摘要

(1)電力信息系統中脆弱性的定量評估。本研究針對電力系統中的網路攻擊問題，分析了不同網路攻擊對電力系統的潛在影響，考慮了攻擊者和防禦者的可行策略，採用博弈論的方法評估了電力CPS中不同智慧型電子設備（IED）被攻擊的機率，最後提出脆弱性鄰接矩陣對電力信息系統脆弱性進行了定量評估。 (2)研究了信息安全風險在電力CPS中的傳播機制。首先，闡述了電力CPS中信息安全風險跨空間傳播的基本形式，指出智慧型終端設備是安全風險跨空間傳播的必經之路；之後，根據電力CPS的特點和細胞自動機理論的特徵，建立了電力CPS中信息物理安全風險的傳播模型。 (3)如何構建電動汽車智慧型網路控制系統, 以利用雙向信息互動實現有效控制電動汽車的充放電行為並使其能夠為電力系統提供調頻和旋轉備用等服務是值得研究的重要問題，也是CPS套用的一個主要領域。構造了電動汽車智慧型網路控制系統的總體架構和各分層的結構, 闡述了主要功能, 然後提出了充放電決策控制模型和決策機制框架, 並參考移動通信系統的機理設計了一套電動汽車智慧型網路充放電控制和移動漫遊管理通訊機制。 (4)在CPS平台上，適於開展網路化控制。大量電動汽車接入會對電力系統的動態特性如頻率調整產生明顯影響, 適當控制電動汽車充放電行為有助於系統對負荷波動做出更快速回響和增強系統消納風電等間歇性可再生能源發電的能力。考慮到大量電動汽車分散運行的特性, 採用網路化控制 (Networked Control) 比較合適，這是CPS的一個主要套用領域。基於這樣的考慮, 著重研究電動汽車參與系統調頻的網路化控制方法, 並考察通信延時對系統動態性能甚至穩定性可能產生的負面影響。 (5)基於電力CPS統一模型的電動汽車充換電站通信性能仿真。本研究首先對充換電站通信網路中各類數據的特點進行了詳細分析和建模；其後，基於微分代數方程組和有窮自動機等工具建立了不同傳輸策略下通信網路的傳輸模型和網路協定模型，通過建模展示了電力信息系統中信息採集、傳輸、處理等環節。 (6)基於CPS的能源網際網路研究。本研究首先概述了能源網際網路的基本架構及其組成。隨後，針對廣域內分散式設備的協調與控制、電力系統與交通系統的融合、電力系統與天然氣網路的融合、電力CPS安全等幾個核心問題，探討了能源網際網路研究中可能面臨的主要挑戰。