电网信息物理系统的关键技术及其进展

　　摘要：信息物理系统旨在通过物理与信息系统的互通与深度融合，实现超越传统应用系统的运行效果与性能水平。电网信息物理系统是其在电网领域的拓展和应用，该文阐述了电网信息物理系统的概念及研究现状，提出了由4个关键技术组成的研究体系，包括：电网信息物理融合建模技术、电网信息物理系统分析方法、基于融合模型的电网控制技术、基于融合模型的形式化验证。在此基础上，展望了电网信息物理系统在能源互联网、主动配电网以及传统电网中的应用。

　　关键词：能源互联网；信息物理系统；电网信息物理系统；混合系统建模；主动配电网

　　0引言

　　能源互联网被称为第三次工业革命的核心技术，现已成为当今学术界与产业界的一项新的研究热点[1]。借助信息互联网技术充分广泛且有效地利用分布式能源、满足能源消费者多样化需求并可与之互动的一种新型能源体系结构，其核心技术是信息系统与物理系统的紧密融合，被认为是电力系统的未来发展方向。

　　1CPS技术现状

　　1.1信息物理系统的基本概念如图1所示[15]，信息物理系统CPS可理解为离散化数据结构为基础的计算机科学，与描述分析物理系统连续过程的系统性理论在工业系统中的共同应用，体现出网络化计算资源与物理世界之间深度结合的特点。

　　1.2嵌入式系统应用与验证

　　无论CPS采用何种系统架构，凸显何种系统特性，本质目标是更好地实施对物理系统的分析与控制，嵌入式系统承担着现代工业及日常生活的绝大多数控制任务。

　　2电网CPS主要特征

　　电网是规模最大也是最复杂的互联系统之一，是典型的信息物理融合系统研究对象，电网CPS旨在充分反映电网运行的物理过程和信息过程，体现两者融合机理和相互作用机制，以期通过更高级的控制方式提升系统整体性能并优化全局系统运行，提高能源利用率、设备利用潜力及系统可靠性、安全性和稳定性。

　　3电网CPS关键技术

　　3.1电网信息物理融合建模

　　电网CPS关键技术涵盖建模、分析、控制、验证等多个方面，形成从机理分析到应用方法研究的一个完整的技术体系。

　　3.2电网信息物理系统分析

　　电网信息物理系统的分析方法依赖于电网CPS融合模型，实现基于自主感知、采集传输、计算处理、协同交互等功能，并对电网运行状态信息进行深入分析和评估[42]。

　　5结论

　　电网CPS是对电网能源管理长远变革的基础，将深刻转变传统的电网研究视角和应用格局，在当前“工业4.0”和“互联网+”的潮流推动下，电网CPS不仅在自身领域实现技术突破，更将是形成以电网为核心的能源、工业互联互通体系的技术基础。电网CPS融合建模技术构成研究基础，揭示融合机理；电网信息物理系统分析为探寻海量信息和复杂物理变量条件下的电网运行特性提供了方法和工具；基于融合模型的电网控制实现了信息控制与物理世界的同步演进及智能化网络控制；基于融合模型的形式化验证提供了静态逻辑和动态系统性能的校验评估方法。电网CPS理论与实践的突破将大大促进能源互联网、主动配电网以及传统电网的应用与发展。

　　参考文献

　　[1]杰里米·里夫金．第三次工业革命[M]．张体伟，孙豫宁，译．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．

　　刘东1，盛万兴2，王云1，陆一鸣2，孙辰

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