電力CPS的架構及其實現技術與挑戰

王維 趙明穎

（國網七臺河供電公司 黑龍江省七臺河市 154600）

電力CPS的架構及其實現技術與挑戰

王維 趙明穎

（國網七臺河供電公司 黑龍江省七臺河市 154600）

電力CPS結合了多種電力手段，進而通過整體有效結合實現智能電網的高效運作，同時對于各種大型電力工程來說也是有所助力的，結合計算機，網絡，物理環境等綜合方面的技術為工程提供了信息的實時動態，在應用過程上看似非常有效的措施，本文首先對其定義進行簡明了解，進而又結合電力CPS技術等方面的特征進行了探討，旨在提高人們對于CPS的認識，提高我國電力智能化進程。

電力CPS；架構；電力系統；智能電網

引言

近年來，在電力行業，智能電網的構建與組成并不陌生，其靈活與高效性能一直備受關注，同時在安全方面，智能電網也是非常不錯的選擇，本文主要研究一種智能電網中的新技術，信息物理融合系統。通過對其了解，進一步提高智能電網有效運行，提高可持續發展。下面具體分析這種新途徑。

1 CPS的定義和功能

CPS是通過計算機，網絡，傳感加上物理設備組成，這些設備之間是互聯的，并且在電力工作過程是有效的整體，通過這些方式的結合形成了電力系統的綜合效率。其次是系統的計算與處理是結合的，這種相互影響是存在于計算機與物理設備之間的，對于具體的體現尚未明確，從目前來看計算機系統與物理系統仍然是獨立存在的，CPS是為了更好的融合兩者關系，進而通過具體措施實現信息系統和物理系統的結合，這也是CPS研究的目標，屬于新的研究方式，所以應該被重視起來。

2 電力CPS的構成

2.1 控制中心

電力CPS的控制中心十分重要，作為電力系統的綜合調度中心，也是CPS的核心所在。控制中心包含了各種電力CPS涉及到的設備，其功能主要是采集整理數據，并修正系統運行，通過建立模型進行仿真實驗，同時對于各種物理設備進行監控，監控過程進行相關的物理設備調試與完善，在通過信息的轉換與互聯實現與CPS的其他系統的互通，最后達到與外部CPS實現協作，也會結合網絡技術時時進行區域性電網進行監控，也會獲取相關的自然環境與天氣情況時時互聯。

2.2 分布式計算設備

電力CPS是要結合計算機處理器進行分析的，所以對于海量的信息，必須有強大的系統信息處理設備作為有效支持，進而實現對于物理設備的最大化監控，在討論過程我們也發現傳統的信息處理能力無法與電力CPS對比，電力CPS對于信息處理能力要求更高些。基于這種基礎，通過大數據的云計算，網格計算平臺等，可以實現并獲得有效的幫助，是電力CPS發展過程重要組成。

2.3 通信網絡

電力CPS的通信網絡是專用的，也是開發過程必須重視的，對于電力系統來說，有效的通信網絡支持是必要的，專用的網絡、有線或無線網絡都是必要組成，這三個部分必須進行合理組成。電力系統工程在工作運行過程，對于控制數據與采集數據的要求高，所以一般的通信網絡無法滿足電力CPS通信，這點必須給予重視，進而實現有效CPS通信。

2.4 輸電、配電網絡

在電力發展過程我們看到未來輸電、配電網絡的構建過程需要有個強大的傳感器作為基礎，并且傳感器的數量也必須增加，對于電力CPS來說，配電網中的各個物理設備之間是靈活采用的，是可以通過控制中心進行管理的，這種大規模的電力系統實施，也可以運用變電站的協調控制，進而提高控制各種輸電的有效進行。

2.5 電源和負荷

電力CPS中的分布式電源和各種負荷設備未來都可以給每個接入CPS的物理設備分配唯一的網絡地址，從而實現對物理設備的自動識別和搜索。控制中心可以在必要時直接控制分布式電源和各種負荷設備。在被迫切負荷時，控制中心可以選擇斷開部分次要負荷設備（如部分智能家電），而不是中斷對一個區域的供電，以減少停電波及范圍、提高供電可靠性和用戶的滿意程度。

3 實現電力CPS的關鍵技術

可以用于實現電力CPS的幾個關鍵技術如下：

3.1 全局優化與局部控制的協同技術。

電力CPS的最終目的是能夠實現整個系統的全局最優控制。控制目標可以為系統總發電成本最小、社會總用電效益最大、網損最小、總碳排放量最小等。由于未來電力CPS中需要控制的設備數量會明顯超過目前的電力系統，實現集中最優控制所需的計算量就會非常驚人，因此不能完全依靠集中控制方式，而必須把集中控制與分散控制結合起來解決問題。電力CPS可通過各種嵌入式控制系統對物理設備進行局部控制。控制中心可以通過在線調整控制系統的參數和在必要時直接控制物理設備來協調整個系統。

3.2 大規模分布式計算

大規模分布式計算技術如云計算是解決電力CPS計算問題的有效途徑。利用云計算技術可以有效整合系統中現有的計算資源，為各種分析計算任務提供強大的計算與存儲能力支持。云計算能支持各種異構計算資源，與集中式的超級計算機相比，其可擴展性很強，且可以在現有計算能力不足時方便地升級。與傳統的計算模式相比，云計算還具有便于信息集成和分析，便于軟件系統的開發、維護和使用等優點。此外，基于云計算的分布式計算模式也與電力CPS集中控制與分散控制相結合的模式比較吻合。

3.3 CPS通信協議

CPS是一種新型網絡系統，因此就需要為其構造專門的網絡通信協議棧。學術界已經提出了針對CPS的通信協議棧，以CPI協議棧為例，其繼承了傳統TCP/IP協議棧的5層結構（物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層），并針對CPS的特點（如實時性要求高、結構靈活等）進行了相應調整；此外，在應用層之上增添了專門針對CPS的信息物理層以描述物理系統的特征與動態。

4 結束語

CPS是在電力系統中屬于一種的新型網絡系統。包含了計算設備和通信網絡，同時也必須要有傳感設備和物理設備進行結合，CPS實現了數據的聯通，同時也可以通過系統數據構建模式運行環境，對于有效的電力系統運行分析有著很大促進作用。同時我們在發展電力CPS的時候更要結合實際因素，從基礎理論出發，進行模擬實踐，從而找到更加適合的結合措施，不斷提高CPS技術發展。

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[3]趙颯，孟祥，沈澍東.探討信息對電力系統安全的影響[J].信息技術，2015，10：134～137.

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1004-7344（2016）11-0056-01

2016-3-26