电力信息物理融合系统研究与分析初步

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1、电力信息物理融合系统研究与分析初步【摘要】嵌入式系统、计算机技术、网络通信技术的快速发展使构建未来智能电网成为了可能，基于信息物理系统(CPS)技术构建电力信息物理融合系统(CPPS)为实现未来智能电网提供了新的思路。本文对CPPS平台进行了初步研究分析，介绍了应用于CPPS中的同步PMU技术、开放式通信网络、分布式控制。【关键词】CPPS；同步PMU；开放式通信；分布式控制[Abstract】Theconstructionoffuturesmartgridbecameachievableduetotherapiddevelopmentofembedd

2、edsystem，computingtechnologyandcommunicationstechnology.ModelingofCyber-PhysicalPowerSystemwhichbasedonCPStechnologygaveanewwaytobuildthefuturesmartgrid.TheplatformofCPPSwasstudiedandanalyzedinapreliminarystep.SynchronousPMU,opencommunicationnetwork,distributedcontrolwhichwasapp

3、liedtoCPPSwasintroduced.【Keywords】CPPS；SynchronousPMU；Opencommunicationnetwork；Distributedcontrol0引言受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量(QoS)要求的不断提高，当代电力系统不再符合社会的发展需求，智能电网(SmartGrid)成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：1)分布式电源(DistributedGeneration,DG)大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向

4、流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。2)电力用户对电能质量(QoS)要求的不断提高。现代社会短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电事故更是给社会带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统(CyberPhysicalSystem,CPS)技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系；第2部分介绍了电力信息物理融合系统(Cyber-PhysicalPowerSystem,CP

5、PS)的硬件平台模型；第3部分介绍了同步相量测量装置(PhasorMeasurementUnits,PMU)技术；第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析；第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍；最后第6部分做出全文总结。1CPS与智能电网的相互关系CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其最终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的无线传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理

6、系统实现自主协调、远程精确控制的目标［1］。CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用［2］。将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统(Cyber-PhysicalPowerSystem,CPPS)的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM中国公司高级电力专家MartinHauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时

7、监控;然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合；最后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的［3-4］o从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，最终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。2CPPS的硬件平台架构基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电

8、网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。传统的电力系统监测手段主要有