电力CPS的建模、分析与控制研究

将电力系统与信息系统深度融合是实现智能电网的关键。本项目将基于信息物理融合系统(CPS)的理论与技术, 提出引入电力CPS作为智能电网的核心架构。首先为电力信息系统的核心部分建立数学模型, 并结合电力系统与电力信息系统模型发展电力CPS统一建模理论。在此基础上，研究电力CPS的稳态和动态分析方法, 以及电力信息系统的信息采集、信息传输、信息处理能力等分析方法；研究电力CPS的可靠性和安全性分析方法；研究电力CPS联网控制方法, 分析电力信息系统性能对联网控制的影响, 发展多种控制方法相结合的联网控制策略。最终目标是建立电力CPS核心理论框架, 发展完整的电力CPS建模、分析和运行控制方法体系。研究成果将为电力系统与信息系统相互融合提供重要理论与技术支持；有助于深入理解电力系统和电力信息系统的相互影响，以及两者作为一个统一系统的整体行为特征；对智能电网的最终实现具有重要理论意义和应用价值。

(1)电力信息系统中脆弱性的定量评估。本研究针对电力系统中的网络攻击问题，分析了不同网络攻击对电力系统的潜在影响，考虑了攻击者和防御者的可行策略，采用博弈论的方法评估了电力CPS中不同智能电子设备（IED）被攻击的概率，最后提出脆弱性邻接矩阵对电力信息系统脆弱性进行了定量评估。.(2)研究了信息安全风险在电力CPS中的传播机制。首先，阐述了电力CPS中信息安全风险跨空间传播的基本形式，指出智能终端设备是安全风险跨空间传播的必经之路；之后，根据电力CPS的特点和细胞自动机理论的特征，建立了电力CPS中信息物理安全风险的传播模型。.(3)如何构建电动汽车智能网络控制系统, 以利用双向信息交互实现有效控制电动汽车的充放电行为并使其能够为电力系统提供调频和旋转备用等服务是值得研究的重要问题，也是CPS应用的一个主要领域。构造了电动汽车智能网络控制系统的总体架构和各分层的结构, 阐述了主要功能, 然后提出了充放电决策控制模型和决策机制框架, 并参考移动通信系统的机理设计了一套电动汽车智能网络充放电控制和移动漫游管理通讯机制。.(4)在CPS平台上，适于开展网络化控制。大量电动汽车接入会对电力系统的动态特性如频率调整产生明显影响, 适当控制电动汽车充放电行为有助于系统对负荷波动做出更快速响应和增强系统消纳风电等间歇性可再生能源发电的能力。考虑到大量电动汽车分散运行的特性, 采用网络化控制 (Networked Control) 比较合适，这是CPS的一个主要应用领域。基于这样的考虑, 着重研究电动汽车参与系统调频的网络化控制方法, 并考察通信延时对系统动态性能甚至稳定性可能产生的负面影响。.(5)基于电力CPS统一模型的电动汽车充换电站通信性能仿真。本研究首先对充换电站通信网络中各类数据的特点进行了详细分析和建模；其后，基于微分代数方程组和有穷自动机等工具建立了不同传输策略下通信网络的传输模型和网络协议模型，通过建模展示了电力信息系统中信息采集、传输、处理等环节。.(6)基于CPS的能源互联网研究。本研究首先概述了能源互联网的基本架构及其组成。随后，针对广域内分布式设备的协调与控制、电力系统与交通系统的融合、电力系统与天然气网络的融合、电力CPS安全等几个核心问题，探讨了能源互联网研究中可能面临的主要挑战。