电力CPS的架构及其实现技术与挑战

王维 赵明颖

（国网七台河供电公司 黑龙江省七台河市 154600）

电力CPS的架构及其实现技术与挑战

王维 赵明颖

（国网七台河供电公司 黑龙江省七台河市 154600）

电力CPS结合了多种电力手段，进而通过整体有效结合实现智能电网的高效运作，同时对于各种大型电力工程来说也是有所助力的，结合计算机，网络，物理环境等综合方面的技术为工程提供了信息的实时动态，在应用过程上看似非常有效的措施，本文首先对其定义进行简明了解，进而又结合电力CPS技术等方面的特征进行了探讨，旨在提高人们对于CPS的认识，提高我国电力智能化进程。

电力CPS；架构；电力系统；智能电网

引言

近年来，在电力行业，智能电网的构建与组成并不陌生，其灵活与高效性能一直备受关注，同时在安全方面，智能电网也是非常不错的选择，本文主要研究一种智能电网中的新技术，信息物理融合系统。通过对其了解，进一步提高智能电网有效运行，提高可持续发展。下面具体分析这种新途径。

1 CPS的定义和功能

CPS是通过计算机，网络，传感加上物理设备组成，这些设备之间是互联的，并且在电力工作过程是有效的整体，通过这些方式的结合形成了电力系统的综合效率。其次是系统的计算与处理是结合的，这种相互影响是存在于计算机与物理设备之间的，对于具体的体现尚未明确，从目前来看计算机系统与物理系统仍然是独立存在的，CPS是为了更好的融合两者关系，进而通过具体措施实现信息系统和物理系统的结合，这也是CPS研究的目标，属于新的研究方式，所以应该被重视起来。

2 电力CPS的构成

2.1 控制中心

电力CPS的控制中心十分重要，作为电力系统的综合调度中心，也是CPS的核心所在。控制中心包含了各种电力CPS涉及到的设备，其功能主要是采集整理数据，并修正系统运行，通过建立模型进行仿真实验，同时对于各种物理设备进行监控，监控过程进行相关的物理设备调试与完善，在通过信息的转换与互联实现与CPS的其他系统的互通，最后达到与外部CPS实现协作，也会结合网络技术时时进行区域性电网进行监控，也会获取相关的自然环境与天气情况时时互联。

2.2 分布式计算设备

电力CPS是要结合计算机处理器进行分析的，所以对于海量的信息，必须有强大的系统信息处理设备作为有效支持，进而实现对于物理设备的最大化监控，在讨论过程我们也发现传统的信息处理能力无法与电力CPS对比，电力CPS对于信息处理能力要求更高些。基于这种基础，通过大数据的云计算，网格计算平台等，可以实现并获得有效的帮助，是电力CPS发展过程重要组成。

2.3 通信网络

电力CPS的通信网络是专用的，也是开发过程必须重视的，对于电力系统来说，有效的通信网络支持是必要的，专用的网络、有线或无线网络都是必要组成，这三个部分必须进行合理组成。电力系统工程在工作运行过程，对于控制数据与采集数据的要求高，所以一般的通信网络无法满足电力CPS通信，这点必须给予重视，进而实现有效CPS通信。

2.4 输电、配电网络

在电力发展过程我们看到未来输电、配电网络的构建过程需要有个强大的传感器作为基础，并且传感器的数量也必须增加，对于电力CPS来说，配电网中的各个物理设备之间是灵活采用的，是可以通过控制中心进行管理的，这种大规模的电力系统实施，也可以运用变电站的协调控制，进而提高控制各种输电的有效进行。

2.5 电源和负荷

电力CPS中的分布式电源和各种负荷设备未来都可以给每个接入CPS的物理设备分配唯一的网络地址，从而实现对物理设备的自动识别和搜索。控制中心可以在必要时直接控制分布式电源和各种负荷设备。在被迫切负荷时，控制中心可以选择断开部分次要负荷设备（如部分智能家电），而不是中断对一个区域的供电，以减少停电波及范围、提高供电可靠性和用户的满意程度。

3 实现电力CPS的关键技术

可以用于实现电力CPS的几个关键技术如下：

3.1 全局优化与局部控制的协同技术。

电力CPS的最终目的是能够实现整个系统的全局最优控制。控制目标可以为系统总发电成本最小、社会总用电效益最大、网损最小、总碳排放量最小等。由于未来电力CPS中需要控制的设备数量会明显超过目前的电力系统，实现集中最优控制所需的计算量就会非常惊人，因此不能完全依靠集中控制方式，而必须把集中控制与分散控制结合起来解决问题。电力CPS可通过各种嵌入式控制系统对物理设备进行局部控制。控制中心可以通过在线调整控制系统的参数和在必要时直接控制物理设备来协调整个系统。

3.2 大规模分布式计算

大规模分布式计算技术如云计算是解决电力CPS计算问题的有效途径。利用云计算技术可以有效整合系统中现有的计算资源，为各种分析计算任务提供强大的计算与存储能力支持。云计算能支持各种异构计算资源，与集中式的超级计算机相比，其可扩展性很强，且可以在现有计算能力不足时方便地升级。与传统的计算模式相比，云计算还具有便于信息集成和分析，便于软件系统的开发、维护和使用等优点。此外，基于云计算的分布式计算模式也与电力CPS集中控制与分散控制相结合的模式比较吻合。

3.3 CPS通信协议

CPS是一种新型网络系统，因此就需要为其构造专门的网络通信协议栈。学术界已经提出了针对CPS的通信协议栈，以CPI协议栈为例，其继承了传统TCP/IP协议栈的5层结构（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层），并针对CPS的特点（如实时性要求高、结构灵活等）进行了相应调整；此外，在应用层之上增添了专门针对CPS的信息物理层以描述物理系统的特征与动态。

4 结束语

CPS是在电力系统中属于一种的新型网络系统。包含了计算设备和通信网络，同时也必须要有传感设备和物理设备进行结合，CPS实现了数据的联通，同时也可以通过系统数据构建模式运行环境，对于有效的电力系统运行分析有着很大促进作用。同时我们在发展电力CPS的时候更要结合实际因素，从基础理论出发，进行模拟实践，从而找到更加适合的结合措施，不断提高CPS技术发展。

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[3]赵飒，孟祥，沈澍东.探讨信息对电力系统安全的影响[J].信息技术，2015，10：134～137.

TM76

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1004-7344（2016）11-0056-01

2016-3-26