电力CPS研究综述

颜 诚 吴文宣 范元亮 蔡金锭



电力CPS研究综述

颜 诚1,3吴文宣2范元亮3蔡金锭1

（1. 福州大学电气工程与自动化学院，福州 350108； 2. 福建省电力有限公司，福州 350001； 3. 福建省电力科学研究院，福州 350007）

电力信息物理融合系统（CPS）是电力系统的一个全新领域，并对国民经济和社会发展影响重大。本文首先介绍了电力CPS的概念、特征和结构模型，接着从基础理论和应用研究两方面综述了电力CPS的研究现状，包括建模理论、系统框架、仿真技术、安全性与可靠性及能源互联网等方面，最后，总结了电力CPS的几点发展趋势，并提出了发展建议。

电力CPS；建模仿真；安全性；可靠性；能源互联网

随着信息技术的快速发展以及全球对节能减排的持续关注，电力系统已经开始发生变革。相比传统电网，智能电网具有以下几个优点[1]：高效、可自愈、高可靠性和高安全性。智能电网也越来越受到关注。智能电网具有大量的传感设备并高度依赖通信网络，而传统的电力系统建模、分析、优化与控制方法体系将电力一次系统和电力信息系统相互割裂，不能满足智能电网的发展。信息物理融合系统（cyber physical system, CPS）的提出与发展对促进物理系统与电力信息系统的深度融合，并为最终实现电网智能化的目标提供了新的思路与途径。CPS是将计算资源与物理系统深度融合所构成的新型系统[1-9]。

电力CPS是一个全新的领域，考虑到电力CPS与国民经济和社会发展关系重大，国内外已经掀起了研究电力CPS的热潮，我国也开始对电力CPS的研究，国家自然科学基金、科技部973计划和863计划都已将CPS列为重点资助领域。然而，目前业界对于电力CPS的研究成果却依然非常稀少，研究者可以借鉴的资料还非常有限，因此有必要对电力CPS进行深入研究。

基于上述背景，本文阐述了电力CPS的概念、功能及基本结构，并查阅现有国内外文献，对电力CPS的研究现状进行了综述，最后总结了电力CPS的发展趋势并提出了相关建议。

1 电力CPS概述

1.1 CPS的定义

信息物理融合系统（CPS）是通过计算、通信与控制技术的有机与深度融合，实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的新一代智能系统[1]。文献[1]中给出的CPS的诸多特点，将使CPS具有明显强于现有工业系统的适应性、灵活性、安全性和可靠性。从长远来看，所有物理系统均可以联网成为CPS的一部分。CPS的框架结构如图1所示。

图1 CPS的框架结构

1.2 电力CPS介绍

随着电力系统通信智能与配电自动化等领域的飞速发展，未来的电力系统不仅仅局限于物理系统，更需要考虑通信网络及其与物理系统的关系，因此，利用CPS的巨大优势，在CPS的基础上发展电力CPS符合未来电力系统的发展需求。作为CPS在电力系统领域中的应用，电力CPS继承了CPS大规模、分布式、异构等特点，可以实现计算、通信、传感和控制等功能。在此基础上实现支持可再生能源和分布式能源、高可靠性和安全性、支持用户侧参与等是电力CPS必须具备的功能。

1）电力CPS定义和功能

目前业界尚没有对电力CPS给出统一的定义。本文将电力CPS定义为：充分融合电力系统物理网络与信息网络的多维异构系统，通过计算设备、传感设备、通信设备、物理设备等的相互协同，实现电力系统运行性能的最优化[2]。

作为新一代电力系统的基本架构和未来统一CPS的子系统，电力CPS必须能够实现计算、通信、传感、控制和电力系统的无缝集成，并可在统一的通信和接口标准下与其他CPS子系统实现信息共享和协作。由于智能电网的各种“智能化”属性必须依靠先进信息技术才能实现，电力CPS概念的提出是智能电网概念不断完善的结果[3]。在满足传统电力系统功能的基础上，结合CPS和智能电网的特点，电力CPS还应具有如下功能：

（1）具有智能电网要求的可靠性、自愈性、互动性以及支持用户侧参与等功能。

（2）对大电网中所有物理实体和信息系统统一控制和全局优化的功能。

（3）能够实现电力系统中的物理系统和信息系统的实时监控和交互式综合计算。

（4）能够实现电力物理系统和信息系统间的无缝集成。

（5）在电力CPS融合海量系统运行、装置和外部信息的基础上实现全系统状态感知。

（6）满足装置“即插即用”，能实现集中控制与分散控制。

（7）能够方便实现系统拓展以及与其他CPS系统的融合。

2）电力CPS的体系结构

考虑电力系统的特点，现将电力CPS的整体模型结构描述如图2所示[4]。

图2 电力CPS的整体模型

图2中的虚线表示信息流，实线则表示电能流。从图2可以得出，电力CPS的组成部分主要有：①大量的计算设备（服务器、计算机、嵌入式计算设备等）；②数据采集设备（传感器、PMU、嵌入式数据采集设备等）；③物理设备（大型发电机组、分布式电源、负荷等）。其中，各种物理设备通过输配电网络相互联接，而各种信息设备则通过通信网络相互联接。

电力CPS可以分为如下几部分：①控制中心；②分布式计算设备；③通信网络；④输电、配电网络；⑤电源和负荷。

电力CPS的上述几个部分的功能，可以参考文献[4]，不再赘述。文献[4]还给出了电力CPS研究所要面临的挑战，也就是未来的发展方向：①基础理论和系统模型；②系统仿真算法；③安全性； ④可靠性；⑤系统设计、规划与运行调度；⑥电力CPS的标准化。

2 电力CPS的研究现状

近几年，有一些学者针对CPS与电力系统的结合做了些初步的研究工作。本文结合现有文献，就电力CPS的基础理论和应用研究两方面展开分析。

2.1 电力CPS建模与仿真

1）建模基础理论

文献[5-13]对电力CPS的建模做了初步尝试。文献[10]中首先提出了电力CPS的概念。

文献[4]提出了建立电力CPS的思路和框架，并讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。首先，文献[4]概述CPS的概念、主要功能和技术特征；接着，构造了电力CPS的架构和主要组成部分，指出了实现电力CPS若干关键技术；最后，从基础理论、建模方法、仿真算法、安全性分析可靠性分析系统设计与规划、运行调度、标准化等方面讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。

文献[9]阐述了电力CPS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：电力CPS建模技术、电力CPS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，展望了电力CPS在能源互联网、主动配电网以及传统电网中的应用。

文献[11]对物理系统及信息故障进行分析评估后，提出了一种CPS融合建模方法。该方法将CPS系统抽象为一个有向拓扑图，运用了全系统信息—能量混成计算方法分析系统的信息—物理耦合特性，通过矩阵运算对系统的信息—能量流进行量化计算，经过计算求解得出该方法可有效提升计算速率。

现有的信息系统和电力系统是基于完全不同的理论基础建立起来的。理论基础和建模方法上的不同是电力系统和信息系统两个领域互相割裂的根本原因。因此，发展信息系统和电力系统的统一建模理论是研究电力CPS时要解决的最关键和最急迫的任务。

2）建模仿真应用

文献[11]通过融合建模方法有效提升了电力系统系统的计算速率。文献[12]从确保物理、信息模型的一一对应出发，探讨了建立单个、集成多个物理信息融合（CP）模型的方法，并将该方法运用在光伏、储能的场景上，分别建立了各自的动态物理模型和静态信息模型。在文献[12]的基础上，可以考虑对更大规模电力系统进行CP建模研究，最终解决CPS急需考虑的全局优化协调控制问题。

文献[13]以信息流动的视角，结合图论、矩阵分析等理论，提出信息流的建模思路和静态计算方法，并利用算例分析验证了该方法的可行性。就目前来说，业界对于信息流建模和计算方法的研究还微乎其微，对于电力CPS，在传统电力系统能量流的基础上，考虑信息流的建模及其对能量流的影响，是电力CPS必须面对的问题。

文献[14]综述了电力CPS建模仿真的研究，包括：面向安全评估、面向关联关系和面向实验分析三大方面。文中也提出了借鉴国外经验的必要性，国外对于CPS的研究比我国开展更早，目前研究成果也略为丰富，对国外经验的吸收，有助于我国电力CPS研究。

系统仿真是分析系统行为特征、实现系统最有控制的重要工具。针对新的系统模型，必须研究与之相适应、有效的仿真算法。考虑到电力CPS的规模和仿真计算量，研究重点将是分布式仿真算法。

2.2 系统框架体系

现有文献对于电力CPS的框架结构研究并不充分，现将已有文献综述如下。

文献[15]首先对电力CPS的体系结构展开研究。文献[16]讨论了包含通信、传感及物理实体联接的CPES体系结构。文献[17]提出了应用层、网络层、联接层、协调层、调节层和物理层的微电网CPS的6层控制体系框架，然后采用Agent技术建立微电网CPS物理端节点的Agent模型。当然，文献[17]提出的微电网CPS只是一个原型，该模型还需要进一步完善与改进。

文献[18]基于文献[17]所提出的微电网CPS架构体系，首先，提出了针对微电网CPS中电气物理设备端节点的融合模型；接着，提出一种新颖的环形协同管理机制，以满足灵活调度和管理大量物理设备端节点的信息资源；最后，基于此模型设计了微电网CPS的运行平台。文献[19]采用了包括决策层、网络层和物理层的CPS框架。文献[20]则给出了包含应用层、认知层、网络层、控制感知层和物理层的电力CPS框架。

电力CPS融合了通信系统、测量装置及通信网络等不同于传统电力系统的结构，现有的电力系统架构已经逐渐不再适用，因此对电力CPS的架构体系研究有其一定的意义，在此基础上才能更好地实现分散控制与集中控制等电力CPS的功能。

2.3 电力CPS的安全性与可靠性

鉴于安全性与可靠性两者需要兼顾，在研究电力CPS的安全性时，也自然会考虑到可靠性，因此本文将安全性和可靠性归为一类进行分析。

1）基础理论研究

文献[21-22]初步研究了电力CPS的安全性与可靠性问题。鉴于攻击方选取的攻击模式和对象因目不同而有明显差异，文献[23]对电力CPS的网络攻击分为无特定目的、以获取经济利益为目的、以破坏电网稳定为目的3类，分别进行讨论。分析了无特定目的网络攻击和信息系统自身随机失效与异常对电网的影响，讨论了智能电表和SCADA中的针对性入侵检测方法。

文献[24]先介绍电力信息物理融合系统的背景，再以乌克兰电网为例给出电力系统网络攻击实例分析。对电力CPS网络攻击进行定义和分类，然后指出其应用场合，并针对中国的电力CPS网络攻击进行研究分析。最后阐述了电力CPS网络攻击未来的几个重点研究方向：①主动响应配电网环境下的电力CPS网络攻击研究；②考虑网络攻击的电力CPS可靠性评估方法；③网络攻击环境下的电力CPS混合仿真方法。

文献[25]提出了基于攻击图的CPS安全风险评估方法。该方法将信息域与物理域作为一个整体进行建模，然后综合考虑多个跨域攻击对系统风险的影响。文献[26]则提出了一种基于改进攻击图的量化评估方法。文献[27]根据风险评估模型建立了电力CPS基于攻防场景的脆弱性评估框架，基于博弈论中用于描述动态攻防博弈的多层数学规划模型，提出了电网攻防动态博弈3层数学模型。

2）应用研究

文献[26]提出了一种基于信息物理融合系统（CPS）思想的多源配电网区域保护方案，该方案能克服目前基于单端信息保护方案的弊端。该方案以CPS保护终端为界将配电网分区，与同一区域关联的CPS终端通过通信网络共享信息，使每个终端都能获得关联区域边界处的运行参数，嵌入在CPS终端中的计算机程序实时处理获得的信息，判断故障是否在关联区域的内部发生，从而实现区域的保护。

文献[28]则提出了一种基于改进攻击图的量化评估方法，以准确评估各类跨空间连锁故障对电力CPS的危害性。文献[28]首先提出了攻击图顶点的脆弱性因子概念并推导其计算公式；接着，将电力CPS涵盖的网络攻击、电力二次设备故障等安全风险抽象成改进攻击图的顶点，建立各顶点之间的因果逻辑关系；最后，基于110kV智能变电站仿真环境搭建了局部电力CPS模型，并进行仿真评估其危害，验证了文献[28]中方法的有效性。

文献[27]基于博弈论提出了电网攻防动态博弈3层数学模型，并通过算例IEEE的5机14节点系统仿真验证模型的正确性。不过，文中建模只考虑了物理网络的研究，笔者认为对于电力CPS脆弱性的后续研究应考虑到CPS的信息网络，并且也需要考虑多方面的信息攻击对电力CPS的影响。

电力CPS是国家的关键性基础设施，如何保障其安全性及可靠性是需要重点研究的课题。考虑到息系统和电力系统的安全和可靠性理论已经相对成熟，今后的研究重点应着眼于如何融合现有的信息系统和电力系统理论，构建统一的电力CPS安全性和可靠性理论[29-33]。

2.4 能源互联网

能源信息物理系统（ECPS）由CPS发展而来，其子系统包含了静态参数如资产信息、利用效率等和动态参数如实施测量、控制、保护等。

ECPS具有自适应性、自主性、高效性、功能性、可靠性和安全性等特点，是一个智能的、有自主行为的系统，具有重要的研究和应用前景。

1）基础理论研究

目前，国内相关的研究正处于起步阶段。文献[30]基于能源互联网的背景下提出了6层电力CPS互联参考模型：包括应用层、认知层、网络层、控制感知层及物理层。文献[31]在能源互联网架构下，提出了一种基于信息物理融合的多层次能量信息化管理与分配策略。文献[32]在能源互联网的背景下，围绕能源生产、传输、存储和分享深入探讨互联网与能源系统的融合。文献[33]提出了分布式新能源接入能源互联网的信息物理广域关联接口的概念，以实现分布式能源相关信息在能源互联网中广泛流通，终端接口参与更广范围的分析调节。文献[34]提出了一种基于信息物理融合的能源互联网模型。

2）应用研究

文献[31]在能源互联网架构下，实现了能源的最优调度和利用。文献[32]在能源互联网的背景下，对基于CPS的能源互联网应用前景进行研究。文献[34]提出了一种基于信息物理融合的能源互联网模型，实现了考虑网络多时间尺度下的分布式设备即插即用的功能，分析得模型具有较强适应性和可行性。

结合当前的研究现状和电网发展，本文认为，未来电力CPS与能源互联网之间的研究，应着重于技术、二者融合算法及具体应用等多个层面。

2.5 系统规划与运行调度

考虑分布式电源和智能负荷的控制问题，是电力CPS的调度问题区别于传统调度问题的一大特点。电力系统会因为各种分布式能源的接入而增加更大的不确定性，研究电力CPS的优化调度有其重要的现实意义。

国内学者已经着手研究该问题。文献[35]基于CPS和最优动态闭环控制对互联电网最优自动发电控制（AGC）策略进行了研究。文献[36]基于模糊粗糙集（FRS）大数据处理方法，综合考虑经济和排放因素，分析了火电机组节能环保负荷的优化分配。文献[37]基于信息物理系统，对孤岛微网实时调度的一致性协同算法进行了探讨。文献[38]则在互联电网CPS标准下，构建了计及一次调频的最优AGC的控制模型。文献[39]提出了基于多代理系统的一致性控制模型。文献[40]在成本微增率作为一致性变量的前提下，研究了经济调度的安全分布式的计算分析。文献[41]将文献[40]的技术运用于AGC动态功率分配。文献[42]采用平均一致性算法，以解决全局量的分布式统计问题。

综上所述，目前学术界对于电力CPS的研究正处于起步阶段，通过整理，现有文献在电力CPS的基本定义、架构体系、建模仿真以及安全可靠性方面有了一定的研究，但是还有许多问题需要进一步的探究，还有许多关键技术亟待解决。

3 电力CPS发展趋势及建议

通过对现有相关文献的整理可以发现：①尚不存在能够全面而准确的计及信息系统与电力系统交互过程的CPS建模理论与方法；②针对电力CPS的理论、模型、方法、算法和计算与实现工具等方面的研究仍处于刚刚起步甚至是空白状态。因此，电力CPS的研究有待开拓和深入。结合现有研究及前文论述，本文提炼出电力CPS的7点发展趋势[43]，并进一步给出发展建议。

3.1 发展趋势

1）建模理论与方法

现有文献对于建模理论方法、体系架构进行了比较多的探究，而对电力CPS的研究还处于比较粗浅的状态，未能对电力CPS提出统一的建模理论方法和较为合理的架构体系。在今后的研究中，应对电力CPS统一建模理论、分析方法及架构体系等方面进行深入探究，并需要考虑电力CPS两大系统之间的交互影响机理。

2）电力CPS仿真技术

就目前的研究而言，优化仿真算法研究还处于空白状态，电力CPS的仿真技术还不够完善。电力CPS仿真技术是分析环节的重要工具，因此，构建电力CPS数模混合仿真平台能够有效解决电力CPS仿真问题。考虑到电力CPS是信息与物理系统的融合，故在电力CPS的仿真中应充分计及信息层面与物理层面的综合仿真。

3）架构体系及控制方法

经本文讨论，电力CPS的架构体系研究还很不足，其控制方法也略显苍白。不过，随着电力系统地发展，越来越多的通信网络、测量单元、分布式计算设备等接入电网，传统的电力系统架构体系已经不再适用，提出一种新型的架构体系以及控制方法显得尤为重要。

4）电力CPS安全与可靠性技术

现有研究对于安全性和可靠性研究最多，不管在建模、仿真、控制技术还是在规划层面，都必须考虑到电力CPS的安全可靠性。当电力系统不能安全可靠运行时，研究也显得毫无意义。现有文献提出了许多可行性方法，诸如基于攻击图及改进攻击图等。与传统电力系统相比，电力CPS更需要考虑的是网络攻击及其之后的联锁故障反应，即信息系统故障对物理系统安全性和可靠性的影响。

5）电力CPS的设计与规划技术

文献[35-38]的AGC策略、文献[36]的优化分配、文献[37]一致性协同算法都是电力CPS规划需要实现的一部分。而现有资料对于电力CPS的设计和规划内容研究还比较少，因此综合考虑电力CPS的经济性、准确性、供电质量、通信可靠性等的规划问题是以后电力CPS的一大重点内容。

6）电力CPS标准化

由于电力CPS的研究仍处于起步阶段，目前国际及国内尚不存在通用的国际标准，这对于发展电力CPS是一大阻碍，其标准化问题应尽早解决，以期对各国研究电力CPS提供一个参考。

7）与能源互联网的关系

能源互联网是新型电力电子技术、信息技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的有机结合，能够有效地应对日益加剧的资源和环境压力[44]。结合当前的研究现状和电网发展现状，电力CPS的发展不可避免的应处于能源互联网的大背景下，以实现其安全性、经济性、环保性等。

3.2 发展建议

为了实现电力CPS在未来的电力系统中全面铺开，以实现其智能化、自主化等目标，下面立足我国电力系统发展，并借鉴国外经验，针对电力CPS发展趋势提出以下建议：

1）本文列举的一些典型的建模仿真方法还存在许多不足，在今后的建模仿真研究中，需要考虑电力CPS两大系统之间的交互影响机理。对于电力CPS中的计算单元，可以采用排队论和随机过程进行建模。对于庞大复杂的通信网络，则可以考虑有穷自动机驱动下的微分代数方程组来模拟。也可以Markov链、贝叶斯网络、攻击树等方法或者其中两者的结合运用。

2）电力CPS以实现物理系统的全局优化控制为主要目的，在现有的传统电网控制架构和主动配电网控制架构的基础上，可以考虑包含物理层、应用平台层、网络层、决策层、资源管理层及CPS层的六层分层分布式控制架构体系，以适应当前电力系统的结构。在此基础上可以考虑长时间尺度下的协同控制优化策略等控制方法。

3）对于电力CPS而言，其安全性问题来源于网络攻击和物理攻击，主要来自网络攻击，故有必要针对研究其安全防御措施。在此之前，必须考虑电力CPS中的跨空间联锁故障，研究其产生机理和传播机制，对脆弱性节点进行辨识，然后研究电力CPS的网络安全评估方法，最后形成安全防护措施。可以从物理和网络攻击联合、不同种网络攻击注入、攻击的成功率等方面研究安全措施。针对该问题，可以采用的方法有细胞自动机、贝叶斯网络、攻防博弈论等。

4）规划与标准化都是一个系统或体系必不可少的一部分，对于结构复杂、网络庞大的电力CPS而言，规划设计与标准化则显得尤为重要。标准化是对电力CPS的一种规范，对通信协议、综合建模机制等的统一，有利于实现设备即插即用、支持开放式通信等功能的实现。电力CPS的规划设计，则需要考虑配电网架、通信拓扑及信息系统之间的相互影响，综合功能质量、经济性、通信网脆弱性及可靠性等方面建立一个多源异构的电力CPS规划新方法。电力CPS的合理规划对电力系统的经济性、安全性运行至关重要，对国家经济和社会发展有重要影响。

4 结论

电力信息物理融合系统（CPS）是电力系统的一个全新领域，其对国民经济和社会发展意义重大，国内外都相当重视对电力CPS的研究，然而现有的成果、文献却很有限，研究范围还有一定的局限性，研究内容也比较粗浅。国内对于电力CPS的研究还处于起步阶段，各方面理论技术都不够成熟，因此，国家与科研工作者的任务还非常繁重。而在理论研究之后，如何将现有的和以后的电力CPS研究成果应用于我国电网，并进一步推广应用，是电力CPS科研工作的一大挑战，也是一大机遇。

[1] 黎作鹏, 张天驰, 张菁. 信息物理融合系统（CPS）研究综述[J]. 计算机科学, 2011, 38(9): 25-31.

[2] 刘东, 盛万兴, 王云, 等. 电网信息物理系统的关键技术及其进展[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(14): 3522-3531.

[3] 董朝阳, 赵俊华, 福拴, 等. 从智能电网到能源互联网: 基本概念与研究框架[J]. 电力系统自动化, 2014(15): 1-11.

[4] 赵俊华, 文福拴, 薛禹胜, 等. 电力CPS的架构及其实现技术与挑战[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(16): 1-7.

[5] National Energy Technology Laboratory. Avision for the modern grid[J]. United States Department of Energy, 2008.

[6] National Science Foundation of the United States. Cyber physical system (CPS) program solicitation[EB/OL][2016-11-25]. http://www.nsf.gov/pubs/2010/nsf10515/ nsf10515.htm.

[7] CPS Steering Group. Cyber-physical syst-ems executive summary[EB/OL] [2016-11-25]. http://varma.ece.cmu. edu/CPS-Forum/CPS-Exeeutive-Summary.pdf.

[8] Poovendran R. Cyber physical sys-tems: close encounters between two parallel worlds[J]. Proceedings of the IEEE, 98(8): 1363-1366.

[9] Lui S, Gopalakrishnan S, Liu X, et al. Cyber physical systems: a new frontier[EB/OL][2016-11-25]. http:// citeseerx.ist.psu.Edu/viewdoc/download.

[10] XIE L, ILIC M D. Module-based mod-eling of cyber-ohysical power systems. In: Proceedings of the Distribued Computing Systems Workshops, June 17-20, 2008, Bei-jing, china: 513-518.

[11] 郭庆来, 辛蜀骏, 郭宏斌, 等. 电力系统信息物理融合建模与综合安全评估:驱动力与研究构想[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1481-1488.

[12] 曾倬颖, 刘东. 光伏储能协调控制的信息物理融合建模研究[J]. 电网技术, 2013, 37(6): 1506-1513.

[13] 何瑞文, 汪东, 张延旭, 等. 智能电网信息流的建模和静态计算方法研究[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1527-1533.

[14] 徐义, 司光亚, 智韬. 电力Cyber-Physical系统建模仿真研究综述[J]. 计算机仿真, 2012, 29(11): 59-63, 116.

[15] TAN Y, GODDARD S, PEREZ L C. A prototype architecture for cyber-physical system s. ACM SIGBED Review, 2008, 5(1): 2P.

[16] Ragunathan Raj, Insup Lee, eta.Cyber-Physical Systems: The Next Computing Revolution[C]//Design Automation Conference, Anaheim, California, USA, 2010.

[17] 刘汉宇, 牟龙华. 微电网CPS体系架构及其物理端研究[J]. 电力自动化设备, 2012, 32(5): 34-37.

[18] 刘汉宇, 邱赟, 牟龙华. 微电网CPS物理端融合模型设计[J]. 电力自动化设备, 2014, 34(10): 27-32.

[19] 付鹏, 王宁玲, 李晓恩, 等. 基于信息物理融合的火电机组节能环保负荷优化分配[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(14): 3685-3692.

[20] 盛万兴, 段青, 梁英, 等. 面向能源互联网的灵活配电系统关键装备与组网形态研究[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(15): 3760-3769.

[21] MCMILLIN B. Complexities of infor-mation security in cyber-physical power systems. In: Proceedings of the IEEE/PES Power Systems Confernece and Exposition, March 15-18, 2009, Seattle, USA: 2p.

[22] MASSOUD A S. Electricity infrastrcture security: toward reliable, resilient and secure cyber-physical power and energy systems. In: Proceedings of the IEEE Power and Energy Society General Meeting, July 25-29, 2010, Minneapolis, USA: 5p.

[23] 苏盛, 吴长江, 马钧, 等. 基于攻击方视角的电力CPS网络攻击模式分析[J]. 电网技术, 2014, 38(11): 3118-3125.

[24] 汤奕, 王琦, 倪明, 等. 电力信息物理融合系统中的网络攻击分析[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(6): 148-151.

[25] 武文博, 康锐, 李梓. 基于攻击图的信息物理系统信息安全风险评估方法[J]. 计算机应用, 2016, 36(1): 203-206.

[26] 张学军, 郭文花, 田俊梅. 基于CPS的多源配电网保护方案[J]. 太原理工大学学报, 2016, 47(2): 259- 263, 269.

[27] 石立宝, 简洲. 基于动态攻防博弈的电力信息物理融合系统脆弱性评估[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(17): 99-105.

[28] 王宇飞, 高昆仑, 赵婷, 等. 基于改进攻击图的电力信息物理系统跨空间连锁故障危害评估[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1490-1497.

[29] Creery A A, Byres E J. Industrial cybersecurity for a power system and SCADA networks-be secure[J]. IEEE Industry Applications Magazine, 2007, 13(4): 49-55.

[30] 盛万兴, 段青, 梁英, 等. 面向能源互联网的灵活配电系统关键装备与组网形态研究[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(15): 3760-3769.

[31] 马钊, 周孝信, 尚宇炜, 等. 能源互联网概念, 关键技术及其发展模式探索[J]. 电网技术, 2015, 39(11): 3014-3022.

[32] 施陈博, 苗权, 陈启鑫. 基于CPS的能源互联网关键技术与应用[J]. 清华大学学报:自然科学版, 2016, 56(9): 630-936.

[33] 彭思成, 刘涤尘, 廖清芬, 等. 分布式新能源接入能源互联网的信息物理广域关联接口[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(8): 2131-2140.

[34] 王冰玉, 孙秋野, 马大中. 能源互联网多时间尺度的物理信息融合模型[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(17): 13-20.

[35] 田启东, 翁毅选. 基于CPS标准的互联电网最有自动发电控制策略研究[J]. 电网与清洁能源, 2015, 31(6).

[36] 付鹏, 王宁玲, 李晓恩, 等. 基于信息物理融合的火电机组节能环保负荷优化分配[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(14): 3685-3692.

[37] 吕朋蓬, 赵晋泉, 李端超, 等. 基于信息物理系统的孤岛微网实时调度的一致性协同算法[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1471-1480.

[38] 赵万宗, 李滨, 韦化, 等. 互联电网CPS标准下计及一次调频的最有AGC控制模型[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(10): 2656-2663.

[39] Olfati-Saber R, Fax J A, Murray R M. Consensus and cooperation in networked multi-agent systems[J]. Proceedings of the IEEE, 2007, 95(1): 215-233.

[40] Zhang Z, Chow M Y. Convergence analysis of the incremental cost consensus algorithm under different communication network topologies in a smart grid[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2012, 27(4): 1761-1768.

[41] 张孝顺, 余涛. 互联电网AGC功率动态分配的虚拟发电部落协同一致性算法[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(15): 3750-3759.

[42] Zhang Ziang, Ying Xichun, Chow Moyuen. Decentra- lizing the economic dispatch problem using a two-level incremental cost consensus algorithm in a smart grid environment[C]//North American Power Symposium(NAPS). Boston, MA, USA: IEEE, 2011: 1-7.

[43] 袁博, 王莹. 智能电网CPS及其关键技术[J]. 电气时代, 2015(5): 44-48.

[44] 马钊, 安婷, 尚宇炜. 国内外配电前沿技术动态及发展[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(6): 1552-1566.

Research Summary of Power CPS

Yan Cheng1,3Wu Wenxuan2Fan Yuanliang3Cai Jinding1

(1. College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108; 2. Fujian Electric Power Co., Ltd, Fuzhou 350001; 3. Electric Power Reserch Institute of Fujian Electric Power Co., Ltd, Fuzhou 350007)

Power cyber-physical systems (CPS) are a new field of power system，and has great influence on national economy and social development. The concept, characteristics and structure model of CPS are first presented. Then, the research status of power CPS is summarized from the basic theory and application research, including modeling theory, system framework, simulation technology, security and reliability, and energy Internet. Finally, the development trends of CPS are discussed, and some suggestions are provided.

power CPS; modeling and simulation; security; reliability; energy internet

国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2015AA050202）

颜 诚（1993-），男，硕士研究生，浙江金华人，研究方向为电力CPS规划。