光伏储能协调控制的信息物理融合建模研究

信息物理融合系统(cyber-physical system CPS)紧密融合了物理、通信和信息网络,其与电力系统的结合被认为是发展智能电网的技术基础。文章从确保物理、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(cyber-physical,CP)模型的方法。在光伏、储能电池的场景上,分别建立了其CP模型,并在此基础上研究了光储协调控制的集成CP模型。通过动态链接库桥接物理、信息模型的仿真工具,对所建立的光伏CP模型以及光伏储能协调控制CP模型进行了仿真,仿真结果验证了物理信息融合建模方法的有效性以及CP模型在优化控制应用上的有效性。

考虑信息物理融合系统的韧性电网风险研究现状及发展趋势可视化分析

为探究韧性电网信息物理融合系统风险研究现状及发展趋势,基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WoS)数据库2011—2023年的文献数据,利用CiteSpace对该领域研究的研究热点、前沿及演化趋势进行可视化分析。研究结果表明:国内研究形成以“风险预警与控制”和“电力系统智能化建设”为主题的研究热点,国外研究形成以“信息物理融合”和“连锁故障演化”为主题的研究热点;“智能电网的信息物理耦合”和“信息网络攻击风险分析”是国内研究的前沿方向,“信息物理融合系统安全状态估计”和“风险防控模型”是国外研究的前沿方向;国内研究可分为安全性理论研究期、信息物理攻击风险研究期和故障防御恢复研究期3个时间阶段,国外研究可分为信息物理融合研究期和信息物理安全应用期2个时间阶段;后续研究应加强改进电力信息物理融合系统建模、完善电力信息物理融合系统规划、推进电力信息物理融合系统应用,推进数字化韧性电网稳定运行。研究结果可为韧性电网风险识别和风险预警研究提供一定参考。

基于Logistic回归的韧性城市电网信息物理融合系统风险源辨识

针对韧性城市电网信息物理融合系统风险源的系统性量化问题,提出基于Logistic回归的风险源辨识模型。通过分析韧性城市电网信息物理融合系统风险产生位置,从物理层、信息层、耦合层和外部环境4个方面选取潜在风险源。根据风险源和风险事件的映射关系,借助Logistic回归分析对风险源进行筛选,构建韧性城市电网信息物理融合系统风险源体系,得出对风险事件有显著影响的主要风险源。

基于模糊协同交互型观测器的柔性关节机械臂信息物理融合系统的安全控制

本文研究了柔性关节机械臂信息物理融合系统(Cyber-physical systems,CPS)在传感器测量和执行器输入受到网络攻击时的安全控制问题.首先,用T-S模糊模型描述柔性关节机械臂CPS,描述后的模型可能存在不可测量或可测量但受传感器攻击影响的前件变量(Premise variables,PVs),这些PVs直接用于构建模糊控制器会影响控制器的控制效果.因此,提出一类模糊协同交互观测器来构造新的、可靠的、可利用的PVs.同时,该观测器能够与包含攻击估计误差(Attack estimation error,AEE)信息的辅助系统进行协同交互.与已有结果相比,所提出的观测器通过协同交互结构,充分利用了AEE信息,提高了攻击信号的重构精度.在此基础上,提出了一种具有攻击补偿结构的安全控制方案,从而消除了传感器和执行器攻击对柔性关节机械臂CPS性能的影响.仿真结果验证了所提出的安全控制方案的有效性.

电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架

传统的电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本都是割裂的,故在现有的理论和方法框架下难以系统而深入地分析信息系统对电力系统分析与控制的影响。实现智能电网的关键之一就在于怎样将前沿的计算、通信、传感技术与电力系统紧密而有机地结合起来,而信息物理融合系统(CPS)的目标正是将物理系统和信息系统融合为新型工业系统。在此背景下,将CPS概念与电力系统特点相结合,提出电力CPS架构;利用微分代数方程组、有穷自动机、随机过程、排队论等数学工具,建立其稳态与动态模型,阐述相应的分析方法,并进一步提出电力CPS可靠性和安全性研究方向。最后,基于网络延时和丢失补偿提出了多种控制方法相结合的混合控制策略。

传输时延环境下医疗信息物理融合系统设计

医疗信息在资源融合过程中具有时延性,为了提高信息的利用与共享效果,设计了传输时延环境下医疗信息物理融合系统。通过构建信息物理融合系统的基础架构,利用AADL建立具有一般性的含有时延特征的采集模块、处理模块和融合模块,提高医疗信息资源融合效率。构建动力学模型,归一化处理医疗信息数据,根据Modelica建模语言完善系统局部稳定性,获得准确的融合结果。实验结果表明所设计系统的资源融合效果较好,资源融合时间较短,物理融合准确率较高,医疗信息利用率较高,可以实现医疗信息的高效利用与共享。

数字孪生车间信息物理融合理论与技术

数字孪生车间作为实现制造物理世界和信息世界智能互联与交互融合的一种潜在的有效途径,近期被国内外相关领域学术界和企业界高度关注。基于前期对数字孪生车间的概念、系统组成、运行机制、特点和关键技术等研究,设计了数字孪生车间的参考系统架构,并从数字孪生车间4个主要系统组成(物理车间、虚拟车间、车间孪生数据、车间服务系统)的角度出发,分别对物理车间异构要素融合、虚拟车间多维模型融合、车间物理—信息数据融合、车间服务/应用融合等关键问题进行了研究分析。从物理融合、模型融合、数据融合和服务融合4个维度,系统地探讨了实现数字孪生车间信息物理融合的基础理论与关键技术,为企业实践数字孪生车间提供了参考。

信息物理融合系统综合安全威胁与防御研究

信息物理融合系统(Cyber-physical system, CPS)是计算单元与物理对象在网络空间中高度集成交互形成的智能系统.信息系统与物理系统的融合在提升系统性能的同时,信息系统的信息安全威胁(Security)与物理系统的工程安全问题(Safety)相互影响,产生了新的综合安全问题,引入严重的安全隐患.本文介绍了CPS的概念与安全现状,给出了CPS综合安全的定义;在对现有安全事件进行分析的基础上,提出了CPS的综合安全威胁模型;从时间关联性和空间关联性的角度,对现有CPS攻击和防御方法进行了分类和总结,并探讨CPS综合安全的研究方向.

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

智能电网与能源互联网都是典型的信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS),信息环节的可靠性问题可能导致物理系统的运行风险。为了对其系统及信息故障进行分析评估,文中在分析了对电力系统进行信息物理融合建模与评估的必要性去驱动力后,提出了一种CPS融合建模构想。该方法将CPS系统抽象为一个有向拓扑图,模型将物理系统和信息系统中的状态量统一抽象为"数据节点",将信息处理、信息传输等环节抽象为"信息支路"。在此基础上,系统的信息-能量流可通过矩阵运算的方式快速简单地进行量化计算,与一般的迭代计算和仿真方法相比,该方法可有效提升计算速率。最后,对信息物理系统的综合安全评估技术体系进行了展望。

信息物理融合系统

信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)是计算、通信和物理过程高度集成的系统,通过在物理设备中嵌入感知、通信和计算能力,实现对外部环境的分布式感知、可靠数据传输、智能信息处理,并通过反馈机制实现对物理过程的实时控制.分析了CPS的基本概念和特征,对CPS的体系架构、中间件系统、实时性、安全和隐私等关键技术的现有研究成果进行综述,并提出了相应的研究思路;然后介绍了一些现有的CPS原型系统和实例,体现出CPS的优越性;最后对CPS和传感器网络(Wireless sensor network,WSN)、物联网(The internet of things,IOT)、网络控制系统(Networked control systems,NCSs)进行了对比分析,总结了CPS现有研究中存在的问题,并展望了CPS的发展方向.

基于信息物理融合的火电机组节能环保负荷优化分配

能源互联网背景下,火电机组厂级负荷分配需要兼顾安全性、经济性、环保性和智能化,要求发电机组的物理系统、信息系统和控制系统深度融合、协调优化。信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)紧密融合了物理、通信和信息网络,为火电机组的智能优化负荷分配提供了新思路。文中在火电机组海量运行数据基础上,基于模糊粗糙集(fuzzy rough set,FRS)大数据处理方法,得到机组煤耗和污染物排放量物理模型与信息模型的对应关系;综合考虑经济和排放因素,建立基于物理信息融合(CP)的负荷分配模型。以某600 MW燃煤发电机组为案例进行模型模拟,结果表明,负荷指令由700 MW增至1 100 MW,煤耗率以及SO2、NOx和粉尘浓度降低范围分别为1.3 g/(kW·h)、3.4 mg/m3、2.5 mg/m3和1.6 mg/m3左右。

信息物理融合系统的特性、架构及研究挑战

近年来,信息物理融合系统(CPS)已成为国内外学术界和科技界研究的重要方向,被认为是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮。CPS是一个多维、异构、深度融合的开放式系统,涉及计算机、通信、控制等多个学科的知识,由于各个学科领域在研究理论和方法上存在明显不同,所以给CPS的应用研究带来了极大的挑战。基于此背景,从整体的角度对CPS进行综合阐述,首先介绍CPS的定义、主要特性以及国内外的应用研究现状,之后阐述CPS的典型组成架构、抽象框架以及CPS节点的主要构成,最后以电力、能源行业的CPS应用研究为主线,从系统理论基础、建模、仿真、设计开发以及其核心组成部分(计算、通信、控制)等多个方面论述了目前CPS研究过程中所面临的主要挑战和初步解决方案。

智能交通信息物理融合云控制系统

针对现代智能交通信息物理融合路网建设中的对象种类复杂、采集数据量大、传输及计算需求高以及实时调度控制能力弱等问题,基于云控制系统理论,以现代智能交通控制网络为研究对象,设计了智能交通信息物理融合云控制系统方案,包括智能交通边缘控制技术和智能交通网络虚拟化技术.基于智能交通流大数据,在云控制管理中心服务器上利用深度学习和超限学习机等智能学习方法对采集的交通流数据进行训练预测计算,能够预测城市道路的短时交通流和拥堵状况.进一步在云端利用智能优化调度算法得到实时的交通流调控策略,用于解决拥堵路段交通流分配难题,提高智能交通控制系统动态运行性能.仿真结果表明了本文方法的有效性.

精准农业信息物理融合系统的事件模型研究

信息物理融合系统(CPS)具有严格的实时性和空间约束,根据其事件驱动性,对CPS时空事件模型进行了描述,并依据精准农业的特点对CPS体系结构中的组成部件(物理世界、传感器、计算(控制)单元、执行器、计时器)建立了时空事件模型,并以精准农业大棚的洒水事件闭环过程为例对每一部件进行了分析,证明这些事件模型可以用于精准农业中的基本事件。

电力信息物理融合系统的网络-物理协同攻击

随着智能电网的发展及智能设备不断引入电力信息物理融合系统(CPPS)中,CPPS面临一种新的攻击方式--网络-物理协同攻击(CCPAS)。这种攻击方式既隐蔽又可引发连锁故障,易造成大规模停电事故。首先,阐述CPPS遭受CCPAS的基本形式,在直流潮流模型下构建考虑状态估计约束的CCPAS模型。然后,探讨CCPAS的机理,以攻击者的角度分析规避状态估计监测后最大范围的攻击,分析CCPAS情景下CPPS的脆弱线路。最后,以IEEE 14、118节点系统为例,通过仿真计算验证模型的有效性、适用性,对比分析考虑状态估计约束后物理攻击的限制。

信息物理融合系统研究综述

信息物理融合系统(Cyber-physical systems,CPS)是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成交互的新型智能复杂系统,具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点.本文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景;其次,对CPS的系统构成进行了简要分析,讨论了CPS与相关技术的区别与联系;最后,对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望.

信息物理融合系统及其应用

信息物理融合系统是一类将感控、计算和通信与物理对象在网络环境中高度集成的新型智能复杂系统,可以实现系统的实时性、自治性、鲁棒性和高性能等。介绍了CPS的基本概念、发展现状和系统架构,分析了CPS与嵌入式系统、无线传感器网络和物联网的联系与区别;重点研究了CPS在电力、交通、医疗和航空航天等领域的应用研究现状及面临的突出问题;对CPS的研究方向进行了总结与展望。

基于信息物理融合系统的智能制造架构研究

信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS)的特征和功能为离散制造的智能化生产和竞争力的提高提供了有效的思路和途径。本文在现有物联网的基础上,基于CPS概念并结合现有离散制造业的特点,构造离散型制造信息物理融合系统的基本架构,并对该架构和相应功能模块进行了分析。最后,从离散型制造CPS基础理论和系统模型、系统优化调度与自治机制、安全性、可靠性、系统的可验证性等几个方面阐述了离散型制造CPS所面临的挑战。

电力信息物理融合系统数据区块链生成算法

随着电力信息物理融合系统(CPS)的发展,传统集中式数据采集架构运行存在透明度差、数据安全风险高等不足,利用区块链的去中心化、安全可信等特性,提出一种电力CPS数据区块链生成算法,以提升数据交互和使用过程的安全可信性。基于电力CPS数据的私有化特征,提出数据区块建链架构,并采用区块生成节点内排队机制和节点间按需路由数据交换机制提升CPS数据区块的建链速度,结合数据特征验证机制和私有化区块链的特性,确保数据能够实时传输、存储。采用5种不同IEEE标准算例对所提算法进行验证,结果表明所提算法具有更短的数据区块建链时间和更好的传输性能。

信息物理融合系统理论与应用专刊序言

信息物理融合系统(Cyber physical systems,CPS)是集控制、通信与计算于一体的智能系统.CPS在智能感知和信息通信的基础上,通过信息计算和物理过程的相互影响实现计算、通信和控制的深度融合和实时交互,以安全、可靠、高效和实时的方式检测及控制物理系统,实现全系统的自治和协作.