面向信息物理融合能源系统的大规模风电场发电功率随机特性分析模型与算法

随着风电并网容量的迅猛增长,对风电高度不确定性和间歇特性的准确估计与实时分析成为了风电入网迫切需要解决的难题。该文以信息物理融合系统为支撑,利用其多源信息感知与融合的特点,以随机Burgers方程为基础,建立了描述近地风场动态特性及其风电转换过程的随机系统模型。利用粒子滤波算法,实现了大规模风电场发电功率波动性的提前τ步估计与随机特性分析。最后,利用一个30风机风电场算例说明了算法的有效性。

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。

基于能源枢纽的综合能源信息物理系统安全防护架构研究

为了提高综合能源系统(IES)中设备间和能源节点间的能源和信息交互效率,降低能源生产和传输成本,实现多种能源的高效转化与灵活分配,构建了一种基于能源枢纽(EH)的集中-分布式IES架构。基于该IES模型,定义了基于子信息物理系统集群的信息物理系统,在信息侧提出了能源枢纽节点内部每个子信息物理系统运行模型以及基于子信息系统服务器的信息交互模型。计及IES中信息安全问题对系统可靠性的影响,结合不同类型能源互补、能源网络传输分配、储能和清洁能源动态接入等系统运行特性,分析了综合能源信息物理系统安全需求,并基于可信计算技术构建了一种三元三层可信安全防护架构。从各能源节点为入手点,该防护体系形成了基于节点可信、网络连接可信和应用可信的防护机制,以确保IES安全可靠运行。

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。

信息物理融合下的特高压换流站状态识别技术

由于特高压换流站系统数据来源广泛、采集密度高、量测装置多样、通信协议复杂,现有技术难以对换流站复杂状态及其隐含的故障特征进行准确辨识。因此本文提出了基于信息物理融合的特高压换流站特征识别技术,在对以图像为主的多源异构数据进行预处理与关联分析后,基于信息物理双侧状态运行及迁移特征关联矩阵,对换流站物理与通信双侧故障进行分析、训练与识别。基于实际换流站监控图像进行了实例分析和方法对比,结果表明该方法优于一些传统的故障诊断与特征识别算法,具有较好的诊断能力。

信息物理融合的智慧能源系统多级对等协同优化

针对能源电力系统的优化管理与控制问题,提出了一种信息物理融合的智慧能源系统(Intelligent energy systems,IES)多级对等协同优化方法.在信息物理融合能源系统(Cyber-physical energy systems, CPES)的基础上,构建了智慧能源系统的局域和广域两级协同优化架构.综合考虑产消者能源实体对等交互过程中的社会福利、供求平衡和需求意愿等因素,基于Stone-Geary函数和双向拍卖机制构建了智慧能源系统能量优化模型,给出了通过收敛判定域引导的全局随机寻优与区域定向寻优策略,有效地提高了算法的局部搜索能力.此外,通过双向拍卖机制的理性定价以及智能合约的辅助服务,有效地实现了用户友好的对等交易模式.仿真实例表明,在社会福利最大化的前提下可获得产消者电力资源最优分配结果,进一步验证了本文方法的有效性和可行性.

基于信息物理融合的微能源网统一调控架构及优化运行

在微能源网中,多类型能源单元从启动、运行到停止多种状态的组合,构成了微能源网的不同运行状态集。为实现微能源网全运行阶段状态的精准调控,提出了一种基于信息物理融合的微能源网统一调控架构,分为对象层、融合层和优化层。其中,对象层采用特征向量的形式统一描述微能源网中能量流、信息流以及资金流的特征。融合层对微能源网内能源单元的运行状态及运行状态转换的各个阶段下能量流、信息流和资金流的交互影响进行描述。优化层基于系统不同的优化目标,确定系统的全局优化运行策略。基于所建立的架构开展微能源网优化运行研究。算例结果表明,相较于传统的建模与调控方法,信息物理融合的3层建模与调控架构实现了对微能源网全运行阶段下各类能源单元状态变化轨迹的优化调控。

电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度

为实现更精准高效的电力系统优化调度,基于电力系统运行成本最小的目标,该文建立电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度模型,从对象层、融合层和决策层分别描述电力系统运行过程中能量流、信息流和资金流的分阶段流向及其驱动力,对电力系统中各单元的主要运行状态及其转换过程实现全面观测和精准跟踪。通过调节电力系统内各电能生产单元与电能消费单元的动态出力,可实现电力系统运行状态轨迹的控制,从而优化电力系统运行状态的变化过程轨迹,实现全系统的优化调度。算例分析表明,该模型全方位提高了电力系统运行轨迹的可观性和可控性,通过即时采集感知—计算分析—决策控制实现了电力系统全运行域的灵活精准调控和经济优化调度。

信息物理深度融合背景下综合能源系统可靠性分析评述

信息物理系统的深度融合使得综合能源系统在国内外得到迅速发展,以实现低碳高效的社会目标。考虑到不同能源系统之间、能源网络与信息网络之间的耦合关系以及多重不确定因素对综合能源系统的影响,首先概述了信息物理系统融合背景下开展综合能源系统可靠性评估的必要性。其次,指出综合能源系统中能源物理元件以及需求侧用能行为相应的等效多状态时变可靠性模型,并对综合能源物理系统、信息系统、信息物理融合系统的可靠性分析模型及方法进行广泛综述。此外,考虑信息系统与能源物理系统的相关关系,提出综合能源信息物理系统可靠性评估框架。最后,进一步指出新形势下综合能源系统可靠性研究的重点研究方向。

基于复杂网络的能源互联网信息物理融合系统跨空间风险传递研究

能源互联网呈现物理信息深度融合的趋势,为电力系统管理研究定义了新的研究框架。作为一个先进的复杂系统,能源互联网信息物理系统(Energy Internet Cyber-Physical System,ECPS)在其发展过程中面临着一些新的挑战,其中一个就是耦合结构下的风险管理。本文结合复杂网络理论和风险传递理论,着重在拓扑层面分析了ECPS跨空间交互机理,并在此基础上定义了交互路径和交互系数;接着建立了ECPS跨空间风险传递模型,量化描述了风险的传递和演化过程,并进行了风险影响评估;最后,通过仿真实验分析了三种不同交互系数节点故障的风险传递过程和不同攻击模式下系统的崩溃过程。对仿真结果的讨论阐述了能源互联网风险跨空间传递的特点,为更深入地研究ECPS的风险管理提供了参考。

适合多元用户互动的信息—物理融合能源USB系统

能源互联网接入设备是用能设施接入能源互联网的媒介。文中阐述了适用于多元用户互动的能源互联网接入设备的基本概念和特征,并基于计算机领域"通用串行总线(USB)"的理念,研发了信息—物理融合的能源互联网接入设备,即能源USB系统(EUSBS)。首先,阐述了EUSBS的信息—物理融合内涵和功能,并设计了总体架构和应用拓扑结构。基于此,对其软硬件系统进行研发,重点介绍了其中的硬件架构搭建、五类主要能源USB装置研发和实验测试。软件研发则简要介绍了其总体架构和主要功能模块。此外,以某商业楼宇为对象,通过安装EUSBS和配置分布式设备,对其进行了能量管理分析,初步验证了EUSBS可对接入设备进行实时监测和协调控制,实现了能量流和信息流的双重流通。最后,对EUSBS未来应用进行了展望。

医疗DRGs信息化物理融合系统设计

针对现有医疗DRGs信息化物理融合系统存在运行成功率低、时延长等问题,提出优化医疗DRGs信息化物理融合系统。更新感知传感器、通信网络模块、分组运算处理器、控制器等硬件设备,优化系统硬件;根据病患基本信息,构建系统数据库;通过数据采集和编码等,完成患者基本医疗DRGs信息化转换;根据疾病诊断相关分组结果,计算医疗疾病DRGs费用,结合物理环境与状态感知结果,实现系统功能。测试结果表明,该系统的病患分组准确率和支付/补偿完成成功率均有所提升,任务运行时延降低了2.4s。

基于卷积神经网络的电力信息物理融合系统入侵检测方法研究

现有的面向电力信息物理融合系统(CPPS)的入侵检测方法存在不够重视数据质量等问题,尤其是在处理离散化数据方面存在欠缺。为解决上述问题,提出了一种基于实体嵌入和卷积神经网络的CPPS入侵检测方法。该方法通过实体嵌入技术将数据集中的离散型特征映射为连续向量,从而生成高质量的新数据。将其与经过标准化的连续型特征合并起来作为新数据集训练卷积神经网络,以建立CPPS入侵检测模型。在KDD Cup 99数据集上的实验评估结果表明,所提方案的攻击检测准确率分别比独热编码和传统顺序编码提高了6.20%和6.04%,同时还减小了误报率和漏报率。

信息物理融合的电力系统日前-日内优化调度

原有的电力系统调度模型是物理模型与信息模型分立的。建立信息物理融合的电力系统调度模型,可以充分分析与挖掘可调资源的调节能力,扩大电力系统可调度空间,增强电网对可再生能源的消纳能力。为此以我国现有电力系统调度框架为基础,提出了一种信息物理融合的电力系统日前-日内调度框架,在此框架下对电力系统源-网-荷建模,形成信息物理融合的电力系统日前-日内调度模型。基于所建模型,以经济调度为目标,提出了电力系统日前-日内优化调度策略。算例分析验证了所提策略的有效性,结果表明电力系统的信息物理融合建设可以降低系统的运行成本。最后指出在电力系统的信息物理融合建设过程中应以目标为导向,建设多时间尺度的分层级信息物理融合电力系统。

基于信息物理融合系统的能源路由器

能源路由器作为能源互联网的核心设备,能够实现能源网络中各种设施的高效配置。本文阐述了信息物理融合系统的概念与其基本构架,介绍了国内外在能源路由器领域的发展现状,提出了能源路由器的框架结构,并从层次结构角度给出了能源路由器应具备的功能,最后,对能源路由器的关键技术进行了可行性分析并对其发展前景作出了展望。

能源互联网目标下电力信息物理系统深度融合发展研究

能源互联网是解决当前能源系统问题、推动能源系统变革的智慧综合能源系统,对提高可再生能源比重,促进化石能源清洁高效利用,提升能源综合效率具有重要意义。电力信息物理系统融合是建设能源互联网的核心基础和关键所在,融合水平是决定能源互联网发展阶段的重要因素。通过研究电力与信息技术融合的价值、架构以及与能源互联网的关系,以历史长周期(1900—2018年)为跨度,量化分析揭示电力信息物理融合发展规律,预测未来趋势,提出能源互联网建设重点战略方向,为中国能源互联网的建设与发展提供理论依据和决策参考。

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。

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.