電力CPS的建模、分析與控制研究項目摘要

將電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)深度融合是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。本項目將基于信息物理融合系統(tǒng)(CPS)的理論與技術(shù), 提出引入電力CPS作為智能電網(wǎng)的核心架構(gòu)。首先為電力信息系統(tǒng)的核心部分建立數(shù)學模型, 并結(jié)合電力系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)模型發(fā)展電力CPS統(tǒng)一建模理論。在此基礎上，研究電力CPS的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)分析方法, 以及電力信息系統(tǒng)的信息采集、信息傳輸、信息處理能力等分析方法；研究電力CPS的可靠性和安全性分析方法；研究電力CPS聯(lián)網(wǎng)控制方法, 分析電力信息系統(tǒng)性能對聯(lián)網(wǎng)控制的影響, 發(fā)展多種控制方法相結(jié)合的聯(lián)網(wǎng)控制策略。最終目標是建立電力CPS核心理論框架, 發(fā)展完整的電力CPS建模、分析和運行控制方法體系。研究成果將為電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)相互融合提供重要理論與技術(shù)支持；有助于深入理解電力系統(tǒng)和電力信息系統(tǒng)的相互影響，以及兩者作為一個統(tǒng)一系統(tǒng)的整體行為特征；對智能電網(wǎng)的最終實現(xiàn)具有重要理論意義和應用價值。

(1)電力信息系統(tǒng)中脆弱性的定量評估。本研究針對電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡攻擊問題，分析了不同網(wǎng)絡攻擊對電力系統(tǒng)的潛在影響，考慮了攻擊者和防御者的可行策略，采用博弈論的方法評估了電力CPS中不同智能電子設備（IED）被攻擊的概率，最后提出脆弱性鄰接矩陣對電力信息系統(tǒng)脆弱性進行了定量評估。 (2)研究了信息安全風險在電力CPS中的傳播機制。首先，闡述了電力CPS中信息安全風險跨空間傳播的基本形式，指出智能終端設備是安全風險跨空間傳播的必經(jīng)之路；之后，根據(jù)電力CPS的特點和細胞自動機理論的特征，建立了電力CPS中信息物理安全風險的傳播模型。 (3)如何構(gòu)建電動汽車智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng), 以利用雙向信息交互實現(xiàn)有效控制電動汽車的充放電行為并使其能夠為電力系統(tǒng)提供調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用等服務是值得研究的重要問題，也是CPS應用的一個主要領域。構(gòu)造了電動汽車智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)和各分層的結(jié)構(gòu), 闡述了主要功能, 然后提出了充放電決策控制模型和決策機制框架, 并參考移動通信系統(tǒng)的機理設計了一套電動汽車智能網(wǎng)絡充放電控制和移動漫游管理通訊機制。 (4)在CPS平臺上，適于開展網(wǎng)絡化控制。大量電動汽車接入會對電力系統(tǒng)的動態(tài)特性如頻率調(diào)整產(chǎn)生明顯影響, 適當控制電動汽車充放電行為有助于系統(tǒng)對負荷波動做出更快速響應和增強系統(tǒng)消納風電等間歇性可再生能源發(fā)電的能力?？紤]到大量電動汽車分散運行的特性, 采用網(wǎng)絡化控制 (Networked Control) 比較合適，這是CPS的一個主要應用領域。基于這樣的考慮, 著重研究電動汽車參與系統(tǒng)調(diào)頻的網(wǎng)絡化控制方法, 并考察通信延時對系統(tǒng)動態(tài)性能甚至穩(wěn)定性可能產(chǎn)生的負面影響。 (5)基于電力CPS統(tǒng)一模型的電動汽車充換電站通信性能仿真。本研究首先對充換電站通信網(wǎng)絡中各類數(shù)據(jù)的特點進行了詳細分析和建模；其后，基于微分代數(shù)方程組和有窮自動機等工具建立了不同傳輸策略下通信網(wǎng)絡的傳輸模型和網(wǎng)絡協(xié)議模型，通過建模展示了電力信息系統(tǒng)中信息采集、傳輸、處理等環(huán)節(jié)。 (6)基于CPS的能源互聯(lián)網(wǎng)研究。本研究首先概述了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)及其組成。隨后，針對廣域內(nèi)分布式設備的協(xié)調(diào)與控制、電力系統(tǒng)與交通系統(tǒng)的融合、電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡的融合、電力CPS安全等幾個核心問題，探討了能源互聯(lián)網(wǎng)研究中可能面臨的主要挑戰(zhàn)。 2100433B

《電力系統(tǒng)穩(wěn)定性：建模、分析與控制》系統(tǒng)闡述了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性建模、分析與控制的理論與方法?！峨娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定性：建模、分析與控制》共15章，包括電力系統(tǒng)的建模、潮流、穩(wěn)定性分析和穩(wěn)定性的提高與控制四個部分。第I部分描述同步電機和電力系統(tǒng)元件的模型，第II部分討論計算潮流及優(yōu)潮流的方法，第III部分介紹穩(wěn)定性計算和評估的方法，第IV部分給出增強穩(wěn)定性的措施?！峨娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定性：建模、分析與控制》可供從事電力系統(tǒng)研究、設計、分析與控制的科研工作者及高校電力工程相關(guān)專業(yè)高年級師生參考。

本書涉及開關(guān)變換器建模、分析與控制方法的綜合性理論和應用研究，具體內(nèi)容包括：開關(guān)變換器的功率變換原理分析、開關(guān)變換器電路拓撲及其穩(wěn)態(tài)特性、開關(guān)變換器的狀態(tài)空間平均建模、開關(guān)變換器的時間平均等效電路、軟開關(guān)變換器電路拓撲及其穩(wěn)態(tài)特性、軟開關(guān)變換器時間平均等效電路分析、軟開關(guān)變換器廣義狀態(tài)空間平均建模、開關(guān)變換器調(diào)制與控制技術(shù)、電壓型控制開關(guān)變換器分析與設計、電流型控制開關(guān)變換器分析與設計。