3、电力CPS的体系结构
综合考虑电力系统各个环节的特点,构造了电力CPS的体系结构,如图1所示。
图1电力CPS的体系结构
图中的虚线和实线分别表示信息流动和电能流动。可以看出,电力CPS主要由大量的计算设备(服务器、计算机、嵌入式计算设备等)、数据采集设备(传感器、PMU、嵌入式数据采集设备等)和物理设备(大型发电机组、分布式电源、负荷等)组成。这些设备又通过2个大型网络互连。其中,各种信息设备(计算、传感、控制)通过通信网络相互连接,而各种物理设备(电源、负荷)则通过输电、配电网络相互连接。
电力CPS不同于常见电网控制体系的特点是:①具有远大于智能电网的信息采集范围;②其通信网络是有线网络和无线网络的结合;③包括大量分布式计算设备;④在电力CPS中,各种负荷设备和分布式电源也与控制中心联网并可以由控制中心直接控制。
更具体地讲,电力CPS主要由以下部分组成:
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可以与CPS的其他子系统通过网络连接并协同工作。例如,电力CPS可以与交通CPS一起对电动汽车进行协同控制。一方面,未来的交通CPS将通过车载无线传感和控制系统控制电动汽车以实现车辆防撞、防交通堵塞、减少能耗等目标。另一方面,由于电动汽车既是用电设备,又可以作为分布式电源,因此将是未来电力系统的重要组成部分。电动汽车的车载传感设备提供的车辆位置、电池状态等信息,既可以被交通CPS用于车流量调度,也可以被电力系统用于负荷预测和发电调度。在交通CPS进行车流量调度时,也可以把对电力系统的影响考虑在内,这有利于在更广的范围内实现节能减排目标。
4实现电力CPS的关键技术
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。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。
怎样设计更灵活且有效的控制系统以实现全局优化与局部控制的最优协调将是电力CPS所要解决的首要技术问题。
