5.3系统设计、规划与运行调度
在上述系统仿真、安全性与可靠性研究基础上,应针对电力CPS的特点研究新的设计、规划与调度方法。具体地讲,设计问题主要关注怎样更好地将通信、控制和传感设备嵌入到物理设备中构造新一代系统组件;此外,还需要研究相应的操作系统、编程语言、中间件等。未来的电力系统规划必须和信息系统规划统一进行,在规划过程中除了要考虑发电机组和输配电网络外,还要考虑计算设备、通信网络、传感设备的功能和布局等问题。
电力CPS的调度问题与传统调度问题的不同之处主要在于需要考虑分布式电源和各种智能负荷的控制问题。未来的智能电网必须依赖通信网络在调度机构和智能负荷、分布式电源、电动汽车等设备之间传递信息与控制信号。因此,未来的智能电网将是一个典型的网络化控制系统。而另一方面,考虑到通信网络在实际运行中存在由于故障或网络攻击而暂时失灵的可能,完全依赖网络化控制有可能会降低系统运行可靠性。因此,在智能电网环境下较为理想的控制方式应该是网络化控制与本地控制相结合的混合控制。
5.4电力CPS的标准化
考虑到CPS应具有自组织、自适应、易于扩展等特征,CPS在物理设备、通信协议、编程语言、软硬件接口等方面都必须遵循相应的行业标准。然而,由于CPS研究在世界范围内仍处于起步阶段,相关领域尚不存在通行的国际标准,这就为中国CPS产业的发展提供了一个难得的机遇。如果国内CPS学术界和产业界能够率先提出CPS的相关行业标准,就可望在这一场新的技术革命中占据制高点。电力CPS作为CPS的子系统,其标准化问题也相应地必须尽快提上议事日程。
6、结语
CPS是由计算设备、通信网络、传感设备和物理设备紧密融合所构成的新型网络系统。本文探讨了建立电力CPS的架构及其关键技术。一方面,电力CPS应该具有智能电网所应具有的所有重要功能;另一方面,作为未来大规模CPS的一个子系统,电力CPS也应具有CPS的各种特征,并可以方便地与CPS的其他子系统实现信息共享和协作。
能够融合多类能源系统(如燃气网络与供热网络)和智能交通网络的能源互联网的发展在最近几年受到了比较普遍的关注。就电力系统环节而言,能源互联网借助互联网技术促进电源、电力网络与负荷的深度协调,能够增强接纳间歇性可再生能源发电的能力,并改善系统整体运行效率。能源互联网也包括一次系统和信息系统,自然也是一种信息物理融合系统。能源互联网信息系统包括电力CPS以及与其相关联的一次能源CPS、交通CPS、供冷供热CPS等的传感、通信、计算和控制部分。能源互联网信息系统为多个CPS子系统之间的信息交互提供了硬件基础和计算资源,可以在多个子系统间实现海量数据交互,对参与主体实现公平对等互联和信息共享。如何对这些子系统的CPS进行协同规划和优化运行是实现能源互联网CPS时需要解决的重要问题。另一方面,发展能源互联网的重要目标之一是支持对海量用户侧资源的有效协调控制,这需要实现对用户行为及周边环境的精确理解。因此,与电力CPS相比,能源互联网CPS要能够支持对由“信息-物理-个体-社会”组成的四元复杂系统中子系统之间的交互机理和交互影响进行建模与分析。需要进一步深入研究。
