劉昱岑

【摘 要】信息物理融合系統(tǒng)（即CPS）在實際中的應(yīng)用非常廣泛，受到了科學(xué)界的高度重視。信息物理融合系統(tǒng)是多維、異構(gòu)的開放系統(tǒng)，其中涉及到計算機技術(shù)、控制等多種先進的技術(shù)。文章簡要分析了信息物理融合系統(tǒng)的特征，并結(jié)合電力系統(tǒng)的特點，對電力系統(tǒng)CPS架構(gòu)作出了設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】信息物理融合系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；架構(gòu)設(shè)計

信息物理融合系統(tǒng)通過許多種技術(shù)的融合能實現(xiàn)對工程的實時感知，提供相應(yīng)的信息服務(wù)。實際應(yīng)用中，人們利用它和其他工程結(jié)合在一起，實現(xiàn)對工程的動態(tài)控制。本文將信息物理融合系統(tǒng)和電力系統(tǒng)相互結(jié)合，加強兩者之間的融合，打造智能電網(wǎng)，使之能更好的為人們服務(wù)。

一、信息物理融合系統(tǒng)的特點及功能

（一）信息物理融合系統(tǒng)的特點

1.信息物理融合系統(tǒng)是由物理設(shè)備、計算機設(shè)備、傳感設(shè)備等組成的，設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作并相互影響[1]。系統(tǒng)的功能實現(xiàn)離不開每種設(shè)備的作用，多種設(shè)備的共同影響決定了系統(tǒng)的行為特征。

2.信息物理融合系統(tǒng)的信息處理和物理過程是聯(lián)系在一起的，兩者能夠相互影響。因此，對系統(tǒng)中的一些行為無法判斷它是物理過程或是信息處理過程的結(jié)果。

（二）信息物理融合系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

1.信息、物理系統(tǒng)的監(jiān)控和仿真

信息物理融合系統(tǒng)能使用傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)獲得全面的信息。信息通過多種通信網(wǎng)絡(luò)集成到CPS控制中心。CPS監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)對物理系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)中信息的監(jiān)控。CPS系統(tǒng)將物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)作為整體進行分析，顯示出兩者之間產(chǎn)生的相互性的影響。

2.信息集成共享

CPS傳感器能將數(shù)據(jù)收集到控制中心，因此要求CPS具有承受海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。CPS通常情況下覆蓋較廣，其中的信息和物理設(shè)備所有者不同。因此CPS要保障信息的高效流通，同時也要保障信息安全，對信息獲取權(quán)限作出嚴格的規(guī)定。

3.實體控制和全局優(yōu)化

現(xiàn)階段，一些物理系統(tǒng)的控制模式較為簡單，不具備一定的靈活性，最終的工作效率較低。CPS系統(tǒng)的目的就是實現(xiàn)物理系統(tǒng)控制的靈活度，增強其控制能力。CPS要實現(xiàn)分散控制和集中控制相結(jié)合，控制中心能進行在線修改控制器的參數(shù)，對控制器軟件升級等。

二、電力系統(tǒng)CPS架構(gòu)設(shè)計

如圖（一）所示，圖中實線表示電能的流動，虛線表示信息的流動。電力系統(tǒng)CPS由許多計算機、服務(wù)器、傳感器和發(fā)電機等組成的，通過兩個大型網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)。信息設(shè)備是通過通信網(wǎng)絡(luò)進行連接的，物理設(shè)備通過輸、配電網(wǎng)絡(luò)進行連接的。和電網(wǎng)控制系統(tǒng)相比，該電力CPS架構(gòu)設(shè)計有許多優(yōu)點。首先，電力CPS的信息采集范圍大。其次，電力CPS的網(wǎng)絡(luò)是有線網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)兩種結(jié)合而成的。并且，電力CPS中有許多的計算機設(shè)備，多種負荷設(shè)備和分布式電源是由控制中心直接實行控制的。電力CPS中由以下幾部分組成。

（一）控制中心

控制中心是電力CPS中的核心部分，它的作用是對采取到的全部信息進行綜合，根據(jù)信息對系統(tǒng)模型修正并進行各種各樣的分析，實現(xiàn)對多種設(shè)備的控制，能對設(shè)備的參數(shù)進行修改。控制中心和其他子系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)完成協(xié)作。

（二）分布式計算機設(shè)備

電力CPS需要處理的信息非常多，還要完成對許多物理設(shè)備的有效控制。若想更好的實現(xiàn)對信息的處理，就要具備強大的信息處理能力。電力CPS要引入強大的云計算技術(shù)來搭建平臺。云計算能對系統(tǒng)的異構(gòu)計算設(shè)備進行整合，能實現(xiàn)強大的計算能力。

（三）通信網(wǎng)絡(luò)

電力CPS通信網(wǎng)絡(luò)中包括有限網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和電力系統(tǒng)中的專用網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)中的專用網(wǎng)絡(luò)用于連接控制中心和系統(tǒng)中多種控制設(shè)備。有線網(wǎng)絡(luò)用作連接一些不太重要的設(shè)備，比如一些計算設(shè)備等。無線網(wǎng)絡(luò)用來連接一些活動的設(shè)備和傳感設(shè)備，如電力企業(yè)中國電動汽車等。

（四）輸、配電網(wǎng)絡(luò)

輸、配電網(wǎng)絡(luò)中的傳感器數(shù)量越來越多。其中的一些設(shè)備應(yīng)和控制中心實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)控制中心對它們的直接性控制。通常情況下，電力系統(tǒng)因為有著較大的規(guī)模，實現(xiàn)集中控制的難度較大，可采用控制中心和變電站的相互協(xié)調(diào)控制。

（五）電源、負荷

電力CPS中的分布式電源和多種負荷設(shè)備加入信息采集和控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)和控制中心實現(xiàn)連接，為每個物理設(shè)備分配一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，實現(xiàn)對物理設(shè)備的識別?？刂浦行哪茉谝恍┨厥鉅顩r下，對分布式電源和一些負荷設(shè)備進行控制，可以對負荷設(shè)備選擇性斷開。

綜上所述，信息物理融合系統(tǒng)中融入多種先進的技術(shù)，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用都非常的廣泛。CPS能實現(xiàn)對信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的綜合分析，完成對系統(tǒng)中的信息的收集和共享，進行大范圍的控制并作出優(yōu)化。本文集中了我自己多年的積累研究成果，并吸收了同學(xué)們的意見，文章設(shè)計的電力CPS具備許多強大的功能，具備了智能電網(wǎng)和CPS的多種特征，能夠很好的實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的優(yōu)化。當(dāng)然，隨著科技的進步，很多技術(shù)需要我們努力改進和深入探索，我將繼續(xù)研究我喜歡的電力知識，刻苦學(xué)習(xí)，掌握更多知識，以便將來更好地服務(wù)于社會。

參考文獻：

[1]李田，蘇盛，楊洪明，文福拴，王冬青，朱林.電力信息物理系統(tǒng)的攻擊行為與安全防護[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（22）：162-167.