基于集合论的电网信息物理系统模型构建方法

在分析电网信息物理系统(GCPS)逻辑结构的基础上,提出一种基于集合论的GCPS交互建模方法。通过剖析电力能量流与信息流的耦合方式,将GCPS定义为物理对象集合与信息对象集合之间的关系。分解GCPS为电源子系统和负荷子系统,从输入、输出和状态三方面描述其行为水平与状态结构水平,并建立子系统的网络结构图。在当前电网拓扑结构的约束下,采用"纵向金字塔汇集、横向逻辑互联"的组网规则,实现GCPS子系统的逐级耦合与互联,构建完整的GCPS架构。对典型测试系统的案例分析说明了GCPS模型的有效性和应用价值。     

电力信息物理融合系统环境中的网络攻击研究综述

电力信息物理融合系统(CPS)借助大量传感设备与复杂通信网络使现代电力系统形成一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统。信息流交互使得电网面临更多潜在威胁。近年来频发的网络攻击影响电网稳定运行事件敲响了电力系统安全的警钟。目前,国内对电力CPS网络攻击方面的研究尚处于起步阶段。文中首先提出了电力CPS领域中网络攻击的定义,从通信网络覆盖范围和网络攻击目的对攻击行为进行分类;其次,从发、输、配、用电侧4个环节归纳和分析了电力CPS网络攻击典型场景;最后,对国内电力CPS网络攻击研究现状进行了总结与展望。     

考虑网络攻击因素的电网信息物理系统业务可靠性分析

电网信息物理系统(grid cyber physical system,GCPS)的主要特征是信息空间和电力空间的深度融合与交互影响。针对智能电网广域实时保护控制业务,首先研究了信息业务对物理系统可靠性影响的表征方式,建立信息设备关联的业务可靠性模型。在此基础上,引入设备可靠性因子,提出考虑攻击因素的信息设备可靠性评估指标,并给出了结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和贝叶斯网络的业务可靠性量化评估方法。通过算例研究,确定了考虑攻击因素的情况下系统的薄弱环节,并分析不同冗余程度的信息系统对业务可靠性的影响,并且与已有方法进行对比,验证了所提方法的可行性和合理性。     

基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法

电网信息物理系统(电网CPS)中信息层和物理层的紧密耦合,使得信息或物理的失效都会对电网CPS的正常运行造成影响。文中提出了一种基于关联特性矩阵的电网CPS建模方法,对电力系统控制应用中信息流与能量流的复杂耦合关系和交互机理进行梳理与建模。该方法首先对实际电网CPS逻辑进行梳理与抽象,得到电网CPS基本分析单元;然后,采用多元组定量描述信息节点、二次设备节点和通信节点的外特性,采用关联特性矩阵的方法定量描述电网CPS中物理层、二次设备层、通信层、信息层内部及其相互之间的逻辑关联关系及特性,形成完整的电网CPS耦合模型。最后,基于电网CPS模型对实际电网CPS应用系统进行分析,说明模型的使用方法,验证模型的合理性和有效性。     

基于OPAL-RT和OPNET的电力信息物理系统实时仿真

随着智能电网建设的推进,电力信息物理系统(CPS)的可观性和可控性得到了极大增强。电力CPS的信息采集、传输、处理等过程对电力业务的影响越发明显。建立电力CPS的动态联合仿真平台有助于为相关理论和应用研究提供坚实的技术支撑。文中对比分析了现有的联合仿真平台方案与架构,指出由于电力流和信息流在数学模型上的本质区别,需要建立实时联合仿真平台;基于电力仿真工具OPAL-RT和通信仿真工具OPNET,研制开发了数据交互接口及数据转换模块,建立了电力CPS实时仿真平台,能够高速、精确地模拟电力CPS动态响应特性。针对电力CPS负荷控制的仿真算例结果表明,所研制的电力CPS实时仿真平台具有合理性和有效性。     

用于状态检测数据传输的信息物理系统的设计与应用

随着智能电网的发展,状态检修技术在电力设备运行维护中发挥着越来越大的作用.为将变电站现场检测获得的海量数据及时回传至监测平台进行实时故障诊断,文基于信息物理系统概念,设计了一种通用于带电检测仪器的无线网状网络系统.在不改动带电检测仪器软硬件的前提下,该系统以Mesh节点为主导的最佳链路策略,为检测数据的回传提供了可靠和便捷的传输方式.系统应用于上海500 kV变电站红外测温图像回传,经现场测试验证可满足变电站状态检修实际工作需求.     

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统（CPS）仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。     

信息物理视角下能源互联网可靠性评估方法综述

能源互联网是能源高效清洁利用的发展趋势,可靠性是其实现高品质供能的基础。信息和能源的深度融合在为传统能源系统赋能的同时也引入了多元风险,使能源互联网可靠性问题更加突出。以一次系统为主的可靠性分析手段难以适用,而针对能源互联网可靠性的理论与方法尚处于起步阶段。对能源互联网可靠性的理论和方法进行综述,并提出信息物理视角下能源互联网可靠性评估的研究思路和关键问题。     

配电网信息物理故障的耦合度计算方法

配电网信息物理系统(CPSDN)中信息系统和物理系统深度耦合,使得信息和物理故障可以相互耦合对配电网的运行造成影响.文中提出一种配电网信息物理故障的耦合度计算方法,从故障危害的角度评估信息与物理系统间的耦合程度.首先,在分析信息物理协同攻击(CCPA)对CPSDN影响的基础上,综合考虑攻击造成的故障危害及节点的防护水平...     

机器学习在电力信息物理系统网络安全中的应用

随着信息化程度的不断深入,传统电力系统逐渐发展成为典型的信息物理系统(CPS).开放的信息系统环境使得电力系统的安全运行面临着各种潜在网络攻击的威胁.近年来,机器学习方法迅猛发展,并已广泛应用于电力CPS网络安全领域.一方面,电力CPS中数据的爆炸式增长以及硬件运算能力的提升为机器学习的应用创造了良好条件;另一方面,相...     

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...     

电力CPS的架构及其实现技术与挑战

引入前沿信息技术并把电力系统和信息系统进行深度融合是实现电力系统智能化的关键。信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)是通过3C(computation,communication,control)技术将计算、网络和物理环境融为一体的多维复杂系统,通过多技术有机融合,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有非常广阔的应用前景,因而在国际上受到了普遍重视。在此背景下,基于CPS概念并结合电力系统特点,提出建立电力CPS的思路和框架。首先,概述了CPS的概念、主要功能和技术特征。之后,构造了电力CPS的架构和主要组成部分,指出了实现电力CPS的若干关键技术。最后,从基础理论、建模方法、仿真算法、安全性分析、可靠性分析、系统设计与规划、运行调度、标准化等方面讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。     

基于攻击图的电网信息物理融合系统风险定量评估

由于信息和通信技术的广泛应用,现代电网已成为一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统,即电网信息物理融合系统(电网CPS)。信息系统与电力系统的深度融合使得电网面临更多的网络威胁。在此背景下,本文提出了虚假数据注入攻击下的电网信息物理融合系统风险定量评估方法。针对攻击建立了数据流传递的电力信息安全模型,将攻击分为两个过程:首先选择变电站注入虚假数据,然后基于通信拓扑图构建了流传递路径,采用攻击图量化攻击源信息传递模型,并基于故障下最优负荷削减策略对电力系统潜在后果进行了定量评估。最后通过算例研究,确定考虑网络攻击因素下系统的薄弱节点,验证了所提方法的可行性和有效性。     

电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(一)建模与评估

在电网转变为电力信息物理系统(电力CPS)的过程中,信息侧和物理侧体现出明显的相互依赖性,信息侧作为通信、计算、控制的支撑性组成部分,在电力CPS安全可靠运行中具有重要的地位。而针对电力CPS的恶意网络攻击行为在近年来不断发生,引发关注,大量针对电力CPS的网络攻击研究取得了一些成果。针对当前的电力CPS网络攻击研究,从攻击建模和电力CPS安全性评估方面进行了归纳和整理,对已有方法进行分析,明确了研究课题的问题本质。随后结合电力CPS的特点和发展趋势,指出当前研究的不足,提出需要关注的问题和可能的解决方法,以完善电力CPS恶意网络攻击研究。     

基于电力信息物理系统实时仿真平台的网络安全仿真

随着信息流和能量流耦合程度的不断加深,现代电力系统已逐渐发展成为信息系统和物理系统深度耦合的电力信息物理系统。传统的只对物理系统进行仿真运算的方法已无法保证其仿真分析的准确性。文章从仿真分析的角度,在对比分析现有仿真方法的基础上,进行仿真工具和配合模式上的改进,并进一步加入中间人环节,搭建了一种新的考虑网络攻击的电力信息物理系统(cyber physical power system,CPPS)实时联合仿真平台。最后,基于该平台,以负荷控制业务为例,研究了网络攻击对电力物理系统的影响,深入分析CPPS中信息系统与物理系统的深层次耦合关系,仿真验证了所提平台的有效性和实时性。     

电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(二)检测与保护

从针对电力信息物理系统(电力CPS)网络攻击的检测和保护两个方面,对当前国内外研究进行了梳理和归纳,发掘相关研究问题的本质和目的。在检测方面,介绍了基于偏差和特征的防御检测实现思路及其在信息侧和物理侧的实践方法;在保护方面,介绍了以被动防御为主的信息侧保护方法和基于资源配置和校正控制的物理侧保护方法。在现有研究基础上,对电力CPS网络攻击的检测和保护领域关键技术进行了提炼,并对未来研究方向进行了展望。