電力CPS的建模、分析與控制研究

(1)電力信息系統(tǒng)中脆弱性的定量評(píng)估。本研究針對(duì)電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)攻擊問題，分析了不同網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)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(píng)估了電力CPS中不同智能電子設(shè)備（IED）被攻擊的概率，最后提出脆弱性鄰接矩陣對(duì)電力信息系統(tǒng)脆弱性進(jìn)行了定量評(píng)估。 (2)研究了信息安全風(fēng)險(xiǎn)在電力CPS中的傳播機(jī)制。首先，闡述了電力CPS中信息安全風(fēng)險(xiǎn)跨空間傳播的基本形式，指出智能終端設(shè)備是安全風(fēng)險(xiǎn)跨空間傳播的必經(jīng)之路；之后，根據(jù)電力CPS的特點(diǎn)和細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論的特征，建立了電力CPS中信息物理安全風(fēng)險(xiǎn)的傳播模型。 (3)如何構(gòu)建電動(dòng)汽車智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng), 以利用雙向信息交互實(shí)現(xiàn)有效控制電動(dòng)汽車的充放電行為并使其能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用等服務(wù)是值得研究的重要問題，也是CPS應(yīng)用的一個(gè)主要領(lǐng)域。構(gòu)造了電動(dòng)汽車智能網(wǎng)絡(luò)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(jī)制框架, 并參考移動(dòng)通信系統(tǒng)的機(jī)理設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)汽車智能網(wǎng)絡(luò)充放電控制和移動(dòng)漫游管理通訊機(jī)制。 (4)在CPS平臺(tái)上，適于開展網(wǎng)絡(luò)化控制。大量電動(dòng)汽車接入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性如頻率調(diào)整產(chǎn)生明顯影響, 適當(dāng)控制電動(dòng)汽車充放電行為有助于系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)做出更快速響應(yīng)和增強(qiáng)系統(tǒng)消納風(fēng)電等間歇性可再生能源發(fā)電的能力。考慮到大量電動(dòng)汽車分散運(yùn)行的特性, 采用網(wǎng)絡(luò)化控制 (Networked Control) 比較合適，這是CPS的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域?；谶@樣的考慮, 著重研究電動(dòng)汽車參與系統(tǒng)調(diào)頻的網(wǎng)絡(luò)化控制方法, 并考察通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能甚至穩(wěn)定性可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。 (5)基于電力CPS統(tǒng)一模型的電動(dòng)汽車充換電站通信性能仿真。本研究首先對(duì)充換電站通信網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析和建模；其后，基于微分代數(shù)方程組和有窮自動(dòng)機(jī)等工具建立了不同傳輸策略下通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸模型和網(wǎng)絡(luò)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(duì)廣域內(nèi)分布式設(shè)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(luò)的融合、電力CPS安全等幾個(gè)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

將電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)深度融合是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。本項(xiàng)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(xué)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(chǔ)上，研究電力CPS的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)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(duì)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(biāo)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(yùn)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(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)的整體行為特征；對(duì)智能電網(wǎng)的最終實(shí)現(xiàn)具有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

《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(gè)部分。第I部分描述同步電機(jī)和電力系統(tǒng)元件的模型，第II部分討論計(jì)算潮流及優(yōu)潮流的方法，第III部分介紹穩(wěn)定性計(jì)算和評(píng)估的方法，第IV部分給出增強(qiáng)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(shè)計(jì)、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(jí)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(yīng)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?fù)浼捌浞€(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(shí)間平均等效電路、軟開關(guān)變換器電路拓?fù)浼捌浞€(wěn)態(tài)特性、軟開關(guān)變換器時(shí)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(shè)計(jì)、電流型控制開關(guān)變換器分析與設(shè)計(jì)。