智能电网CPS的混合控制方法总结报告.doc

智能电网CPS的混合控制方法 摘要 为了使电网具有了灵活、高效、可持续、高可靠性、高安全性，本文将CPS引入到智能电网中。重点分析了CPS在电力系统中的混合控制方法，并详细介绍了微电网CPS体系结构，把CPS控制分为应用层、网络层、连接层、协调层、调节层和物理层，从而实现了CPS的混合控制方法。 关键词: CPS，控制方法，智能电网 1.绪论 近年来，智能电网已经成为电力工业界和学术界关注的热点。智能电网应具有灵活、高效、可持续、高可靠性、高安全性等重要特征。此外，智能电网还必须能够支持大规模间歇性可再生能源和分布式电源，能够促进电力市场公平、有效运营，能够促进用户侧参与等。要实现上述目标和要求，就需要进一步发展电力系统现有的理论、模型、方法和算法体系。其中，引入新的 计算、通信和传感技术，并实现信息系统和电力系统更紧密的融合与协作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)为解决这些问题提供了一种新的途径。 CPS是涉及信息系统和物理系统交互与融合的一个新的研究领域。CPS是集成了计算系统、大规模通信网络、大规模传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。CPS具有对大规模互联物理系统进行实时监视、仿真、分析和控制的功能，最终目标是使未来的物理系统具有目前尚不具备的灵活性、自治性、高效率、高可靠性和高安全性。CPS是物理过程、经济过程和计算过程的集成系统，描述人类与物理世界的交互。可以看出，CPS与物联网概念有相似之处，即两者都强调物理实体的互联。然而，CPS与物联网也有显著区别。建立物联网的主要目的在于采集各种物理实体信息，以实现对物理世界的感知。另一方面，CPS可以看做是对物联网的进一步发展，其目标是在感知物理世界的基础上，进一步实现对各种物理实体的最优控制。CPS愿景的实现意味着人类将拥有远超以往的对物理世界的强大控制能力。 2.电力CPS的混合控制方法 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。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。 2.1网络化控制系统 网络化控制系统是指传感器、控制器和执行器(actuator)分布在不同网络节点上，且必须通过通信网络交换信息的控制系统。随着控制理论、控制技术、计算机技术和网络通信技术的发展，工业控制领域发生了巨大的变革:从原始单回路控制系统，先后发展到分布式控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)和网络化控制系统(NCS:Networked Control System)。 2.1.1网络化控制系统的主要特点 (1)控制系统网络化 控制系统网络化是网络化控制系统(NCS)的根本特点，由于控制网络的引入，将原来分散在不同地点的现场设备连接成网络，自动化系统原有的“信息孤岛”被打破，为工业数据的远程传送与集中管理、以及控制系统与其他信息系统的连接与沟通创 造了条件。 (2)信息传输数字化 数字化与网络化是相辅相成的，网络化是从系统角度描述NCS的特点，而数字化则是从信息的角度描述NCS的特点。 (3)控制结构的层次化 控制系统的分层结构是引入控制网络之后的一个基本特点。在传统的控制系统的结构中，一台计算机不仅要完成底层的回路控制与顺序控制，还需要完成实时监视、参数调试等任务。但在NCS中，这些任务则分别属于处在不同层次上的不同计算机来完成，每台计算机是各司其职，控制层次与控制任务得到细分。 (4)信息管理的集中化与底层控制的分散化 NCS的分层结构确定了NCS的金字塔框架，这一特点其实是控制结构层次化的延伸。这种结构符合企业生产的需求:企业的生产底层是控制回路多，地域分散;而企业高层则要求能够对生活现场产生的大量数据进行集中监视、分析等。采用了NCS的企业在底层利用控制设备实现了分布式控制，增强了控制系统的可靠性;在高层则实现了对底层数据的集中监视、管理，为上层的协调与优化、以及对宏观决策提供必要的信息支持。 (5)硬件与软件的模块化 从实际工程应用出发，各种NCS的软硬件，目前都采用了模块化的结构，硬件的模块化使得系统具有良好的灵活性与可扩展性，从而使系统的成本更低、体积更小、可靠性更高。软件的模块化则使系统的组态方便、控制灵活、效率更高、操作简单。 (6)控制系统的智能化 控制系统的智能化包括两个方面:一是现场设备的智能化。在底层由于微处理器的引入，现场设备不仅能够完成传感测量、回路控制等基本功