基于電力信息通信發(fā)展現(xiàn)狀，探討信息物理系統(tǒng)等未來(lái)智能配用電的關(guān)鍵新技術(shù)。首先介紹了當(dāng)前配用電環(huán)節(jié)中“云大物移”等技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，接著介紹了在未來(lái)智能配用電中可能起到重要作用的信息物理系統(tǒng)，總結(jié)了當(dāng)前研究熱點(diǎn)問(wèn)題和發(fā)展動(dòng)態(tài)，并闡述了潛在的前沿問(wèn)題。基于此，對(duì)未來(lái)智能配用電中的一些新型信息物理系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了展望，并對(duì)其在實(shí)際實(shí)施中的挑戰(zhàn)進(jìn)行了討論，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供參考。

　　0引言

　　隨著新能源革命的興起，全世界能源和電力的發(fā)展都面臨空前的應(yīng)對(duì)和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，新一代電力系統(tǒng)具有廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控等特征，將成為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，新一代電力系統(tǒng)將成為大規(guī)模新能源的輸送和分配網(wǎng)絡(luò)；智能配用電與分布式能源（distributedenergyresource，DER）、儲(chǔ)能裝置、柔性負(fù)荷等有機(jī)融合，促進(jìn)多能互補(bǔ)優(yōu)化利用；以集成芯片、信息網(wǎng)絡(luò)、人工智能等為代表的信息通信技術(shù)快速演進(jìn)，與電網(wǎng)深度融合形成能源、電力、信息綜合服務(wù)體系。

　　配電網(wǎng)作為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)起著關(guān)鍵作用。隨著配電自動(dòng)化、用電信息采集等應(yīng)用系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，對(duì)于有千條饋線的大規(guī)模配電網(wǎng)，會(huì)產(chǎn)生指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的異構(gòu)多態(tài)的數(shù)據(jù)，未來(lái)配電網(wǎng)的管控將依托于大量信息的高效采集和綜合利用，統(tǒng)一模型云與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)大幅提高信息交互共享的效率。快速發(fā)展的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅能安全高效協(xié)調(diào)分布式能源（distributedenergyresource，DER）和柔性負(fù)荷，而且是物理電網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)高度融合的現(xiàn)代配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，隨著數(shù)據(jù)獲取和利用方式的日益成熟，加上IPv6、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的逐步廣泛利用，有效提升配電系統(tǒng)的智能化水平。

　　目前，正在開(kāi)展“營(yíng)配貫通”工作，以全面實(shí)現(xiàn)配電和用電智能化管理，對(duì)配用電系統(tǒng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。基于“云大物移”等先進(jìn)信息技術(shù)，通過(guò)智能營(yíng)業(yè)廳、智能小區(qū)、智能樓宇、電動(dòng)汽車充電運(yùn)營(yíng)、大數(shù)據(jù)綜合能源服務(wù)云平臺(tái)等建設(shè)，以“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”模式促使城市管理與公共服務(wù)更加高效友好。同時(shí)，隨著分布式可再生能源的興起、源用混合的能源基礎(chǔ)設(shè)施逐漸形成，信息通信網(wǎng)絡(luò)虛擬化與軟件定義方法可以更好地滿足能源互聯(lián)網(wǎng)需求。

　　近年來(lái)，隨著信息通信的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批“云大物移”新技術(shù)、新應(yīng)用，并與智能配用電深度融合。在實(shí)現(xiàn)機(jī)理上，通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式檢測(cè)或者控制區(qū)域能源網(wǎng)，安全、高效、協(xié)調(diào)DER和柔性負(fù)荷，逐步形成電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)（cyberphysicssystem，CPS），具有重要的研究和應(yīng)用前景。本文旨在對(duì)未來(lái)智能配用電中的CPS應(yīng)用做一個(gè)前瞻性的探討，以期對(duì)未來(lái)智能配用電的優(yōu)化運(yùn)行提供建設(shè)性的參考。需要指出的是，未來(lái)智能配用電中可能實(shí)現(xiàn)的CPS新應(yīng)用，不僅僅局限于本文中所列出的案例。

　　1電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)研究進(jìn)展

　　1.1電網(wǎng)CPS主要特征

　　電網(wǎng)是規(guī)模最大也是最復(fù)雜的互聯(lián)系統(tǒng)之一，是典型的信息物理融合系統(tǒng)研究對(duì)象。其中物理電網(wǎng)主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、斷路器等設(shè)備，信息網(wǎng)包括了多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)感知、傳輸、控制等功能，電網(wǎng)CPS的耦合關(guān)系見(jiàn)圖1。

　　圖1電網(wǎng)CPS的信息物理耦合關(guān)系

　　雖然世界各國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際情況不同，智能配用電的研發(fā)方向也不完全一樣，但總的發(fā)展趨勢(shì)是一致的，都是實(shí)現(xiàn)配用電系統(tǒng)的集成，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，推動(dòng)用戶參與電網(wǎng)運(yùn)行管理。因此，電網(wǎng)CPS旨在充分反映電網(wǎng)運(yùn)行的信息過(guò)程與物理過(guò)程，體現(xiàn)信息物理耦合機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)傳播機(jī)制，以期通過(guò)更精準(zhǔn)的控制方式支持系統(tǒng)全局優(yōu)化，提高能源、設(shè)備利用率，保障電網(wǎng)的可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

　　文獻(xiàn)［15］將電網(wǎng)CPS主要特征歸納為：①物理電網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)融合，功能方面高度協(xié)調(diào)，在機(jī)理方面降低兩系統(tǒng)的異構(gòu)特征，具有統(tǒng)一的形式化描述方法；②電網(wǎng)作為連續(xù)過(guò)程與離散狀態(tài)并存、時(shí)間與事件共同作用的物理系統(tǒng)，從建模、分析、控制等方面都要體現(xiàn)連續(xù)與離散的內(nèi)在聯(lián)系；③全景信息采集與靈活應(yīng)用。文獻(xiàn)［16］闡述了配電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)的典型特征，為完整保留能量流和信息流交互過(guò)程，從數(shù)字與動(dòng)模測(cè)試驗(yàn)證互補(bǔ)的角度提出配電網(wǎng)CPS數(shù)?；旌蠝y(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)。

　　1.2電網(wǎng)CPS參考模型

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外在CPS技術(shù)領(lǐng)域的建模、控制、工程應(yīng)用等方面已開(kāi)展研究。但是，在技術(shù)層面，由于電網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)基于不同的物理實(shí)體，電力能量在存儲(chǔ)、傳輸過(guò)程中都存在消耗，而信息則具有可復(fù)制分享、可存儲(chǔ)的特點(diǎn)，在融合過(guò)程中必定存在機(jī)制上的不兼容。例如，配電網(wǎng)必須時(shí)刻保證能量供需平衡，而信息網(wǎng)則無(wú)此約束。因此，發(fā)展電力信息物理系統(tǒng)的統(tǒng)一模型是CPS要解決的最關(guān)鍵也是最急迫的任務(wù)之一。

　　文獻(xiàn)［17］參照計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)中開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（opensysteminterconnect/referencemodel，OSI/RM）的成功經(jīng)驗(yàn)，提出采用層次化結(jié)構(gòu)的CPS參考模型，分為5層，每層按功能分別實(shí)現(xiàn)，同層實(shí)體間受該層規(guī)約的約束并利用下一層提供的服務(wù)交換數(shù)據(jù)并控制電流的傳輸和電能參數(shù)調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)［15］給出了基于CPS的電力系統(tǒng)技術(shù)體系，涵蓋建模、分析、控制、驗(yàn)證等多個(gè)方面。文獻(xiàn)［18］提出一種基于信息物理融合的能源互聯(lián)網(wǎng)模型，考慮能源互聯(lián)網(wǎng)中CPS的時(shí)空異構(gòu)性以及量測(cè)數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，并結(jié)合多智能體優(yōu)化方法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

　　2智能配用電的信息物理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀和配用電實(shí)際情況，作者認(rèn)為，CPS在理念上不應(yīng)僅僅視為一種理論模型或技術(shù)體系，而應(yīng)理解為支撐智能配用電的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而“云大物移”等現(xiàn)代通信技術(shù)是CPS和主動(dòng)配電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等新理念的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)（見(jiàn)圖2），應(yīng)予以高度重視。以下將選取對(duì)應(yīng)的支撐技術(shù)進(jìn)行概述。

　　圖2電力CPS的支撐技術(shù)

　　2.1融合建模與綜合安全評(píng)估

　　電網(wǎng)運(yùn)行已經(jīng)發(fā)展出完善的安全分析體系，基本思路是首先對(duì)物理電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上研究在預(yù)想故障集下評(píng)估電力系統(tǒng)的各項(xiàng)安全指標(biāo)。類似地，為量化分析電力系統(tǒng)信息故障的影響，就必須先對(duì)進(jìn)行統(tǒng)一的電網(wǎng)信息/物理耦合建模，進(jìn)而在模型基礎(chǔ)上對(duì)信息故障進(jìn)行量化的分析和評(píng)估。

　　文獻(xiàn)［19］提出一種CPS融合建模構(gòu)想，該方法將CPS抽象為有向拓?fù)鋱D模型，將物理電網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)量統(tǒng)一抽象為“數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)”，將信息處理、信息傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)抽象為“信息支路”。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)矩陣運(yùn)算方式實(shí)現(xiàn)信息—能量流的快速量化計(jì)算，并給出了靈敏度分析與信息物理耦合安全評(píng)估的方法。文獻(xiàn)［20］提出了基于混合系統(tǒng)的電網(wǎng)CPS建模方法及其控制方案，并針對(duì)配用電環(huán)節(jié)建立柔性負(fù)荷和源儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制的混合系統(tǒng)模型，通過(guò)控制柔性負(fù)荷緩解由于DER接入等因素造成的影響，使負(fù)荷側(cè)在保障用戶需求的前提下，獲得經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。同時(shí)，信息空間中的風(fēng)險(xiǎn)有可能傳遞到物理空間中并導(dǎo)致電力設(shè)備故障，信息安全風(fēng)險(xiǎn)在電力CPS中的傳播機(jī)制非常重要。

　　2.2基于物聯(lián)網(wǎng)的高效感知

　　全景信息采集與靈活應(yīng)用是電網(wǎng)CPS的特征之一。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立與信息流特點(diǎn)相匹配的數(shù)據(jù)采集和控制網(wǎng)絡(luò)，適配多種通信協(xié)議，滿足測(cè)控裝置“即插即用”需求，能準(zhǔn)確傳遞、識(shí)別信息流，并能基于協(xié)調(diào)控制、優(yōu)化分析等需求和資源占用情況，優(yōu)化信息路由。

　　配用電中的CPS往往采用無(wú)線傳感網(wǎng)，具備低功耗、低成本、低通信速率等特征，且資源與功能高度受限。為基于信息物理模型優(yōu)化感知效率，目前開(kāi)展了大量研究。文獻(xiàn)［23］在智能用電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和通信的需求分析基礎(chǔ)上，結(jié)合信息物理系統(tǒng)理論，提出了基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的多智能體數(shù)據(jù)采集和通信機(jī)制，驗(yàn)證其適合低功耗、低成本、低速率、資源受限的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)境，該機(jī)制可對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行毫秒級(jí)（100ms）追蹤。壓縮感知理論是信號(hào)采樣與處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿，利用物理信號(hào)的稀疏性減少對(duì)傳感器硬件要求，而且大大減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和分析處理的壓力。文獻(xiàn)［24］綜述了稀疏表示、非相關(guān)觀測(cè)和非線性優(yōu)化重構(gòu)等方法在電能質(zhì)量領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　2.3利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)通信

　　信息通信技術(shù)增強(qiáng)了配電網(wǎng)的全局狀態(tài)感知能力，DER的出力情況、柔性負(fù)荷的特征、電動(dòng)汽車的空間分布等狀態(tài)數(shù)據(jù)均需要信息通信網(wǎng)絡(luò)支撐。隨著配電網(wǎng)對(duì)運(yùn)行控制快速性、實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高，信息的時(shí)效性特征愈發(fā)明顯。對(duì)此，一方面要借助經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單可靠的終端滿足廣域量測(cè)需求，另一方面要依靠大容量光纖通信、寬帶無(wú)線接入、M2M（machinetomachine）通信等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為深入到用戶側(cè)的數(shù)據(jù)采集終端提供泛在靈活接入。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)具有易部署、低成本等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)。中國(guó)電力工業(yè)通信規(guī)范將配電自動(dòng)化的通信數(shù)據(jù)分為遙信、遙控、遙測(cè)3類，并對(duì)遙信、遙控?cái)?shù)據(jù)提出明確的實(shí)時(shí)性和可靠性指標(biāo)，對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)提出可靠性指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，配用電環(huán)境復(fù)雜多樣致使無(wú)線信道易中斷，重傳率高。針對(duì)該問(wèn)題，目前開(kāi)展了傳輸層協(xié)議及通道保障機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量評(píng)估預(yù)測(cè)方法等研究，保障配用電業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性。

　　2.4基于云計(jì)算/大數(shù)據(jù)的新型應(yīng)用

　　就我國(guó)目前的發(fā)展?fàn)顩r，配用電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來(lái)自AMI、PMS、OMS、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、GIS、95598客服系統(tǒng)等。在大數(shù)據(jù)的理論和方法指導(dǎo)下，不僅上述電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的價(jià)值會(huì)被大力挖掘，也會(huì)提高對(duì)外部數(shù)據(jù)的利用。在智能配用電中，運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警、用戶用電行為分析、能量?jī)?yōu)化調(diào)度等眾多應(yīng)用場(chǎng)景都需要大數(shù)據(jù)的支持。

　　文獻(xiàn)［28］介紹了未來(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)（activedistributionnetwork，ADN）中的新型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，包括云計(jì)算與智能電網(wǎng)的雙向滲透應(yīng)用、基于終端負(fù)荷辨識(shí)技術(shù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)需求側(cè)管理、基于區(qū)塊鏈的配網(wǎng)分布式能源交易系統(tǒng)、基于同態(tài)加密的主動(dòng)配電網(wǎng)安全協(xié)作應(yīng)用、基于眾包/眾籌的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)模式等。文獻(xiàn)［29］分析了用戶側(cè)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了一種大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，并在此平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了基于Hadoop的電力用戶側(cè)大數(shù)據(jù)并行負(fù)荷預(yù)測(cè)原型系統(tǒng)。

　　2.5基于信息物理融合模型的優(yōu)化控制

　　以物理電網(wǎng)及信息網(wǎng)絡(luò)、能量管理系統(tǒng)作為物質(zhì)基礎(chǔ)，融合模型與分析控制理論作為方法支撐，充分利用大數(shù)據(jù)分析、分布式智能、全局優(yōu)化等技術(shù)，可以實(shí)施配用電優(yōu)化控制。文獻(xiàn)［30］基于信息物理融合思維，提出了一種孤島微電網(wǎng)有功控制模型，含有以頻率為觸發(fā)信號(hào)的需求側(cè)單元、可再生能源發(fā)電、電池儲(chǔ)能單元等。文獻(xiàn)［31］基于能量信息化與互聯(lián)網(wǎng)化技術(shù)，借鑒信息網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算、帶寬、存儲(chǔ)等資源的靈活管理調(diào)控方法，提出分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)化管控關(guān)鍵技術(shù)，在數(shù)據(jù)中心、通信機(jī)房、電動(dòng)汽車、建筑節(jié)能等多個(gè)領(lǐng)域中推廣與試點(diǎn)應(yīng)用。文獻(xiàn)［32］研究信息物理融合的智能空調(diào)響應(yīng)不確定性尖峰折扣電價(jià)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化區(qū)間的模型預(yù)測(cè)控制，達(dá)到保證在用戶定義的舒適性范圍內(nèi)，使用戶電費(fèi)支出最小，也即在電網(wǎng)尖峰期用電量最小的目標(biāo)。

　　2.6仿真與驗(yàn)證技術(shù)

　　根據(jù)電力CPS原型特征構(gòu)造其模型并進(jìn)行數(shù)字仿真，可為當(dāng)前相關(guān)理論和應(yīng)用問(wèn)題的深入研究提供仿真、測(cè)試和驗(yàn)證支撐。形式化驗(yàn)證主要是為了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性，通過(guò)形式化驗(yàn)證，可以從邏輯分析的角度驗(yàn)證系統(tǒng)的合理性及可行性。仿真驗(yàn)證過(guò)程見(jiàn)圖3。

　　圖3電力CPS的仿真驗(yàn)證過(guò)程

　　文獻(xiàn)［33］指出由于電力流和信息流在數(shù)學(xué)模型上的本質(zhì)區(qū)別，需要建立實(shí)時(shí)聯(lián)合仿真平臺(tái)；基于電力仿真工具OPAL-RT和和通信仿真工具OPNET，研制開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)交互接口及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，建立了電力CPS實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。為了解決不同模型間的時(shí)間同步問(wèn)題，文獻(xiàn)［34］設(shè)計(jì)了主從式CPS協(xié)同仿真平臺(tái)，重點(diǎn)分析了所設(shè)計(jì)的融合式時(shí)間同步策略，通過(guò)微電網(wǎng)仿真算例，驗(yàn)證了所建立的協(xié)同仿真平臺(tái)及其時(shí)間同步策略的準(zhǔn)確性和有效性。基于相關(guān)技術(shù)，從數(shù)字與動(dòng)模測(cè)試驗(yàn)證互補(bǔ)的角度，提出配電網(wǎng)CPS數(shù)模聯(lián)合測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)，可以復(fù)現(xiàn)電力系統(tǒng)和信息系統(tǒng)耦合的動(dòng)態(tài)過(guò)程。另一方面，電網(wǎng)CPS作為安全攸關(guān)的系統(tǒng)，需要引入形式化驗(yàn)證方法來(lái)校驗(yàn)融合模型的正確性，支撐基于融合模型的CPS分析與控制方法研究。文獻(xiàn)［35］面向CPS的控制應(yīng)用程序，基于自動(dòng)機(jī)理論建立統(tǒng)一的系統(tǒng)驗(yàn)證模型，并提出了對(duì)該模型進(jìn)行形式化驗(yàn)證的算法。

　　下文將選取主動(dòng)配電網(wǎng)柔性負(fù)荷控制、用電側(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、CPS安全保障等研究熱點(diǎn)，對(duì)面向未來(lái)智能配用電的CPS應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

　　3面向未來(lái)智能配用電的信息物理系統(tǒng)應(yīng)用展望與挑戰(zhàn)

　　3.1ADN中的柔性負(fù)荷控制

　　在配電網(wǎng)領(lǐng)域，DER接入量不斷增大，以及可控負(fù)荷的增多，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)將面臨諸多的挑戰(zhàn)；尤其當(dāng)前高滲透分布式光伏電源接入配電網(wǎng)等趨勢(shì)，將改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向輻射狀供電模式。為了應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，主動(dòng)配電網(wǎng)（ADN）強(qiáng)調(diào)對(duì)現(xiàn)代配電網(wǎng)中的各種可控資源，特別是分布式可再生能源從被動(dòng)消納到主動(dòng)引導(dǎo)與主動(dòng)利用。

　　云計(jì)算除了為智能電網(wǎng)提供高性能計(jì)算服務(wù)外，云中心有望作為一種高能耗的可控負(fù)荷與配電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)。文獻(xiàn)［38］基于分類與定價(jià)策略，提出主動(dòng)配電網(wǎng)中云計(jì)算資源的優(yōu)化配置模型，展示了云計(jì)算的商業(yè)模式在降低主動(dòng)配電網(wǎng)ICT投資成本，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源互補(bǔ)方面的潛在應(yīng)用效果。由于計(jì)算負(fù)荷可在云端進(jìn)行調(diào)度與遷移，這一特性使得云中心可作為可控負(fù)荷參與到ADN的需求側(cè)響應(yīng)中，但“數(shù)據(jù)中心并網(wǎng)”涉及業(yè)務(wù)連續(xù)性、能耗綜合代價(jià)等問(wèn)題，在技術(shù)上存在挑戰(zhàn)。

　　除了云數(shù)據(jù)中心，ADN中還存在多種可控負(fù)荷。文獻(xiàn)［39］認(rèn)為ADN具備信息物理系統(tǒng)的基本形態(tài)，為了更有效地實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制，考慮了饋線控制和電力客戶兩方面的效益，基于混合系統(tǒng)模型提出柔性負(fù)荷信息物理融合的控制模型與方法。但是，如何得到柔性負(fù)荷的特征仍是一個(gè)挑戰(zhàn)，需擴(kuò)展現(xiàn)有信息模型，使配電終端可感知負(fù)荷特性，實(shí)現(xiàn)信息物理融合的“即插即用”，支撐用戶主動(dòng)進(jìn)行雙向互動(dòng)。

　　3.2用戶側(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

　　智能電網(wǎng)的一個(gè)主要特征是監(jiān)測(cè)裝置的廣泛應(yīng)用以及由此獲得的大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。隨著分布式能源及分布式電源的增加，用戶側(cè)對(duì)電能質(zhì)量的影響越來(lái)越大，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)受到高度關(guān)注。

　　為了高效獲得電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，綜合考慮用電環(huán)境的物理特性和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)系具有重要意義。事實(shí)上，同類型用戶的電器特性和用電行為具有一定的相似性，對(duì)電能質(zhì)量造成的影響也具有相關(guān)性。文獻(xiàn)［40］提出了一種自檢測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)空壓縮感知方法，充分考慮多個(gè)同類型測(cè)量對(duì)象的數(shù)據(jù)相關(guān)性，將不同小區(qū)的用電數(shù)據(jù)投射為二維矩陣，減少電能質(zhì)量傳輸數(shù)據(jù)量；并針對(duì)沖激脈沖信號(hào)，在用戶端加入自檢測(cè)機(jī)制，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［41］采用類似的壓縮感知方法，將電能質(zhì)量由一維信號(hào)變換為二維信號(hào)，并根據(jù)圖像可稀疏表示的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)暫態(tài)和短時(shí)電能質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)的壓縮采樣和信號(hào)重構(gòu)。

　　傳統(tǒng)的電能質(zhì)量研究關(guān)注電能質(zhì)量危害的抑制和消除。隨著監(jiān)測(cè)能力的增強(qiáng)，電能質(zhì)量擾動(dòng)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著大量涉及系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的暫態(tài)信息，可以用于解決故障診斷、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、負(fù)荷監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。但是，如何將相關(guān)理論與現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)信息物理融合模型，提高智能用電環(huán)境下的監(jiān)測(cè)精度和效率，有效管理電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　3.3智能配用電中的CPS安全性分析

　　智能配用電的一個(gè)重要基礎(chǔ)，是通過(guò)新的計(jì)算、通信和傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)和電網(wǎng)中一二次設(shè)備之間緊密的融合協(xié)作。物理配電網(wǎng)與信息系統(tǒng)高度融合，不僅僅是在物理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提升信息化程度，而應(yīng)當(dāng)在改進(jìn)電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)和提升信息化程度之間取得平衡。計(jì)及信息與物理交互影響的系統(tǒng)安全性分析方法具有重要的價(jià)值和意義。

　　在信息安全對(duì)物理系統(tǒng)安全的影響，以及如何提高CPS對(duì)風(fēng)險(xiǎn)威脅和惡意攻擊的防御水平方面，當(dāng)前已有較多研究。文獻(xiàn)［43］針對(duì)電網(wǎng)CPS中信息系統(tǒng)主要的監(jiān)視與控制兩類功能，建立功能失效模型，提出考慮信息—電力作用的電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法。文獻(xiàn)［44］針對(duì)配電網(wǎng)，提出一種考慮多代理供電恢復(fù)系統(tǒng)通信失效的配電網(wǎng)CPS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。文獻(xiàn)［45］提出了一種旨在量化信息系統(tǒng)元件故障和信道質(zhì)量對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行可靠性影響的分析方法。但是，目前的研究基于多種建模理論，多數(shù)是在成熟的電力系統(tǒng)分析方法考慮信息通信因素，針對(duì)配用電實(shí)際應(yīng)用的分析還比較缺乏，最主要的挑戰(zhàn)來(lái)自于CPS模型本身的成熟性；同時(shí)，隨著分布式電源和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的具有感知、通信、處理能力的智能設(shè)備部署在配用電環(huán)節(jié)，智能設(shè)備和開(kāi)放式通信協(xié)議的應(yīng)用帶來(lái)了更多的潛在安全威脅，如何提出一套成熟的規(guī)范，適應(yīng)配用電大規(guī)模應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　智能配用電中存在眾多因素的不確定性、不同裝置動(dòng)態(tài)響應(yīng)的多時(shí)間尺度性、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)特性等，都對(duì)配用電的分析、運(yùn)行、管理水平提出了更高的要求。信息通信技術(shù)的不斷創(chuàng)新將對(duì)智能配用電的發(fā)展形成有力推動(dòng)，也為智能配用電的推廣提供巨大機(jī)遇。尤其是隨著信息化水平的提高以及與用戶側(cè)交互程度的加深，“云大物移”新技術(shù)的深化應(yīng)用是優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互，逐步形成信息物理系統(tǒng)。

　　本文概括介紹了智能配用電中信息物理系統(tǒng)的研究進(jìn)展，分析了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)未來(lái)可能構(gòu)建在“云大物移”新技術(shù)之上的CPS應(yīng)用作了前瞻性的討論，并分析其中存在的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，CPS已經(jīng)成為多學(xué)科交叉研究熱點(diǎn)，本文所提出的應(yīng)用場(chǎng)景可作為工程和研究人員的技術(shù)參考。電網(wǎng)CPS理論與實(shí)踐的突破將促進(jìn)智能配用電以及能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展。（梁云，黃莉，胡紫巍，李沛）