社团生成结构的电力信息物理系统鲁棒性分析

随着传感器技术的快速发展,信息网与电网的深度融合,电力系统的智能化水平越来越高,但也面临着安全性、脆弱性等一系列问题.结合相互依存网络与介数负荷-容量级联故障模型,提出了包含电网、信息网孤岛运行的连锁故障仿真算法,主要研究了具有社团结构的电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)鲁棒性,修正了传统的社团结构生成算法,使其能够生成不同规模社团且社团连接概率可调的无标度网络.采用提出的算法生成信息网和电网社团内部同配耦合的电力CPS模型,使用电网剩余节点比例为评估指标.研究了调度中心处于不同社团时全局连接概率、社团连接概率以及多个调度中心对电力CPS鲁棒性的影响.     

电力信息物理系统易损性分析方法

针对电力信息物理系统（CPS）体系复杂、网络耦合、易损性分析困难这一现状,以近年来国内外电力系统毁伤相关研究成果为基础,构建了电力CPS的毁伤树模型.根据电力CPS节点重要性与故障级联毁伤特性,提出了一种基于节点重要性的电力CPS易损性分析方法,构建了易损性评估模型,并结合实例进行了分析说明.结果表明,该模型可用于电力信息物理系统的生存力研究,为目标抗毁伤结构设计提升提供支撑.      

考虑节点异质性和故障函数的电力信息物理系统风险传播模型

由于电力信息物理系统的耦合建模方法大多数依赖网络拓扑结构划分节点类型,未考虑节点信息的属性,同时也忽略了不同节点类型对风险传播的影响,削弱了对风险预测的能力。因此,提出了一种考虑节点异质性和故障函数的电力信息系统风险传播模型。首先对实际电力网络节点特性以及耦合性特点进行分析,结合节点异质性提出双网节点的表征方法,基于双网物理和逻辑依赖关系,设计了电力信息物理融合系统(cyber physical systems, CPS)表征模型。在此基础上,考虑双网状态交互影响的方向性及节点的依赖性,分析影响风险传播的因素,通过定义基于节点度的故障概率函数,构建了电力CPS风险传播模型。以合成网络和意大利真实数据所建立的耦合网络进行实验分析,证明模型的有效性。     

具恢复机制的相依电力-信息网络连锁故障传播

为了研究具有恢复机制的电力-信息网络连锁故障传播,基于相依网络理论,建立了IEEE300节点系统电力网与双星型结构信息网的电力-信息相依网络模型.分析复杂网络统计特征参数可知,电力网和信息网均具有小世界和无标度特性.利用相依电力-信息网络的连锁故障模型,对BA,WS和ER 3种不同的相互依存网络进行鲁棒性分析,提出了一种具有恢复机制的相依网络连锁故障传播模型.仿真结果表明,与目标恢复机制和随机恢复机制相比,依赖恢复机制的恢复级别更高,而且这种优势随着故障阈值的减少而提高.     

信息物理世界如何实现人机共融协同?

信息物理系统(CPS)的系统架构在未来世界具有核心地位.介绍人在回路的CPS的基本架构,提出在CPS架构下人机如何实现协同共融的核心科学问题.指出需要融合信息、计算、控制等多学科方法,从系统理论的角度实现协同.     

基于SAE-SV M的CPS攻击检测

信息物理系统(CPS)在工业控制和关键基础设施等领域被广泛应用,由于具有易受攻击的特点,CPS的安全问题变得尤为重要.为了提高CPS攻击检测的准确度,提出一种稀疏自动编码器(SAE)与支持向量机(SVM)结合的攻击检测算法.针对CPS中数据维数高的问题,使用SAE对数据进行特征学习与降维处理,以无监督方法重建新的特征表示;在此基础上以建立一种优化的检测模型为目标,利用改进细菌觅食算法(IBFA)优化SVM的参数.采用田纳西-伊士曼(TE)过程模型为仿真基础,模拟CPS受到恶意攻击的情况,并用提出的算法进行检测.结果表明,所提算法可以有效检测到攻击的发生,并缩短检测时间,提高了CPS的安全性能.     

计及信息—物理连锁故障的电力信息物理系统多目标规划

传统电力系统正逐步演化为电力信息物理系统(CPPS).在CPPS中,物理系统借助信息系统的高效便利提高了运行效率与准确性,但信息系统的失效有可能通过网间的耦合关系而波及到物理系统,并导致交互传播的连锁故障.在此背景下,该文首先提出计及信息—物理连锁故障的电力信息物理系统多目标规划模型框架.其次,分别从电力信息物理系统建...     

信息物理融合系统中恶意软件传播动力学研究

针对恶意软件在信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)中的传播机理难以描述的问题,提出了一种自适应SIQRS(susceptible-infected-quarantined-recovered-susceptible)传播动力学模型。该模型采用节点隔离机制描述CPS的感知和控制能力,引入链路重连机制刻画CPS的自适应性,进一步分析了恶意软件在CPS中的传播规则,并依据平均场理论建立了相应的微分动力学方程。不同参数条件下的仿真结果表明:当感染率小于存在阈值时,恶意软件无法在CPS内传播;当感染率大于存在阈值且小于传播阈值时,CPS发生滞后分岔并出现双稳态现象;当感染率大于传播阈值时,CPS稳定在地方病平衡状态;当参数满足特定条件时,CPS会发生Hopf分岔。研究表明,所提模型能够准确刻画恶意软件在CPS中的传播机理。     

工业4.0背景下制造产线数字孪生体建模方法研究

信息物理系统（cyber physical system,CPS）的快速发展推动了传统制造产业的快速转型升级。为进一步完善智能制造产线CPS系统的建立,对国内外相关组织和机构对数字孪生定义的研究进行对比和分析,同时使用博图软件对某智能制造产线的数字孪生体进行搭建,构建该智能制造产线从生产、制造、加工、运输到仓储无人化的信息物理系统,并以其成品立体仓库为例进行实验,验证了CPS系统的可行性。为智能制造产线的迭代升级提供数据与现实基础。     

面向CPS的高速公路凝冰短时预测与主动式防冰控制

针对影响中国高速公路行车安全与运营效率的冰雪冻雨气象灾害,基于信息物理系统(CPS)理论,设计了面向高速公路路表凝冰短时预测与主动式防冰控制的CPS模型.不同于传统的事后处置方式,该CPS可以通过主动预测和预先处置手段,防止冰雪灾害发生或降低其危害程度.围绕该CPS模型,提出了其信息世界的路表凝冰短时预测算法,并设计了相应的主动式防冰控制策略.其中,凝冰短时预测算法基于热力学理论建模空气温度和路表温度的耦合变化关系,并从凝冰事件的发生可能性及强度两个方面对预测的凝冰风险进行描述;防冰控制策略主要针对一款自研的以喷撒融雪剂方式防冰融冰的CPS物理世界装置,根据凝冰风险的可能性及强度分量远程控制该装置按照一定的模式进行工作.基于实测数据的实验分析以及针对实际路段的示范应用表明:该CPS具有较精确的凝冰预测精度,30min内的平均预测误差约为±0.2℃;融冰处置可以覆盖高速公路车道约3/4的有效行车区域,能够事先避免凝冰或积雪形成或主动降低其危害,因此在我国高速公路的信息化与效率提升建设当中具有较高的实用价值.     

基于电气连通性分析的复杂配电网可靠性评估算法

针对含多级断路器保护和多个备用电源的复杂配电网,提出一种可靠性评估算法。首先建立简化节点网络模型,定义了供电路径和供电路径距离并给出供电路径连通的判定准则。然后根据配电网故障处理过程修改区域节点邻接矩阵,可快速计算供电路径距离并判断电气连通性和节点故障类型。最后计算区域和负荷点的可靠性指标以及系统指标。算法有效计及了各种开关故障和自动开关拒动的影响,计算准确快速易于编程实现。通过IEEE RBTS算例系统验证了该方法的正确性和有效性。     

基于攻击图的物理信息系统网络安全风险评估

在过去十年中,针对电力系统等典型物理信息系统的网络攻击事件数量有所增加。现有物理信息系统风险评估技术只对OT系统或IT系统一个物理信息系统层的影响进行评估,难以精确反应物理信息系统的真实风险程度。本文提出了一种基于攻击图的物理信息系统定量风险评估方法,首先,基于物理信息系统的实际双系统层架构,构建了物理信息系统风险评估模型;同时综合考虑攻击者的能力、攻击行为的特点和目标网络的特点,给出了分析攻击路径选择概率的方法;然后,分别从OT系统和IT系统两个层面综合分析物理信息系统的影响因子,量化系统的风险值。最后,构建物理信息系统评估模型并进行仿真,验证了所提方法的有效性和准确性。     

5G承载网下基于经验小波变换和卷积神经网络的配网故障诊断方法

配电网拓扑结构复杂、分支众多、潮流分布不平衡,且存在通信网络覆盖不完善问题,给精确故障诊断带来很大难度.首先,基于5G承载网络的分布式配电网故障诊断系统,提出了网络时延和丢包模型,测试了实际网络时延.其次,提出了基于经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的故障诊断方法,对网络传输后的录波电气量进行经验小波变换,得到不同频域分量.最后,对各分量构建卷积神经网络模型,形成EWT-CNN配电网故障诊断方法,给出故障判断报告.实验结果表明,所提出的5G承载网络下的EWT-CNN配电网故障诊断方法可有效诊断出配电网故障点,且具有很好的泛化能力.     

综合考虑检修策略和设备健康指数的配电网可靠性评估

针对配电网传统可靠性评估方法未充分考虑设备的差异性、时效性等缺陷,提出了一种综合考虑检修策略和设备健康指数的配电网可靠性评估方法,以合理评估配电网的可靠性,从而为配电网的规划和检修安排提供依据.首先基于logistic回归模型计算设备的健康指数,根据健康指数和故障率的关系曲线计算设备的故障率、可用率和不可用率;然后基于最小路法与故障枚举法,枚举配电网的可行运行方案与故障状态;最后利用设备故障率与负荷点负荷信息,计算系统整体的故障概率和故障后果,从而获得配电网的可靠性指标.对中国南方某地区10 kV实际电网进行仿真分析,验证了所提方法的有效性.     

含分布式电源的配电网故障定位改进矩阵算法

由于传统矩阵算法在含分布式发电的配电网故障定位中的适用性变差,提出了一种改进矩阵算法实现对含分布式发电配电网的故障定位。该方法根据变电站母线处分支节点以及与分布式电源相连节点的故障信息,首先确定发生故障的区域,然后在该区域内利用改进的矩阵算法定位故障区段。考虑到故障信息的畸变,该方法针对定位结果的不同采用不同的纠错方法,提高了定位的准确性。该方法降低了矩阵的维度,排除了T接线处的误判。算例验证了所提出方法的可行性及容错性。     

一种定量的信息安全风险评估模型

目前人们采用的信息安全风险评估方法基本局限于定性或半定量的方法。采用概率风险分析的方法,通过故障树分析网络系统被攻击的根本原因,并对网络构成的实质进行了剖析,同时分析了系统漏洞的类型及对攻击结果进行了分类,在此基础上建立了定量风险计算模型。     

适应屋顶光伏接入的低压配电系统故障测距新方法

随着新型电力系统的不断建设,新能源大规模接入低压配网是我国能源转型的重要方向。在电网故障条件下,快速准确确定故障位置对提升新能源利用率和改善低压配网可靠性至关重要。目前,现有故障测距研究主要针对输电网和中高配电网,但对于低压四线制配电系统相关研究较少。在大规模建设屋顶光伏的背景下,低压四线制配电网是消纳新能源的重要场景。针对此,本文面向有源低压三相四线制配电系统提出一种新型故障定位方法,首先建立三相四线制系统接地故障下故障距离计算模型和屋顶光伏故障等效模型;然后,建立了屋顶光伏故障计算模型与故障线路靠近屋顶光伏端的电压关联模型。在此基础上,联合所建立的关联模型、屋顶光伏故障等值模型,以及三相四线制系统故障距离计算模型,通过迭代计算方法求解故障距离。最后,基于仿真算例对所提算法进行了验证,结果表明该算法具有良好性能,研究成果将有效提升屋顶光伏接入后的低压配网三相四线制系统故障定位水平。