国网福州供电公司 郑佩祥：配电网CPS理论架构和典型场景应用

传统配电网专注于配电网一次电气系统，用一组微分代数方程描述电气系统电压、电流、功率等参数的连续时间响应模型。信息通信系统属于离散系统，采用离散状态模型对网络离散参数，如数据队列长度、数据包和离散事件进行描述，将复杂的通信过程转化为具体的事件队列。可见，传统配电网与信息通信系统在理论和方法上基本是割裂的，现有建模仿真模型、理论方法与计算框架下难以深入分析配电网CPS中信息通信系统与电气物理系统深度融合过程。因此，本文着力分析配电网CPS的多方位动态特性与发展态势，从而为配电网CPS运行分析、装备研发、调度控制等奠定基础，从而满足当前及未来配电网CPS的规划与应用。

配电网CPS的本质可从组成结构、控制方式以及信息处理三个方面进行阐述。在组成结构上，配电网CPS强调通信网络和多源信息对电力系统控制的提升和影响，兼容现有配电网及微网或主动配电网组成方式；在控制方式上，配电网CPS不拘泥于单一的集中式或分布式，而是以功能为出发点，采用灵活多变的控制方式；在信息处理上，配电网CPS可兼容各设备元件通讯方式的复杂性，实现融合系统信息的高度一致性以及一、二次系统在功能上的高度协调性。

在配电网CPS建设进程中，不仅要求实现所有信息状态的采集和分析，而且能够融合各种通信协议，形成具有一致性信息特质的交互机制，使配电网从原有的“主从式”或“各自为政”的控制形式向“全景式”和“精细式”的智能控制形式发展。故配电网CPS具有可观、开放、融合、安全和自治五大特征。

图1 配电网CPS的特征

配电网CPS系统是一个融合了多要素、多流程、多生态的信息物理系统，既包括狭义上传统电力领域的电力物理单元及其信息通信设备，也包括广义上与电力非直接相关、但通过种种泛在连接手段对电力应用产生影响的物理设备与信息设备。从架构的角度，配电网CPS可以分为单元级CPS，系统级CPS和体系级CPS。从发展的角度，配电网CPS从无到有，从简单到复杂，从单一到集成可以分为探索、确立、完善和成熟四个阶段，最终目标是使得物理资源能够得到最充分的利用、信息价值能够得到最深入的挖掘，开放、协同、共赢的产业生态是配电网CPS发展的最终方向。

图2 配电网CPS发展的阶段