DQZHAN技術訊：電網信息物理融合系統：面向未來的能源互聯網
2006年，美國國家基金委員會首先提出信息物理融合系統(CPS)的概念，在隨后幾年內CPS成為美國政府在信息技術領域的重點研究方向和國際學術研究熱點。CPS是在物理世界感知的基礎上，深度融合計算、通信和控制能力，通過信息空間虛擬網絡和物理空間實體網絡的相互協調，使物理系統具有更高的靈活性、自治性、可靠性、經濟性和**性。CPS的愿景是成為一切大規模工業系統的基礎，例如在德國提出的“工業4.0”戰略中，將CPS作為關鍵基礎技術，旨在實現工業生產系統及過程的智能化。未來的電力、能源、交通、制造、物流等大型基礎設施和重要行業均將成為CPS。
當今的電網已經進入智能化時代。智能電網廣泛使用廣域傳感和測量、高速信息通信網絡、先進計算和柔性控制等技術，實現發電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環節的信息化、自動化、互動化。在智能電網中，越來越多的電力設備采用嵌入式系統結構，大量的電氣設備、數據采集設備和計算設備通過電網、通信網兩個實體網絡互連，在一定程度上已經具備CPS的基本特征。隨著電網自動化系統、大容量傳輸網、泛在傳感網的建設，與互聯網、能源網等深度融合，智能電網將持續演進形成廣域協同、具有自主行為的復雜網絡，從而構成電網信息物理融合系統(GCPS)。GCPS通過電網信息空間與物理空間的深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，以**、可靠、高效和實時的方式監測或控制電網物理設備或系統。
作為一種新的技術理念，GCPS為實現電網智能化的目標提供了新的思路和實現途徑，電網信息空間與物理空間的虛實融合將成為常規的系統形態，可從以下幾方面進一步提高電網運行效率與服務價值。
GCPS將顯著提升電網的信息感知、集成、共享和協同能力。我國電網現正處于一個高速發展時期，電網結構和運行方式日趨復雜，系統**穩定運行面臨諸多風險因素。GCPS除了現有的調度、生產、營銷等信息采集傳輸系統外，還可以通過智能化電力設備、工業級傳感網、智能家居等，實現多物理量或數據的廣泛采集和共享;突破傳統專業之間的數據壁壘，使跨越時間、空間、物理環境的協同成為可能，實現對電網狀態的深度認知，對數據資源的高效利用。GCPS的系統構架下，可合理、充分地綜合各類信息進行快速、準確的故障診斷，從而減少電能中斷時間和增強供電可靠性。此外，GCPS還將可能與其它社會網絡，如交通網絡，實現多種跨行業的協同控制。
GCPS將顯著提升電網的自組織、自適應的能力。電網是一個復雜的信息物理基礎設施，在智能電網環境下信息通信網承載的業務日益復雜繁重，已成為電網生產運行與監測控制不可分割的一部分。GCPS將通過信息與網絡的融合，可支持全局優化與局部控制的協同。此外，GCPS具有自適應功能，對負荷控制、設備特性和用戶偏好等信息有比較準確的把握，可實現對物理設備的局部控制和控制中心對參數的在線調整，具有自動排除各種系統故障(包括物理系統故障和信息通信系統故障)、保證系統正常運行的能力。
GCPS將使電網具備大規模分布式實時計算的能力。電網的特征是能量產生及消耗瞬間保持平衡，電網的任何關鍵的動態變化都對電網的可靠性和控制的實時性提出相當高的要求。GCPS將綜合物理電網的連續模型與計算機的離散模型，突破傳統集中式計算平臺的約束，通過物理設備中嵌入的計算部件與中央監控系統的信息融合以及計算進程與物理進程的交互，使電網具備大規模分布式實時計算的能力，為解決大規模分布式設備的實時協調優化問題提供了新途徑。
GCPS將增強電網抵御**威脅和風險的能力。GCPS將兼顧信息空間**和物理實體**，**分析信息物理交互影響的耦合性風險，極大提高電網的**性。電網和信息通信網構成了雙層復雜網絡，GCPS將通過對網絡理論、故障傳播模型、分析方法以及可信計算、**芯片技術的研究，建立不同防護手段的相互協調機制，發展與物理網絡相適應的信息通信網絡規劃與運行方法，實現信息空間和物理空間的協同**保障。
未來電網是廣域范圍內的能量傳輸平臺和市場互動平臺，是一次能源及終端用戶之間的樞紐和橋梁。未來的能源互聯網，將是以電網信息物理融合系統為基礎，以可再生能源為主要一次能源，與天然氣網絡、交通網絡、儲能裝置等其它系統緊密耦合形成的復雜多網流系統，統籌協調各種能源的互補關系，形成能源、電力、信息綜合服務體系。
