智能電網(wǎng)CPS混合控制方法

1、智能電網(wǎng)CPS的混合控制方法摘要為了使電網(wǎng)具有了靈活、高效、可持續(xù)、高可靠性、高安全性，本文將CPS引入到智能電網(wǎng)中。重點(diǎn)分析了CPS在電力系統(tǒng)中的混合控制方法，并詳細(xì)介紹了微電網(wǎng)CPS體系結(jié)構(gòu)，把CPS控制分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、連接層、協(xié)調(diào)層、調(diào)節(jié)層和物理層，從而實(shí)現(xiàn)了CPS的混合控制方法。關(guān)鍵詞: CPS，控制方法，智能電網(wǎng)1.緒論 近年來，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電力工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。智能電網(wǎng)應(yīng)具有靈活、高效、可持續(xù)、高可靠性、高安全性等重要特征。此外，智能電網(wǎng)還必須能夠支持大規(guī)模間歇性可再生能源和分布式電源，能夠促進(jìn)電力市場公平、有效運(yùn)營，能夠促進(jìn)用戶側(cè)參與等。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)和要求，就需

2、要進(jìn)一步發(fā)展電力系統(tǒng)現(xiàn)有的理論、模型、方法和算法體系。其中，引入新的計(jì)算、通信和傳感技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)和電力系統(tǒng)更緊密的融合與協(xié)作是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化的關(guān)鍵。信息物理融合系統(tǒng)(cyber physical system, CPS)為解決這些問題提供了一種新的途徑。CPS是涉及信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)交互與融合的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。CPS是集成了計(jì)算系統(tǒng)、大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的新型互聯(lián)系統(tǒng)。CPS具有對大規(guī)?；ヂ?lián)物理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、仿真、分析和控制的功能，最終目標(biāo)是使未來的物理系統(tǒng)具有目前尚不具備的靈活性、自治性、高效率、高可靠性和高安全性。CPS是物理過程、經(jīng)濟(jì)過程

3、和計(jì)算過程的集成系統(tǒng)，描述人類與物理世界的交互。可以看出，CPS與物聯(lián)網(wǎng)概念有相似之處，即兩者都強(qiáng)調(diào)物理實(shí)體的互聯(lián)。然而，CPS與物聯(lián)網(wǎng)也有顯著區(qū)別。建立物聯(lián)網(wǎng)的主要目的在于采集各種物理實(shí)體信息，以實(shí)現(xiàn)對物理世界的感知。另一方面，CPS可以看做是對物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，其目標(biāo)是在感知物理世界的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對各種物理實(shí)體的最優(yōu)控制。CPS愿景的實(shí)現(xiàn)意味著人類將擁有遠(yuǎn)超以往的對物理世界的強(qiáng)大控制能力。2.電力CPS的混合控制方法未來的智能電網(wǎng)必須依賴通信網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度機(jī)構(gòu)和智能負(fù)荷、分布式電源、電動汽車等設(shè)備之間傳遞信息與控制信號。因此，未來的智能電網(wǎng)將是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。另一方面，考慮到

4、通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行中存在由于故障或網(wǎng)絡(luò)攻擊而暫時(shí)失靈的可能，完全依賴網(wǎng)絡(luò)化控制有可能會降低系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。因此，在智能電網(wǎng)環(huán)境下較為理想的控制方式應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化控制與本地控制相結(jié)合的混合控制。2.1網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是指傳感器、控制器和執(zhí)行器(actuator)分布在不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，且必須通過通信網(wǎng)絡(luò)交換信息的控制系統(tǒng)。隨著控制理論、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變革:從原始單回路控制系統(tǒng)，先后發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS:Networked Control System)。2.1.1網(wǎng)絡(luò)化控制系

5、統(tǒng)的主要特點(diǎn)(1)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)的根本特點(diǎn)，由于控制網(wǎng)絡(luò)的引入，將原來分散在不同地點(diǎn)的現(xiàn)場設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，自動化系統(tǒng)原有的“信息孤島”被打破，為工業(yè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送與集中管理、以及控制系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的連接與溝通創(chuàng)造了條件。(2)信息傳輸數(shù)字化 數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化是相輔相成的，網(wǎng)絡(luò)化是從系統(tǒng)角度描述NCS的特點(diǎn)，而數(shù)字化則是從信息的角度描述NCS的特點(diǎn)。(3)控制結(jié)構(gòu)的層次化 控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)是引入控制網(wǎng)絡(luò)之后的一個(gè)基本特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，一臺計(jì)算機(jī)不僅要完成底層的回路控制與順序控制，還需要完成實(shí)時(shí)監(jiān)視、參數(shù)調(diào)試等任務(wù)。但在NCS中，這些任務(wù)

6、則分別屬于處在不同層次上的不同計(jì)算機(jī)來完成，每臺計(jì)算機(jī)是各司其職，控制層次與控制任務(wù)得到細(xì)分。(4)信息管理的集中化與底層控制的分散化 NCS的分層結(jié)構(gòu)確定了NCS的金字塔框架，這一特點(diǎn)其實(shí)是控制結(jié)構(gòu)層次化的延伸。這種結(jié)構(gòu)符合企業(yè)生產(chǎn)的需求:企業(yè)的生產(chǎn)底層是控制回路多，地域分散;而企業(yè)高層則要求能夠?qū)ι瞵F(xiàn)場產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)視、分析等。采用了NCS的企業(yè)在底層利用控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)了分布式控制，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可靠性;在高層則實(shí)現(xiàn)了對底層數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、管理，為上層的協(xié)調(diào)與優(yōu)化、以及對宏觀決策提供必要的信息支持。(5)硬件與軟件的模塊化 從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，各種NCS的軟硬件，目前都采用了模

7、塊化的結(jié)構(gòu)，硬件的模塊化使得系統(tǒng)具有良好的靈活性與可擴(kuò)展性，從而使系統(tǒng)的成本更低、體積更小、可靠性更高。軟件的模塊化則使系統(tǒng)的組態(tài)方便、控制靈活、效率更高、操作簡單。(6)控制系統(tǒng)的智能化控制系統(tǒng)的智能化包括兩個(gè)方面:一是現(xiàn)場設(shè)備的智能化。在底層由于微處理器的引入，現(xiàn)場設(shè)備不僅能夠完成傳感測量、回路控制等基本功能，還可進(jìn)行故障診斷等;二是控制算法與優(yōu)化算法的智能化。在高層NCS提供了強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)平臺，為先進(jìn)的控制算法、人工智能方法、專家系統(tǒng)等在科學(xué)管理、計(jì)劃調(diào)度、操作指導(dǎo)等的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。(7)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)漸近化協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化意味著NCS系統(tǒng)具有更好的開放性、互操作性。在互聯(lián)網(wǎng)中，雖然TCP

8、/IP已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;而在控制網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)自成體系，F(xiàn)CS盡管已經(jīng)達(dá)成了國際標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線的種類仍然有10多種，此外，工業(yè)基礎(chǔ)以太網(wǎng)也出現(xiàn)了多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。因此，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)漸近化將是一個(gè)漫長的過程。總而言之，NCS的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)帶來了深刻變化，NCS具備了許多優(yōu)點(diǎn):可以實(shí)現(xiàn)資源共享與遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷，交互性好、減少了系統(tǒng)布線的復(fù)雜程度、增加了系統(tǒng)的柔性與可靠性、安裝維護(hù)比較方便等。 2. 1. 2網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)需要解決的問題 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是工業(yè)制造業(yè)控制、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域中的新的研究方向，其應(yīng)用前景十分廣闊，但目前仍處于初創(chuàng)階段，還存在許多有待于進(jìn)一步

9、解決的問題。從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上說，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動控制和傳感技術(shù)等的集成，因此，應(yīng)從這三方面來探討其主要問題。(1)從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面看，主要問題有: 工業(yè)現(xiàn)場中，多種現(xiàn)場總線和控制網(wǎng)絡(luò)共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的集成和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)問題; 計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的成熟化問題; 工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性有待于進(jìn)一步提高;通過帶寬配置、網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度、擁塞控制設(shè)計(jì)、通信約束設(shè)計(jì)等方法，以提高網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的QoS（即減小延遲、延遲抖動、丟包、失序)問題等。(2)從自動控制方面看，主要問題有: 針對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的延遲和丟包的隨機(jī)性、不確定性，采用各種先進(jìn)而實(shí)用的控制算法(如自適應(yīng)控制算法)等問題; 通過時(shí)鐘同步

10、和基于事件驅(qū)動方法，處理傳感器、控制器和執(zhí)行器之間的同步采樣問題; 通過控制任務(wù)調(diào)度算法、多變量系統(tǒng)解耦控制、隨機(jī)最優(yōu)控制、魯棒控制等方法，以提高閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的QoP(動態(tài)性能，穩(wěn)態(tài)性能)問題; 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中通常同時(shí)包含離散的和連續(xù)的過程與狀態(tài)，這是一個(gè)混合控制系統(tǒng)，因此可采用混合控制系統(tǒng)的理論與方法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的問題等。(3)從傳感技術(shù)方面看，必須加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)測控器的研究，主要問題有:集成化問題，即如何將網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的傳感器、控制器和執(zhí)行器采用嵌入式系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化;網(wǎng)絡(luò)通訊接口的統(tǒng)一化問題;節(jié)點(diǎn)測控器應(yīng)提供數(shù)據(jù)處理能力，提供工業(yè)規(guī)場級的安全性(如電磁隔離)和

11、可靠性(如冗余、容錯(cuò)和故障診斷)等。2.1.3網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)解決方法NCS的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)的控制理論、技術(shù)與方法與工程應(yīng)用也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在理論上，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)自身的服務(wù)質(zhì)量問題、擁塞問題等也變得越來越突出，從而給控制理論的研究帶來了新的間題，而由于網(wǎng)絡(luò)通信中不可避兔存在傳輸延遲、丟包等問題，這也給傳統(tǒng)的控制理論提出了新的挑戰(zhàn)?？刂祁I(lǐng)域的大量研究表明，通信網(wǎng)絡(luò)阻塞造成的傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失對于控制系統(tǒng)的性能具有很大的影響，嚴(yán)重時(shí)可能造成控制系統(tǒng)失穩(wěn)和崩潰。解決傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失的常用方法主要有以下2種。第1種方法是在控制系統(tǒng)模犁中顯式計(jì)及傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失的影響，然后利用解析方法評

12、估控制系統(tǒng)在一定的傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失率下是否能夠穩(wěn)定工作。第2種處理傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失的方法被稱為延遲和丟失補(bǔ)償。其核心思想是在任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，控制系統(tǒng)不僅要計(jì)算當(dāng)前的控制信號，還要根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量的模型預(yù)測值計(jì)算未來幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)的控制信號，并一起發(fā)送到執(zhí)行器。一旦當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的控制信號因?yàn)閭鬏斞舆t或丟失而沒有到達(dá)執(zhí)行器，則執(zhí)行器將根據(jù)之前收到的預(yù)側(cè)控制信號發(fā)出執(zhí)行指令。如圖2所示，含有延遲與丟失補(bǔ)償環(huán)節(jié)的執(zhí)行器有“同步“和“中斷”2種工作狀態(tài)。在正常情況下，執(zhí)行器處于“同步”狀態(tài)。一旦執(zhí)行器沒有收到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的控制信號，則轉(zhuǎn)入“中斷”狀態(tài)，根據(jù)預(yù)測控制信號發(fā)布執(zhí)行命令，直到其收到新的控制信號為

13、止。將延時(shí)與丟失補(bǔ)償法應(yīng)用于電辦系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何建立準(zhǔn)確的系統(tǒng)信息(常規(guī)發(fā)電機(jī)組出力、負(fù)荷水平、風(fēng)機(jī)出力、太陽能光狀系統(tǒng)出力、電動汽車龜池電量水平等)預(yù)測模型，并發(fā)展高效的優(yōu)化算法，以有效地產(chǎn)生高質(zhì)量的預(yù)測控制信號。 2.2電力CPS的混合控制方法 控制方法和控制系統(tǒng)的性能受到電力信息系統(tǒng)性能的制約。一方面，計(jì)算系統(tǒng)的性能決定了某種控制算法的最高時(shí)間復(fù)雜度。若控制算法過于復(fù)雜，則計(jì)算系統(tǒng)可能無法及時(shí)完成控制指令計(jì)算。另一方面，通信網(wǎng)絡(luò)的性能決定了某種控制方法可以利用的最大信息量。一般而言，利用的系統(tǒng)信息越多，越有可能得到更好的控制策略。然而，通信網(wǎng)絡(luò)的性能決定了能夠從傳感裝置流動到調(diào)度申心或

14、變電站的信息量的上限。由于智能電網(wǎng)不可能從頭建立，其必然是從現(xiàn)有電力系統(tǒng)逐步演變而來，這樣從降低成本的角度出發(fā)，智能電網(wǎng)的通信，尤其是從地調(diào)到分布式電源和終端用戶的通信，將很可能利用現(xiàn)有的通用通信網(wǎng)絡(luò)(如Internet)來實(shí)現(xiàn)。這樣，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，電力信息系統(tǒng)的性能未必能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。這就對控制方法和控制系統(tǒng)的靈活性提出了很高的要求。從這個(gè)角度考慮，電力CPS的控制應(yīng)該可以在多種控制方法之間靈活切換。在信息系統(tǒng)性能允許的情況下，應(yīng)該選擇從整體上最優(yōu)的控制方法，例如由調(diào)度中心進(jìn)行全局最優(yōu)控制。一亙信息系統(tǒng)的性能因故障或外部攻擊有所降低，系統(tǒng)將基于前面提出的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)分析方法，來自動

15、選擇次優(yōu)控制方法(如分層分區(qū)控制); 信息系統(tǒng)當(dāng)前所具備的性能應(yīng)該能夠保證該方法的穩(wěn)定運(yùn)行。在嚴(yán)重情祝下，如通信網(wǎng)絡(luò)大部分失靈或失去調(diào)度中心主服務(wù)器的情況下，各種設(shè)備將依據(jù)本地信息實(shí)施本地控制。利角上述多種控制方法相結(jié)合的棍含控制策略，可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與可靠性水平以及運(yùn)營效率，并減弱信息系統(tǒng)失靈對電力系統(tǒng)的負(fù)面影響。3.微電網(wǎng)CPS的體系結(jié)構(gòu) 結(jié)合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征，建立了微電網(wǎng)CPS的總體框架。 圖1中，雙線箭頭表示微電網(wǎng)CPS的電能流動，單線箭頭表示其信息的流動。整個(gè)微電網(wǎng)CPS的架構(gòu)包括電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)兩部分，其中的物理設(shè)備主要是微電網(wǎng)中的電力投備，如分布式電源、電力電子裝置、

16、儲能裝置、各種類型負(fù)荷等。這里的可中斷負(fù)荷由于是諸如電動汽車等可移動充電裝置，因此這種負(fù)荷具有能量的雙向流動性，這是微電網(wǎng)的特點(diǎn)之一。信息設(shè)備包括各種傳感設(shè)備、分布式計(jì)算設(shè)備、服務(wù)器、CPS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)等。電氣物理設(shè)備通過電力線連按在一起形成一個(gè)可控的小系統(tǒng)，并入電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)端，可在緊急情況下斷開靜態(tài)開關(guān)獨(dú)立運(yùn)行，形成本地電力孤島。信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如傳感器、服務(wù)器、CPS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)等，由通信網(wǎng)絡(luò)連接。微電網(wǎng)CPS可以是未來電力CPS其中一個(gè)局域網(wǎng)，通過CPS路由器與電力CPS網(wǎng)絡(luò)相連。CPS路由器應(yīng)能方便地實(shí)現(xiàn)IP地址編址和異構(gòu)數(shù)據(jù)之間格式的轉(zhuǎn)換。微龜網(wǎng)CPS的本地信息和控制中心設(shè)置在配網(wǎng)中，中心可

17、以綜合附近微電網(wǎng)CPS的所有數(shù)據(jù)并加以分析和仿真，實(shí)時(shí)處理匯集節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，檢查用戶身份的合法性，接受本地用戶的數(shù)據(jù)查新和分析請求，向執(zhí)行器所在的控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出或者轉(zhuǎn)發(fā)控制指令。圖2為微電網(wǎng)CPS的分層結(jié)構(gòu)，為6層的控制架構(gòu)，從下到上依次為物理層、調(diào)節(jié)層、協(xié)調(diào)層、連接層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，每層都有適用于自己的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。各層之間，信息不是單向流動，相互之間存在交互和控制，上傳的信息多種多樣，下放的控制指令也各不相同。物理層是微電網(wǎng)CPS的最低層，主要為微電網(wǎng)的電力設(shè)備裝置。作為微電網(wǎng)CPS的最底層，它們是被感知對象之一，也是被執(zhí)行控制對象，能夠獨(dú)立被尋址上網(wǎng)，具有更高的自主性，能夠多層次多規(guī)模地聯(lián)

18、網(wǎng)、動態(tài)重組和重識別。各種分布式發(fā)電裝置、儲能裝置、電力電子器件、保護(hù)裝置以及各種類型的負(fù)載均被IP化。調(diào)節(jié)層是傳感器和執(zhí)行器組成的域，直接作用于微電網(wǎng)的電力裝置與周圍物體的環(huán)境，對其進(jìn)行感控。調(diào)節(jié)層是直接與微電網(wǎng)電氣裝置及其周圍環(huán)境接觸的作用域。該層向上傳遞采集的信息，向下發(fā)送控制命令。這些傳感器除了基本數(shù)據(jù)采集外，還應(yīng)該具備基本的數(shù)據(jù)處理功能，優(yōu)化上傳數(shù)據(jù)。 協(xié)調(diào)層位于第3層。傳感器和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)將以自組織的方式形成網(wǎng)絡(luò)，層中可能會基于一些私有的協(xié)議，以保證各節(jié)點(diǎn)之間也能夠相互連通和傳遞信息。連接層位于協(xié)調(diào)層和網(wǎng)絡(luò)層之間。傳感器采集微電網(wǎng)中每個(gè)物理實(shí)體的必要數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將會很巨大且種類

19、各異，必須通過某種程度的網(wǎng)關(guān)將信息進(jìn)行過濾優(yōu)化、協(xié)議裝換或壓縮等，以減輕網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力，使得通過優(yōu)化的信息在CPS網(wǎng)絡(luò)上傳輸。 網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是提供不同類型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間傳輸所需的規(guī)范，使節(jié)點(diǎn)能夠在不同類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行尋址和路徑選擇等工作，提供統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)間的水平通信和不同網(wǎng)絡(luò)之間的垂直通信。應(yīng)用層是與用戶直接面對面的層級，為用戶提供與網(wǎng)絡(luò)溝通的操作接口。4.總結(jié)本文將CPS引入到智能電網(wǎng)中，使電網(wǎng)具有了靈活、高效、可持續(xù)、高可靠性、高安全性，重點(diǎn)分析了CPS在電力系統(tǒng)中的混合控制方法，并詳細(xì)介紹了微電網(wǎng)CPS體系結(jié)構(gòu)，把CPS控制分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、連接層、協(xié)調(diào)層、調(diào)節(jié)層和物理層，從而實(shí)現(xiàn)了C

20、PS混合控制方法。未來的智能電網(wǎng)必須依賴通信網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度機(jī)構(gòu)和智能負(fù)荷、分布式電源、電動汽車等設(shè)備之間傳遞信息與控制信號。因此，未來的智能電網(wǎng)將是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。而另一方面，考慮到通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行中存在由于故障或網(wǎng)絡(luò)攻擊而暫時(shí)失靈的可能，完全依賴網(wǎng)絡(luò)化控制有可能會降低系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。因此，在智能電網(wǎng)環(huán)境下較為理想的控制方式應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化控制與本地控制相結(jié)合的混合控制。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（，）是指傳感器、控制器和執(zhí)行器（）分布在不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，且必須通過通信網(wǎng)絡(luò)交換信息的控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是近年來控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。控制領(lǐng)域的大量研究表明，通信網(wǎng)絡(luò)阻塞造成的傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失對于控制系

21、統(tǒng)的性能具有很大的影響，嚴(yán)重時(shí)可能造成控制系統(tǒng)失穩(wěn)和崩潰。解決傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失的常用方法主要有以下種。第種方法是在控制系統(tǒng)模型中顯式計(jì)及傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失的影響，然后利用解析方法評估控制系統(tǒng)在一定的傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失率下是否能夠穩(wěn)定工作。第種處理傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失的方法被稱為延遲和丟失補(bǔ)償。其核心思想是在任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，控制系統(tǒng)不僅要計(jì)算當(dāng)前的控制信號，還要根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量的模型預(yù)測值計(jì)算未來幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)的控制信號，并一起發(fā)送到執(zhí)行器。一旦當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的控制信號因?yàn)閭鬏斞舆t或丟失而沒有到達(dá)執(zhí)行器，則執(zhí)行器將根據(jù)之前收到的預(yù)測控制信號發(fā)出執(zhí)行指令。如圖所示，含有延遲與丟失補(bǔ)償環(huán)節(jié)的執(zhí)行器有“同步”和“中斷”種工作狀態(tài)。在正常情況下，執(zhí)行器處于“同步”狀態(tài)。一旦執(zhí)行器沒有收到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的控制信號，則轉(zhuǎn)入“中斷”狀態(tài)，根據(jù)預(yù)測控制信號發(fā)布執(zhí)行命令，直到其收到新的控制信號為止。將延時(shí)與丟失補(bǔ)償法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的關(guān)鍵在于