信息物理系统

摘要： 构建以新能源为主体的新型电力系统,是实现碳达峰、碳中和的重要举措。大规模系统动态平衡将愈发依赖基于信息交互的协同平衡机制,借助信息技术实现能源设备的协调互联,构成信息通信技术、控制技术与能源技术深度融合的信息物理系统,是新型电力系统的发展趋势。云计算、物联网、人工智能、边缘计算等信息技术在电网物理系统的深度应用,为新型电力系统运行控制提供支撑的同时,也可能诱发信息物理交叉传播的安全风险,影响电网的可靠运行。此背景下,应开展面向新型电力系统的信息物理建模、交互机理分析、安全风险评估及运行控制优化等关键技术研究,融合离散化、网络化的信息计算资源与电网物理系统,推进建设全景智能感知、高效信息处理和安全柔性互动的新型电力系统。

摘要： 根据制造企业工厂/车间生产组织结构的层级划分方法,基于信息物理系统的实现原理,提出了一种工厂/车间智能制造系统的总体架构设计方法,并介绍了系统各组成要素的构成。根据所提出的架构,讨论了基于信息物理系统的工厂/车间智能制造系统的实施问题。所提出的设计和实施方法为工厂/车间智能制造系统建设提供了参考。

摘要： 设备互联和信息互通是车间智能制造系统建设的两个典型特征。随着物联网技术的发展和广泛应用,基于物联网的智能车间设备互联技术受到越来越多的关注。针对制造企业的智能车间设备互联问题,基于CPS实现原理和物联网参考架构,提出了一种智能车间设备物联网系统的总体架构,并对系统实施技术进行了研究,所提出的方法为智能车间设备互联提供了一种参考解决方案。

摘要： 由自然故障或网络攻击导致的信息失效事件会影响配电网的故障处理过程,导致配电网停电区域的扩大与停电时间的延长。为量化评估信息失效故障给配电网信息物理系统(cyber physical system,CPS)安全性造成的影响,首先建立配电网CPS安全性评估框架,明确安全性评估的内容和流程。其次,以最小化失负荷功率为目标函数构造配电网故障恢复数学模型,得到故障下的最优开关动作策略。随后考虑故障定位、隔离、恢复过程中出现的信息失效故障,分析其对故障处理业务的影响,计算信息物理组合故障下的安全性评价指标,最终得到对配电网CPS安全性影响最大的关键组合故障集与关键的电力及信息设备。基于某地62节点配电网算例的仿真结果,验证了所提方法的有效性和合理性。

摘要： 工业控制网络是事关国计民生的关键信息基础设施.确保高强度大规模网络对抗条件下的功能安全和防止致瘫致乱是工业控制网络安全防御的基本底线与核心要务.随着信息物理系统(cyber physical system,CPS)理论、方法与技术广泛应用到工业控制等行业领域,传统的功能安全问题和现实的网络安全问题相互交织叠加,成为数字时代挑战人类智慧的广义功能安全问题.理论探索和技术实践表明,2类数学性质迥然不同的功能失效问题无法用“分而治之”的方法有效解决.那么,是否存在一种既能解决基于随机性失效的可靠性问题,又能克服不确定性网络攻击造成的“使命确保”或“弹性/韧性”问题的集约化解决方案,成为CPS领域全球研究的新焦点与热点.本文从网络空间内生安全理论出发,探索出一条针对CPS领域广义功能安全问题的归一化解决途径.

摘要： 信息网和物理电网的融合与协作是未来智能电网的重要特征之一,构成了典型的信息物理系统CPS(cy⁃ber-physical system)。在电力信息物理系统CPPS(cyber-physical power system)中,信息空间的扰动和故障将增加物理系统运行风险,在评估CPPS的动态行为时必须详细考虑信息网的影响。基于OPC技术实现了电力系统仿真工具DIgSILENT和信息系统仿真工具Matlab的联合运行,建立了电力信息物理系统仿真平台。以广域阻尼控制为例进行电力系统与广域测量通信系统的联合仿真,结果表明,所建仿真平台能够有效反映系统中信息系统和物理系统的交互影响,所采用的广域阻尼控制能够有效抑制电力系统低频振荡,进而验证了平台的有效性。

摘要： 智慧工地环境监测系统具有重要的现实意义,但因缺乏良好的鲁棒性而难以有效支撑智慧工地需要的信息化和智能化。为判断环境监测系统所处的成熟度等级并制定持续改进计划,充分考虑评价中的不确定性、随机性和模糊性,建立成熟度视角下基于云模型的环境监测信息物理系统(E-CPS)鲁棒性评价模型。以其智慧工地所使用的环境监测系统为案例背景进行应用评价,评价结果表明,该项目的E-CPS鲁棒性正处于摸索级,对鲁棒性认知不足,并提出相应的优化建议。

摘要： 信息-物理-社会系统(CPSS)是在信息物理系统(CPS)的基础上,加入政策、行为等社会元素,将广义物理系统视作一个整体,并消除不同领域之间的壁垒。相关的研究和应用都离不开仿真工具的支持。为此,在近20年探索能源的信息-物理-社会系统(CPSSE)过程中研发了统一的仿真平台(Sim-CPSS)。Sim-CPSS支撑了异构仿真应用的互通、互动、互用,并显著降低了复杂系统仿真研究的难度,提高了分析效率。文中介绍了Sim-CPSS的研发思路、架构、功能和原创技术。通过能源领域的众多工程应用验证了其对多领域、多尺度,以及行为多种表达方式的适应能力。SimCPSS为CPSS提供了基础工具的强大支撑。

摘要： 医院的信息化建设已经进入了智能化时代,越来越多的医疗CPS(Cyber Physical Systems)在医院实践并应用。然而,医学学科的细化和医院知识库的缺乏,会导致医疗CPS在多并发症疾病治疗应用上的可靠性不足。文中提出了一种医疗CPS协作架构,以提高医疗CPS的决策可靠性。CPS通过协作平台向网络上的智能单元发送协作任务,响应的智能单元共同辅助CPS进行医疗决策。由于患者的生理数据是连续动态的,且医疗CPS对响应的及时性要求较高,文中进一步优化了协作网络的控制策略来提高网络通信效率,分别提出了CCD算法和HCD算法用于高级控制器和低级控制器的部署。最后,实验模拟两种算法并与K-means算法进行了指标对比,结果表明HCD算法在牺牲较少平均通信时延的情况下,大幅度提升了低级控制器的负载均衡。CCD算法更适合聚类节点少的高级控制器部署,对目标函数的优化效果明显优于HCD算法和K-means算法。

摘要： 随着信息化程度的不断深入,传统电力系统逐渐发展成为典型的信息物理系统(CPS)。开放的信息系统环境使得电力系统的安全运行面临着各种潜在网络攻击的威胁。近年来,机器学习方法迅猛发展,并已广泛应用于电力CPS网络安全领域。一方面,电力CPS中数据的爆炸式增长以及硬件运算能力的提升为机器学习的应用创造了良好条件;另一方面,相比于传统的基于机理的建模分析方法,基于数据的机器学习方法具有模型构建以及实时性需求2个方面的优势。文中从攻防2个角度对机器学习在电力CPS网络安全领域的应用进行了归纳总结。其中,攻击者角度主要包括拓扑信息推断、攻击资源优化以及攻击构建3个方面;防守者角度主要包括安全保护、攻击检测以及攻击缓解3个方面。最后,分析展望了电力CPS网络安全领域存在的挑战以及未来的研究方向。

摘要： 针对现有情况下城市停车难的情况,本文基于信息物理系统提出城市停车管理系统的新架构,同时对其主要组成部分进行了分析,主要包括了智能检测,数据传输,数据存储,数据分析以及信息发布等五个方面.本文进一步对所设计的城市管理系统中的关键运营技术进行分析,包括了三大方面,分别是停车需求和供给预测技术,宏观角度下停车动态定价技术和停车诱导技术,基于移动应用程序的停车动态定价技术,停车诱导技术以及两者的整合技术,并对关键技术的可能效果进行了分析.本文的研究能够为城市停车问题提供新的解决思路.

摘要： 分布式电源、柔性负荷和多通信方式网络等信息物理资源的部署使得传统配电网的运行控制特性发生了重要转变,因此迫切需要从信息物理融合的视角去研究相关问题.本文阐述了配电网信息物理系统的定义、本质、特征和体系,总结了其发展的四个阶段;最后通过三个实际配电网信息物理系统案例介绍了其具体应用场景.

摘要： 信息物理系统(CPS)广泛存在于关键基础设施体系,它包括未来的智能电网,智能交通网络和能源系统.该系统的安全是社会正常运行的关键.本文首先介绍了信息物理系统的物理层系统和网络层系统,这两层网络是相互依存的.接下来提出了在存在随机攻击的条件下,相互依存的信息物理系统的数学模型,这种攻击既存在于物理层网络也存在于信息层网络.此外,本文研究了在存在随机攻击的条件下,相互依存的信息物理系统的同步问题,并提出了一种新的自适应非线性控制器.利用Weiner过程的性质,将这些控制器加入到物理层网络中以实现相互依存的信息物理系统和随机攻击的同步,最后利用数值模拟证明了理论结果是有效的.

摘要： 为推动我国CPS发展，支撑制造业与互联网融合，中国电子技术标准化研究院、中国信息物理系统发展论坛组织业界相关领域企业、专家共同编写了《信息物理系统白皮书(2017)》，重点围绕“为什么”、“是什么”、“怎么干”、“怎么建”、“怎么用”、“怎么发展”等关于CPS的若干基础性问题展开论述。本文从编写者视角对白皮书的主要内容进行系统全面的解读。

摘要： 信息流与能量流的高度融合促进了“数字孪生电网”的产生,但数字时代无所不在的信息空间却与电力系统专网专用的物理隔离理念相矛盾,信息流遭受的网络攻击极易通过故障耦合而引起能量流的极大损失.此背景下,选取现阶段数字孪生最佳实践的电力配电网,分析数字孪生配电网的典型网络架构和安全模型;基于等保2.0建立了配电网信息物理系统的脆弱性评价指标体系,并利用攻击图完成对攻击行为过程的建模与概率计算,最终完成对数字孪生配电网的脆弱性量化评估.

摘要： 本文首先介绍了IT技术在压铸工厂生产中的应用，主要包括互联网，信息物理系统，大数据管理与分析，灵敏的生产系统，以及组件驱动化生产。

摘要： 纺织行业是我国传统的民生产业和国际竞争优势产业,纺纱产业是纺织行业的基础.目前纺纱行业需要通过建设智能制造车间提高生产效率,实现生产柔性化和定制化.信息物理系统(CPS)是智能制造的核心.本文研究基于CPS的纺纱智能车间参考模型,车间分为CPS单元层、通信层和执行层.CPS单元层是按照纺纱工艺特点将纺纱流程分为清梳、并粗、细纱、络筒及智能物流五个CPS单元,CPS总线构成的通信层负责CPS单元与执行系统之间的数据通信及反馈控制.CPS单元分为物理层、通信层、信息层和控制层.本文的研究成果将可以指导纺纱智能生产系统的构建.

摘要： 能源互联网可以实现天然气网络、电力网络、石油网络等多种网络的深度融合,可以通过多种能源数据的充分挖掘,从而改变已有的能源供应方式和消费观念,以促进能源更好地为人们的生产、生活所使用.首先梳理了当前能源互联网的含义、概要特征、意义及其与传统信息互联网对比,其次给出了能源互联网CPS概念、体系总体架构及CPS体系下“三流”互动关系,然后对能源互联网CPS体系可能涉及到的关键技术进行分析,最后梳理能源互联网CPS体系应用场景并给出了落地建议,以期为能源互联网CPS技术的工程应用提供参考.

摘要： 能源互联网可以实现天然气网络、电力网络、石油网络等多种网络的深度融合,可以通过多种能源数据的充分挖掘,从而改变已有的能源供应方式和消费观念,以促进能源更好地为人们的生产、生活所使用.首先梳理了当前能源互联网的含义、概要特征、意义及其与传统信息互联网对比,其次给出了能源互联网CPS概念、体系总体架构及CPS体系下“三流”互动关系,然后对能源互联网CPS体系可能涉及到的关键技术进行分析,最后梳理能源互联网CPS体系应用场景并给出了落地建议,以期为能源互联网CPS技术的工程应用提供参考.

摘要： 能源互联网可以实现天然气网络、电力网络、石油网络等多种网络的深度融合,可以通过多种能源数据的充分挖掘,从而改变已有的能源供应方式和消费观念,以促进能源更好地为人们的生产、生活所使用.首先梳理了当前能源互联网的含义、概要特征、意义及其与传统信息互联网对比,其次给出了能源互联网CPS概念、体系总体架构及CPS体系下“三流”互动关系,然后对能源互联网CPS体系可能涉及到的关键技术进行分析,最后梳理能源互联网CPS体系应用场景并给出了落地建议,以期为能源互联网CPS技术的工程应用提供参考.

摘要： 提供了对物理系统的计算机模型以及该物理系统的硬件组件执行闭环仿真的方法与系统。在仿真处理器使用初始波形作为组件的响应波形从物理系统的仿真模型中生成针对组件的输入波形。通过网络从仿真处理器向实时回放与记录装置(RTPR)发送所述输入波形。所述RTPR向组件实时地回放输入波形并接收组件的响应波形，并且向仿真处理器提供响应波形。在仿真处理器处利用波形松弛(WR)收敛方法，以使受到硬件引起的失真的影响的所生成的各个波形能够收敛。执行利用所生成的各个波形的WR方法，以提供组件的闭环仿真响应。

摘要： 本发明公开了一种电网信息物理系统网络攻击物理侧与信息侧协同溯源装置，包括：入侵检测模块，用于输出各类攻击异常信息、业务威胁度、流量统计数据异常度及终端异常度；考虑网络攻击的电网物理系统故障溯因模块，用于确定故障物理元件及故障类型，并根据所述故障物理元件及所述故障类型，确定误动或拒动的信息系统故障节点和关联节点，并结合信息系统故障节点和关联节点的业务威胁度、流量统计数据异常度和终端异常度，确定故障原因；电网信息系统网络攻击溯源模块，用于若故障原因为网络攻击，则根据所述信息系统故障节点和关联节点的异常信息，确定攻击源与攻击路径。该装置能够准确定位故障原因，有利于进行攻击源和攻击路径的追溯。

摘要： 一种考虑信息失效的主动配电网信息物理系统可靠性评估方法，构建主动配电网信息物理系统CPS的典型架构，物理系统包括一次设备和分布式能源DG，信息系统分为应用层、通信层和接口层；建立了DG与负荷模型、信息物理元件模型、以及信息传输可靠性模型；结合信息失效对配电自愈过程的间接作用，量化分析了不确定性环境下信息系统应用层、通信层和接口层失效对故障隔离、定位和供电恢复的影响；采用序贯和非序贯蒙特卡洛方法分别对物理元件和信息元件进行抽样，借助算例仿真从分布式电源容量、孤岛运行方式、信息元件与信息传输异常、以及接入网结构角度展开敏感性分析，所得结果验证了所提方法的准确性和有效性，并对主动配电网的建设提供建议和指导。

摘要： 本发明提供了针对网络攻击的有源配电网信息物理系统信息侧与物理侧协同态势评估方法及系统，其中的方法包括：ADNCPS状态迁移模型、ADNCPS信息侧与物理侧指标体系、网络攻击判别、使用熵权法为各指标赋权，以ADNCPS正常运行状态作为参考场景，通过灰色关联分析法对有源配电网运行态势进行评估；本发明可以精确实现ADNCPS运行态势评估，有利于运维人员根据评估的结果调整ADNCPS的运行状态，为ADNCPS安全稳定运行保驾护航。

摘要： 本发明公开了一种电网信息物理系统网络攻击物理侧与信息侧协同溯源装置，包括：入侵检测模块，用于输出各类攻击异常信息、业务威胁度、流量统计数据异常度及终端异常度；考虑网络攻击的电网物理系统故障溯因模块，用于确定故障物理元件及故障类型，并根据所述故障物理元件及所述故障类型，确定误动或拒动的信息系统故障节点和关联节点，并结合信息系统故障节点和关联节点的业务威胁度、流量统计数据异常度和终端异常度，确定故障原因；电网信息系统网络攻击溯源模块，用于若故障原因为网络攻击，则根据所述信息系统故障节点和关联节点的异常信息，确定攻击源与攻击路径。该装置能够准确定位故障原因，有利于进行攻击源和攻击路径的追溯。

摘要： 本发明提供了一种电网信息物理系统物理层优化仿真方法和系统，包括：采集电网的运行参数；基于运行参对预先建立的电网信息物理系统物理层仿真模型进行初始化；基于初始化后的电网信息物理系统物理层仿真模型，采用时变相量方法进行仿真；电网信息物理系统物理层仿真模型包括采用均值模型技术建立的电力电子接口设备交直流变换器模型。该方法和系统针对模型复杂的电力电子接口设备交直流变换器，提出均值模型方法来简化模型，优化了物理层建模方法，还采用时变相量仿真方法进行大规模输配电混合网络时变相量仿真，大幅提升了物理侧仿真速度。

摘要： 本发明公开了一种信息物理系统薄弱环节辨识与模拟致瘫方法及装置，本方法首先分析电网的薄弱节点，然后基于薄弱环节的评估指标，如基于潮流计算的状态类指标(线路负载率、发电机出力比率等)、考虑经济因素的经济类指标(负荷损失率、机组调节经济成本等)以及由此演变产生的综合类指标，针对电力信息物理系统构建了全网攻击模型以及局部攻击模型下的多重攻击策略，最终通过衡量经济成本损失和系统损坏程度评估攻击效果，所提方法能够为攻击效果最大化提供有效的理论支撑，具备一定的实际工程应用价值。

摘要： 用于检查信息物理系统的系统要求的系统和方法。该方法包括如下步骤：分别针对至少一个信息物理系统来创建数字孪生；针对信息物理系统中的每个信息物理系统来规定系统要求；将信息物理系统的系统要求直接和/或间接地存储在分别被分配给信息物理系统的那些数字孪生中；使至少两个或者更多个数字孪生关联；其中所关联的数字孪生分别成对地彼此进行通信并且至少部分地相互交换它们的系统要求；其中数字孪生将所存储的系统要求与所获得的系统要求进行比较；其中数字孪生基于所执行的与所获得的系统要求的比较来使数字孪生的系统要求适配并且能够将系统要求规定为新的系统要求；而且其中数字孪生将它们的新规定的系统要求通知其它数字孪生。

摘要： 本发明公开了一种电力信息物理系统信息链路脆弱性分析方法，其技术方案要点是：对电力信息物理系统的风电出力、输电线路故障和通信链路故障进行抽样，获得电力信息物理系统不同的运行状态；计算电力信息物理系统不同运行状态下通信链路的连通性，判断链路的通信节点是否与控制主站连接；根据链路通信节点与控制主站的连接关系计算电力信息物理系统不同运行状态的切机与切负荷，获得电力信息物理系统不同运行状态下的最优切负荷；对电力信息物理系统不同运行状态下造成切机切负荷的故障通信链路进行排序，获得电力信息物理系统脆弱信息链路排序。本发明可清楚的辨识电力信息物理系统中的脆弱环节，从而针对脆弱链路进行监控和加强链路的强度。

摘要： 本发明公开了考虑信息事件的配电网信息物理系统运行风险评估方法，采用马尔可夫链确定信息元件状态，链路状态路由协议分析最优数据链路，最小化切负荷量，通过蒙特卡洛模拟法得到运行风险指标，从而量化了不确定性信息事件对配电网信息物理系统造成的影响。