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基于CPS的电力系统信息物理融合实时仿真平台
2019-03-04


应用背景

国家电网公司在“三型两网”的企业理念中,首次将成为世界一流能源互联网企业的作为目标追求,实现在优化配置国际电力资源、引领全球电网技术发展、具有全球能源转型发展话语权和影响力方面成为领军企业,在运营效率、经济效益、优质服务方面成为领先企业,在践行新发展理念、履行社会责任、打造全球知名品牌方面成为典范企业。


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建设运营“两网”。在建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网的同时,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术,实现电力系统各个环节万物互联、人机交互,打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网。


随着智能化设备、通讯技术的不断发展,越来越多的新能源或者分布式的电力智能化设备接入到我们的电力网络当中,电网运行人员需通过比现有电力调度数据网络更强的通讯网络才能完成对电网中海量的电力智能化设备进行数据通讯并控制;另外专用的电力调度数据网络也不可避免的会受到来自通讯及互联网领域的安全性攻击及挑战,目前的专用电力调度数据网络难以应对。故由此可知,对我国电力网络,使用信息物理融合的实时仿真平台研究、分析并最终规避信息通信领域的威胁势在必行。


概 述

针对以上背景,上海科梁信息工程股份有限公司开发的基于CPS的电力系统信息物理融合实时仿真平台,该平台结合先进电力仿真系统RT-LAB大型电力系统实时仿真设备和EXATA通讯网络实时仿真设备的混合仿真平台,提供了一个用于信息物理混合仿真和电力安全攻防的仿真平台,可实现电力CPS和电力安全攻防的快速验证为电力系统整体安全测试和关键设备测试提供了有效途径。

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组成与功能

本信息物理融合仿真平台包含RT-LAB电力实时仿真部分,电力调度数据网仿真部分:RT-LAB电力实时仿真系统完成电力系统部分的实时仿真,同时RT-LAB可以和外部的实际或仿真电力智能设备互联及数据交互; EXATA程序完成电力调度数据网络的实时仿真,同时 EXATA可以和外部的实际或仿真的控制中心、变电站通讯控制设备互联及数据交互。


系 统 模 块

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系 统 优 势

信息物理系统安全演练:

本信息物理融合仿真平台不仅可以按照同一时间基准同步地完成电力系统及电力调度数据网的实时仿真,同时还可以仿真出在真实世界中在信息和物理范畴实际存在的各类网络攻击和偶然性的电力事故


数据虚拟化:

本信息物理融合仿真平台可容易的分类出用户所关心的各类数据,帮助用户明确在平台中每一步的实时仿真中系统发生了什么,有效的观察并记录每一个网络攻击的全部流程,评估系统的安全预防措施是否有效。


兼容性:

本信息物理融合仿真平台为客户提供了一个信息物理融合的测试环境,可从信息和物理两个角度评估每一个智能电力设备的工作状态


灵活性:

本信息物理融合仿真平台可以很方便的更改所仿真的电力系统的拓扑和电力调度数据网络拓扑及通讯协议,从而可以帮助用户各类不同结构的耦合的电力信息物理系统的仿真和各类不同工况(包括电力系统故障工况和网络遭到攻击的工况)的仿真。


经 典 案 例

电力通讯网络安全攻防对抗靶场

使用我公司的电力信息物理融合仿真平台,为某电力能源院的网络安全攻防年度决赛提供了一套GCPS融合仿真平台。该平台模拟了西部某大型风场通过柔性高压直流输电到某东部负荷中心的电力系统的数字仿真场景,包含了12个大型风电场、MMC柔性直流输电、继电保护装置、风电场监控系统和一套SCADA监控系统,风电场监控系统分别建立在12台虚拟仿真机上。比赛模拟的靶场场景和风电场监控的界面如下图所示:

案例.png

该攻防比赛由12组选手参加,分别对12套风场监控系统进行网络攻击和防守,按照攻击成功的速度判定比赛结果。这套信息物理融合系统不仅模拟了风电场的网络通信和监控系统,并且有准确的电力系统模型,可以真实反映被攻击成功后风电场和电网的实时状况,给电力系统的通信网络安全提供了非常逼真的演练平台。


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