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          基於CPS的電力系統信息物理融合實時仿真平臺
          2019-03-04


          應用背景

          國家電網公司在“三型兩網”的企業理念中,將成爲能源互聯網企業的作爲目標追求,實現在優化配置國際電力資源、全球電網技術發展,具有能源轉型發展話語權和影響力方面成爲領軍企業,在運營效率、經濟效益、優質服務方面成爲優秀企業,在踐行新發展理念、履行社會責任、打造全球知名品牌方面成爲典範企業。


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          建設運營“兩網”。在建設運營好以特高壓爲骨幹網架、各級電網協調發展的堅強智能電網的同時,充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術和先進通信技術,實現電力系統各個環節萬物互聯、人機交互,打造狀態快速感知、信息快速處理、應用便捷靈活的泛在電力物聯網。


          隨着智能化設備、通訊技術的不斷髮展,越來越多的新能源或者分佈式的電力智能化設備接入到我們的電力網絡當中,電網運行人員需通過比現有電力調度數據網絡更強的通訊網絡才能完成對電網中海量的電力智能化設備進行數據通訊並控制;另外專用的電力調度數據網絡也不可避免的會受到來自通訊及互聯網領域的安全性攻擊及挑戰,目前的專用電力調度數據網絡難以應對。故由此可知,對我國電力網絡,使用信息物理融合的實時仿真平臺研究、分析並規避信息通信領域的威脅勢在必行。


          概 述

          針對以上背景,上海蒙特卡罗国际信息工程股份有限公司開發的基於CPS的電力系統信息物理融合實時仿真平臺,該平臺結合先進電力仿真系統RT-LAB大型電力系統實時仿真設備和EXATA通訊網絡實時仿真設備的混合仿真平臺,提供了一個用於信息物理混合仿真和電力安全攻防的仿真平臺,可實現電力CPS和電力安全攻防的快速驗證爲電力系統整體安全測試和關鍵設備測試提供了有效途徑。

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          組成與功能

          本信息物理融合仿真平臺包含RT-LAB電力實時仿真部分,電力調度數據網仿真部分:RT-LAB電力實時仿真系統完成電力系統部分的實時仿真,同時RT-LAB可以和外部的實際或仿真電力智能設備互聯及數據交互; EXATA程序完成電力調度數據網絡的實時仿真,同時 EXATA可以和外部的實際或仿真的控制中心、變電站通訊控制設備互聯及數據交互。


          系 統 模 塊

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          系 統 優 勢

          信息物理系統安全演練:

          本信息物理融合仿真平臺不僅可以按照同一時間基準同步地完成電力系統及電力調度數據網的實時仿真,同時還可以仿真出在真實世界中在信息和物理範疇實際存在的各類網絡攻擊和偶然性的電力事故


          數據虛擬化:

          本信息物理融合仿真平臺可容易的分類出用戶所關心的各類數據,幫助用戶明確在平臺中每一步的實時仿真中系統發生了什麼,有效的觀察並記錄每一個網絡攻擊的全部流程,評估系統的安全預防措施是否有效。


          兼容性:

          本信息物理融合仿真平臺爲客戶提供了一個信息物理融合的測試環境,可從信息和物理兩個角度評估每一個智能電力設備的工作狀態


          靈活性:

          本信息物理融合仿真平臺可以很方便的更改所仿真的電力系統的拓撲和電力調度數據網絡拓撲及通訊協議,從而可以幫助用戶各類不同結構的耦合的電力信息物理系統的仿真和各類不同工況(包括電力系統故障工況和網絡遭到攻擊的工況)的仿真。


          經 典 案 例

          電力通訊網絡安全攻防對抗靶場

          使用我公司的電力信息物理融合仿真平臺,爲某電力能源院的網絡安全攻防年度決賽提供了一套GCPS融合仿真平臺。該平臺模擬了西部某大型風場通過柔性高壓直流輸電到某東部負荷中心的電力系統的數字仿真場景,包含了12個大型風電場、MMC柔性直流輸電、繼電保護裝置、風電場監控系統和一套SCADA監控系統,風電場監控系統分別建立在12臺虛擬仿真機上。比賽模擬的靶場場景和風電場監控的界面如下圖所示:

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          該攻防比賽由12組選手參加,分別對12套風場監控系統進行網絡攻擊和防守,按照攻擊成功的速度判定比賽結果。這套信息物理融合系統不僅模擬了風電場的網絡通信和監控系統,並且有準確的電力系統模型,可以真實反映被攻擊成功後風電場和電網的實時狀況,給電力系統的通信網絡安全提供了逼真的演練平臺。


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