信息物理融合的电力系统(Cyber physical power system, CPPS)通过将计算、网络和物理环境融为一体，实现了对电力系统的实时感知、动态控制和信息服务功能，具有广阔的前景。但是在电力信息传输的过程中，不同的网络状态下表现出不同的通讯特性，严重的甚至会发生信息错乱丢包等行为，这对电网的实时控制产生严重影响。本文为研究信息系统对电力物理系统的实时影响，搭建了电力信息物理融合仿真平台，运用RT-LAB与OPNET两款实时仿真器，通过TCP/IP进行数据交互，对微电网电压、频率的集中式恢复与分布式恢复问题展开研究。

针对信息物理融合的电力系统的特点，本文提出的集中式、分布式控制下的信息物理融合电力仿真平台架构如图1所示。在集中式控制模式下，Simulink仿真控制中心的功能。在分布式控制的模式下，各物理节点所需交互的信息，直接传递至相应的物理节点进行计算与控制。

在电力系统仿真器OPAL-RT中，采用模块进行信息收发。在信息系统仿真器OPNET中，采用SITL(system in the loop)模块，将数据包从真实以太网，传入虚拟仿真网络，再传出至真实以太网。具体接口连接方式如图2所示。

⬆ 图2 CPPS实时仿真平台接口图

本文通过对4个微电源组成的小型微网，进行仿真，验证所用的平台架构及其接口方式的有效性。如图3所示，在OPAL-RT中搭建了4个DG的微网系统，在OPNET中搭建相应的通信系统。其中控制中心设置在DG1所在局域网内。系统的额定频率为50 Hz, 额定电压峰值为310 V，系统总负荷与4个DG额定出力相匹配。

本文将CPS下的集中式控制与分布式控制进行对比仿真。在集中式控制下，二次控制参考信号由控制中心直接下发给各个DG的Controller。在分布式控制下，二次控制参考信号由各个DG进行计算，计算数据来源于自身PMU（实时高频通信）和相邻PMU（10Hz低频通信）。整个微网控制系统在0-2 s仅启用一次控制，即下垂控制进行调节，在2 s时启动二次控制。在不考虑通信影响（单一Simulink平台）与考虑通信影响（实时信息物理融合仿真平台）的仿真结果如下图所示。由于篇幅有限，在集中式控制模式下的仿真结果及其分析请阅读原文。

在分布式控制中，分布式控制加入网络延时和离散化通信机制后，二次控制的稳定时间增长，波形也相应随着每一次数据更新而产生抖动。由于通信数据包每0.02 s发送一个，电压频率每秒对应波动50次，波动幅度随时间增大和逐渐缩小。在实时仿真平台中，系统稳定较为缓慢，到达稳定所需时间长，而缺乏考虑通信问题的传统仿真中，系统可迅速达到的稳定状态。显然，传统的控制方式，默认信息通信是理想化，无延时，不丢包，是不准确的。因此，实时仿真平台能更真实的反映信息系统对实时电网控制的影响。