因此，国内外学者开始进一步拓展CPS内涵，周济等认为在传统的人和物理系统之间增加信息系统，使传统的工业系统具有学习和产生知识的能力，提出了以人-信息-物理系统（Human-Cyber-Physica Systems, HCPS）为基础，深度融合人工智能技术的中国新一代智能制造的发展体系 。还有学者认为通过构建信息物理社会系统（Cyber-Physical-Social Systems, CPSS）延伸CPS，可以较好地实现信息空间、物理空间和社会空间的无缝结合 。如王飞跃等以复杂系统理论和默顿定律为基础，将人及人类纳入系统之中，构建虚实互动、闭环反馈和自治的平行系统，提出了工业5.0信息-物理-社会融合平行体系 。


在电力领域，相关学者结合电力特征和CPS技术提出了电力信息物理系统（Cyber-Physical Energy Systems, CPES），为电力智能化建设提供了新的理论和方法 。目前，在CPES体系架构、系统建模仿真、安全可靠性、系统规划与运行调度等方面进行了初步探究，仍有许多问题和关键技术亟待解决 。针对CPES体系架构研究，有学者设计了应用层、认知层、网络层、控制感知层和物理层五层的能源互联网CPS框架 。薛禹胜等提出了智能电网的CPS技术体系框架，解决电力基础设施与网络系统的高效交互和无缝集成问题 。


随着越来越具有开放和竞争特性的智慧能源和能源互联网的提出，以及“云大物移智”等先进技术的发展，使能源的生产和使用越来越具有人类–社会属性，基于此，有学者进一步考虑社会元素和能源系统间交互的影响，提出了智能电网和电力物联网融合的电力CPSS，以助于更好地解决电力经济、市场管制、博弈及攻击行为、需求侧等对系统发展、可靠性和优化运行的不确定及复杂度的影响 。程乐峰等基于群体及其知识自动化的理论方法构建了下一代能源电力系统的CPSS理想和工程试验框架体系，将人类调度员与能源市场的人类社会行为与信息物理系统融合为一个“大”闭环复杂系统 。

文章插图

综上所述，具有高度灵活、协调和控制能力的CPS/HCPS/CPSS非常适合智慧电厂建设，其研究和发展为我国智慧电厂的研究和建设提供了重要理论基础和借鉴意义 。现有文献主要从发输配用等综合能源和能源互联网系统的信息物理系统进行体系架构分析，而目前针对发电侧CPS的研究和实践较少 。


发电厂作为能源互联网供给侧重要的组成部分，智慧电厂建设应该纳入整个智慧能源和能源互联网生态体系中，而现有火电厂的物理系统和信息系统中，人类和社会对发电系统的感知、经验和决策不会直接反馈或难以作用于电力生产管理而形成闭环，从而无法较好地解决发电厂泛在感知与全面互联、全生命周期生产管理、基于数字孪生的性能优化与诊断控制、面向不同交易市场/环境/能源的运行优化和经营决策等问题 。


近年来，形态仿生、功能仿生、结构仿生、信息与控制仿生等仿生学方法，在诸多领域具有显著的创新应用 。仿生学通过研究生物的结构和功能原理等方法，模仿构建生物模型映射的数学模型，进而建造解决问题的智能实体模型 。


基于此，本文利用仿生学将工业互联网CPS内涵引入智慧电厂进行研究分析，充分考虑人、社会行为与发电厂生产、管理、经营等各环节的耦合关系和相互影响，构建具有系统性、规范性和通用性的智慧电厂体系架构和智能模型，以便兼容和适应发电厂上、下游企业和集团工业互联网生态体系 。
1 智慧电厂仿生体系通过借鉴工业4.0参考架构（RAMI4.0）、工业互联网参考架构（AII）以及中国智能制造系统架构，对发电厂工艺流程、能源属性、社会特点等分析，考虑人的行为及社会与智慧电厂信息物理系统耦合关系，本文提出了智慧电厂工业互联网参考架构模型，如图1所示 。

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