|
王琦 职称：副教授、博士生导师 研究方向: 电力信息物理系统 电力系统网络安全 人工智能在电力系统中应用 电力系统频率稳定与负荷控制 Email: wangqi@seu.edu.cn |
教育经历：
2013.09-2017.01 |
博士，东南大学，电气工程 导师：李扬教授汤奕教授 |
2014.07-2015.08 |
国家留学基金委（CSC）公派联合培养博士，美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学，电气工程 导师：Prof.Saifur Rahman，IEEE Fellow，IEEE PES主席 |
2011.08-2013.06 |
硕士，东南大学，电气工程 导师：汤奕教授 |
2007.08-2011.6 |
学士，东南大学，电气工程及其自动化 |
个人简介：
王琦，博士，副教授，博士生导师，江苏南通人。2017年1月获博士学位，同年就职于。2014年至2015年作为联合培养博士研究生由国家公派赴美国弗吉尼亚理工大学留学。主持国家自然科学青年基金项目1项，作为东南大学主要负责人参与国家重点研发计划2项，政府间国际科技创新合作重点专项1项；主持国家电网公司/南方电网公司总部科技项目及省级电网公司科技项目十余项。发表SCI/EI期刊检索论文40余篇，授权国家发明专利15项。担任IEEE PES能源互联网信息物理系统分委会秘书，东南大学智能电网信息安全研究中心主任。
荣誉奖励：
东南大学至善青年学者-2019年
东南大学优秀班主任标兵-2019年
东南大学青年教师授课竞赛三等奖-2020年
研究方向：
l电力信息物理系统
随着电力基础网络和电力信息通信网络联系的日益紧密，传统仅基于电力系统物理联系的分析与控制研究的局限性凸显。大量的数据采集设备、计算设备和电气设备通过电网、通信网两个实体网络互连，电力系统已具备信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)的基本特征，成为电力信息物理融合系统。从系统构成角度，电力CPS主要由电力物理层、通信层和信息层构成，三层之间的信息采集与交互可实现电力系统优化调度与控制。电力CPS环境下，电力物理层中源-网-荷之间的构成与互动形式较以往趋于复杂，而电力通信网络层的扰动和故障也会不同程度的影响到电力物理层。因此，针对电力CPS存在两个核心问题开展研究：如何利用电力CPS的信息层为更精确有效的全网优化控制提供支撑；如何降低或规避通信网络层传输信息时引入的安全风险。
l电力系统网络安全
电力CPS信息侧故障可能会降低电网运行控制可靠性的问题不容忽视，甚至存在通过恶意网络攻击引起电力信息物理系统大规模连锁故障的可能，破坏电网的安全稳定运行。近年来陆续发生了多起由网络攻击导致的电力系统安全事故。2015年底的乌克兰电网停电事件是第一起由网络攻击成功导致电力系统大规模停电的实例。2019年3月委内瑞拉电网发生数次大停电事故，有报道认为是由网络软杀伤和军事硬摧毁协同配合的“电力战”造成。电力系统作为关乎国计民生的基础设施，已成为恶意组织或敌对国家攻击的首要目标之一，其不仅在地理和网络空间上广泛分布从而存在防范难度，而且在知识架构上相互交叉需要信息与物理的深度融合。现实中网络攻击乃至“电力战”带来的严重后果应引起我们的重视和警惕，必须加强防范意识，并对其防御理论与方法进行深入研究。
与传统针对信息领域（如互联网）的网络攻击不同，针对电力CPS的网络攻击目的不仅限于通过窃取和操纵信息从而获取经济利益，更注重破坏电力物理系统的稳定运行，造成大规模电力供应中断等严重后果。因此，针对电力CPS网络攻击和防御的研究与传统的网络空间攻击与安全防护存在不同，更应以电力物理侧的功能削弱和恢复效果为最终目标。电力CPS安全研究需考虑信息侧业务对物理侧功能的支撑和影响，基于信息物理融合的思路，探究攻击在信息侧和物理侧传播和作用机理，从建模、评估、检测和防御等方面构建全面的电力CPS网络安全防护理论。
l电网信息物理系统融合仿真
理论建模分析和仿真实验测试是研究电网信息物理系统特性的两种思路。鉴于目前针对信息物理复杂交互过程的理论分析方法尚未成熟，建立信息物理混合仿真平台是探索该领域“从0到1”技术突破的重要途径。并且现实中针对电力CPS的网络攻击往往融合高度的人为主观意图，虽然采用机理分析、解析建模等方法能够对攻击手段和途径进行一定程度上的描述，但是针对高度交互的攻防行为进行分析，构建一套电网信息物理系统融合仿真平台至关重要。
（1）电力物理网络仿真建模
电力物理系统实时仿真实现的关键在于能够利用并行计算分布式处理模型计算任务，而一般电力系统专业软件所依托的个人计算机无法满足这一点，因此可供选择的仿真工具有：加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造的实时数字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）和加拿大欧泊实时技术有限公司推出的eMEGAsim仿真器和HYPERSIM仿真机。一般选择RTDS或RT-LAB实时仿真平台软件包作为电力系统实时仿真工具。RTDS/RT-LAB是一套开放、可扩展的实时平台。通过RTDS/RT-LAB，可以直接将动态系统数学模型划分为可并行处理的分布式子系统，利用多处理器分布式实时平台，在短时间内实现对系统工程的快速建模仿真。在本方案中，RTDS/RT-LAB与外部的数据交互采用TCP/IP方式，主要涉及三个模块，分别是数据控制模块、数据接收模块和数据发送模块。
（2）电力通信网络仿真建模
现有的主流信息通信仿真软件包主要分为两大类，一类是以OPNET和QualNet为代表的商业仿真软件，一类是以NS2和SSFNET为代表的开源仿真软件。一般而言，商业仿真软件价格昂贵，模型封闭，但提供了较为全面的建模和协议支持；而开源仿真软件免费且具有开放性，但结构和功能较为松散。电力CPS实时仿真对信息通信仿真平台的要求有如下几点：能够在仿真循环中加入硬件（Hardware-in-the-Loop，HIL），具备对电力通信网络中的各类组件详细建模和高精度计算的能力。本方案选择OPNET Modeler作为信息通信系统仿真平台。OPNET Modeler是一款离散事件网络仿真器，侧重于网络性能仿真，其提供了包含进程级、节点级和网络级的三层建模机制，可以方便的建立MAC层的信息系统模型。软件内置了多种信息通信链路模块，可实现考虑各种外部环境因素的通信网络仿真。同时，OPNET Modeler的高层用户接口提供的源代码库为联合仿真、硬件在环等应用提供了开放式的接口。OPNET Modeler提供了三种外部仿真接口方式：高层体系结构方式、基于ESA-API接口方式和系统在环（System in the loop，SITL）方式。
（3）电力信息系统仿真建模
电力信息系统仿真建模采用ARM平台，基于Linux操作系统，应用程序采用C语言开发，实时性高，可实现复杂信息系统业务。信息系统从RTDS中读取电力系统状态数据，从装置中读取控制指令，实现电网实时监控。
l人工智能在电力系统中应用
现代电网出现的区域交直流互联、电力电子化和信息物理融合等新特征，对电网分析方法提出新的要求。传统分析方法重视暂态稳定问题的机理分析与模型构建，在处理多因素耦合及复杂非线性问题时存在难度。近年来数据科学技术的进步使得以人工智能为代表的数据模型方法在现代电网问题的分析中崭露头角，在解决动态问题影响因素重要性分析、非线性环节建模等方面体现出优势，但其性能受数据质量、充裕度及算法的影响，存在一定不确定性。因此，考虑到物理模型方法与数据模型方法天然的互补性，如何有效融合二者优势，突破传统分析方法瓶颈，具有重要意义。
l电力系统频率稳定与负荷控制
随着大规模特高压交直流输电通道建设的推进，复杂大受端电网发生大功率缺额导致频率异常波动的风险增加。以华东电网为例，自2015年下半年以来已发生多起因特高压直流闭锁造成的频率跌落事故，其中“9·19”锦苏直流双极闭锁事故造成功率缺额4.9GW，频率最高跌幅达0.41Hz；“10·20”宾金直流单极闭锁事故造成功率缺额3.7GW，频率最高跌幅达0.24Hz。受电比例增高也间接降低了受端电网传统电源调节能力。将负荷控制技术与传统电源控制技术有效协调，可极大地提升对电网频率的支撑能力。随着电力CPS建设的推进，高速通信网络和广域量测系统为基于全局信息的分析与控制手段奠定了基础，然而也对信息的可靠性提出更高要求。因此，需要在兼顾广域信息的充分利用及广域通信的失效风险的基础上，探寻在线时间尺度的电网频率态势高精度分析手段，并研究能够提高电网暂态频率稳定性的负荷协调控制技术。
论著：
期刊论文
[1]Liu Z,Wang Q*, Tang Y. SCCO: A GAN Based Data Injection Attack Method on Data-Driven Strategies in Power Systems [J].IEEE Transactions on Smart Grid, 2022.（通信作者）
[2]Wang Q, Liu Z, Tang Y. SCCO: A State-Caching-Based Co-Simulation Platform for Cyber-Physical Power System Evaluation[J].IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 12(2): 1615-1625.
[3]Wang Q, Li F, Tang Y, et al. Integrating model-driven and data-driven methods for power system frequency stability assessment and control[J].IEEE Transactions on Power Systems, 2019, 34(6): 4557-4568.
[4]Sun W,Wang Q*, Ye Y, et al. Unified modelling of gas and thermal inertia for integrated energy system and its application to multitype reserve procurement[J].Applied Energy, 2022.（通信作者）
[5]李峰,王琦*,胡健雄,汤奕.数据与知识联合驱动方法研究进展及其在电力系统中应用展望[J].中国电机工程学报, 2021,41(13):4377-4390.（通信作者）
[6]王琦,李梦雅,汤奕,倪明.电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(一)建模与评估[J].电力系统自动化,2019,43(09):9-21.
[7]王琦,邰伟,汤奕,倪明.面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述[J].自动化学报,2019,45(01):72-83.
[8]王琦,李峰,汤奕,薛禹胜.基于物理-数据融合模型的电网暂态频率特征在线预测方法[J].电力系统自动化,2018,42(19):1-9.
[9]陈家琪,王琦*,汤奕,摆世彬.考虑双侧特征的电力信息物理系统异常检测方法[J].电网技术,2022.（通信作者）
[10]Cui H,Wang Q, Ye Y, et al. A combinational transfer learning framework for online transient stability prediction[J].Sustainable Energy, Grids and Networks, 2022.
[11]Wu Z,Wang Q*, Hu J, et al.Integrating model-driven and data-driven methods for fast state estimation [J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022.（通信作者）
[12]Wang H,Wang Q*, Tang Y, et al. Spatial load migration in a power system: Concept, potential and prospects[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022.（通信作者）
[13]Li F,Wang Q*, Tang Y, et al. Hybrid analytical and data-driven modelling based instance-transfer method for power system online transient stability assessment[J].CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2021.（通信作者）
[14]Li F,Wang Q*, Tang Y, et al. An integrated method for critical clearing time prediction based on a model-driven and ensemble cost-sensitive data-driven scheme[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2021, 125: 106513.（通信作者）
[15]Wang Q, Cai X, Tang Y, et al. Methods of cyber-attack identification for power systems based on bilateral cyber-physical information[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2021, 125: 106515.（通信作者）
[16]Yi N,Wang Q*, Yan L, et al. A multi-stage game model for the false data injection attack from attacker’s perspective[J].Sustainable Energy, Grids and Networks, 2021, 28, 100541.（通信作者）
[17]Wang Q, Tai W, Tang Y, et al. A two-layer game theoretical attack-defense model for a false data injection attack against power systems[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, 104: 169-177.
[18]Wu Z,Wang Q*, Cai X, et al.Methods of anomaly state detection for power systems based on bilateral cyber‐physical information[J].IET Generation, Transmission & Distribution, 2022.（通信作者）
[19]Li F,Wang Q*, Hu J X, et al. An Estimation and Correction Combined Method for HVDC Model Parameters Identification[J].IEEE Access, 2021, 9: 51020-51028.（通信作者）
[20]Liu Z,Wang Q*, Tang Y. Design of a cosimulation platform with hardware-in-the-loop for cyber-attacks on cyber-physical power systems[J].IEEE Access, 2020, 8: 95997-96005.（通信作者）
[21]Wang Q, Zhang C, Lv Y, et al. Data inheritance–based updating method and its application in transient frequency prediction for a power system[J].International Transactions on Electrical Energy Systems, 2019, 29(6): 1-16.
[22]Wang Q, Yu Z, Dai J, et al. Two-stage voltage control strategy for PV plants based on variable droop control[J].International Journal of Electronics, 2020, 107(2): 250-271.
[23]Liu H,Wang Q*, Tang Y, et al. Architecture and function analysis of integrated energy service stations considering cyber‐physical integration[J].Energy Conversion and Economics, 2021, 2 (4), 186-196.（通信作者）
[24]Wang Q, Tai W, Tang Y, et al. Review of the false data injection attack against the cyber-physical power system[J].IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications, 2019, 4(2): 101-107.
[25]Wang Q, Pipattanasomporn M, Kuzlu M, et al. Framework for vulnerability assessment of communication systems for electric power grids[J].IET Generation, Transmission & Distribution, 2016, 10(2): 477-486.
[26]汤奕,王琦*,邰伟,陈彬,倪明.基于OPAL-RT和OPNET的电力信息物理系统实时仿真[J].电力系统自动化,2016,40(23):15-21.（通信作者）
[27]汤奕,王琦,倪明,梁云.电力信息物理融合系统中的网络攻击分析[J].电力系统自动化,2016,40(06):148-151.
[28]汤奕,王琦*,倪明,薛禹胜.电力和信息通信系统混合仿真方法综述[J].电力系统自动化,2015,39(23):33-42.（通信作者）
[29]陶苏朦,王琦*,赵奇,李亚平,汤奕.大功率缺失下频率响应负荷聚合建模与分散控制方法[J].电力自动化设备, 2020,40(02):182-188.（通信作者）
[30]蔡星浦,王琦*,邰伟,刘科研.基于多阶段博弈的电力CPS虚假数据注入攻击防御方法[J].电力建设,2019,40(05):48-54.（通信作者）
[31]汤奕,李峰,王琦*,倪明.通信系统故障对电力系统实时负荷控制影响的量化评价方法[J].电力自动化设备,2017,37(02):90-96.（通信作者）
[32]汤奕,王琦,陈宁,朱凌志.考虑预测误差分布特性的风电场集群调度方法[J].中国电机工程学报,2013,33(25):27-32.
[33]汤奕,王琦,陈宁,朱凌志.采用功率预测信息的风电场有功优化控制方法[J].中国电机工程学报,2012,32(34):1-8.
[34]汤奕,李梦雅,王琦*,倪明.电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(二)检测与保护[J].电力系统自动化,2019,43(10):1-9.
[35]王伟,徐殿国,王琦,等.大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略[J].电力系统自动化, 2013, 37(22): 8-14.
[36]汤奕,陈斌,王琦,等.特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析[J].电网技术, 2016, 40(4): 1005-1011.
[37]汤奕,李峰,王琦*,等.通信系统故障对电力系统实时负荷控制影响的量化评价方法[J].电力自动化设备, 2017, 37(2): 90-96. (通信作者)
[38]汤奕,崔晗,李峰,王琦.人工智能在电力系统暂态问题中的应用综述[J].中国电机工程学报,2019,39(01):2-13.
授权或受理国家发明专利
[1]王琦,汤奕,李峰.一种基于变时间窗同步方式的电力通信系统联合仿真平台及其同步方法[P].授权.
[2]王琦,汤奕,李峰.一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台及其同步方法[P].授权.
[3]王琦,徐筝,汤奕,李峰.一种通信故障对电网实时负荷控制影响的量化分析方法[P].授权.
[4]王琦,蔡星浦,邰伟.一种面向电力系统虚假数据注入攻击的双层防御方法[P].授权.
[5]王琦,汤奕.新能源电站故障紧急控制方法[P].授权.
[6]王琦,袁泉.一种考虑延时矩阵的电力信息物理耦合系统动态建模方法[P].授权.
[7]王琦,汤奕,李峰.一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法[P].授权.
[8]王琦,陶苏朦.一种含多微能源网的配网预防-紧急控制方法[P].授权.
[9]王琦,王洪儒.一种源网荷频率响应系统[P].授权.
[10]王琦,刘增稷.一种电力信息物理系统联合仿真平台及其同步方法[P].受理.
[11]李峰,王琦.一种基于ELM和TF的电网暂态稳定快速评估方法[P].受理.
[12]汤奕,王琦,李峰.一种风电系统无功补偿装置动作序列确定方法[P].授权.
科研项目：
主持项目:
1)国家自然科学基金青年科学基金项目，电力信息物理系统的频率态势预测及负荷紧急控制技术
2018.1～2020.12，22万元，项目负责人
2)国家重点研究计划项目，互联大电网高性能分析和态势感知技术
2018.7～2021.6，167万元，东南大学负责人
3)国家重点研究计划项目，电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法
2017.7～2021.6，214.2万元，子任务负责人
4)国家重点研究计划-政府间国际科技创新合作重点专项，综合能源高效协同运行关键技术及应用示范
2021.1～2023.12，60万元，课题负责人
5)南方电网公司科技项目，基于设备指纹识别的电网信息安全防护关键技术研究
2020.1～2021.12，项目负责人
6)国家电网公司科技项目，计及信息物理不确定性的配电网一二次融合规划关键技术研究
2021.1～2022.12,项目负责人
7)国家电网公司科技项目，CPS视角下的电网控制系统可靠性与风险评估方法研究
2020.1～2021.12,项目负责人
8)国家电网公司总部科技项目，能源综合服务站为枢纽的电网信息物理系统规划评估及运行策略关键技术
2020.1～2021.12,项目负责人
9)国家电网公司总部科技项目，电网安全稳定控制系统遭受信网恶意攻击风险分析及对策研究
2020.1～2021.12,项目负责人
10)国家电网公司总部科技项目，针对网络攻击的电网信息物理系统协同运行态势感知与主动防御方法研究
2018.8～2020.12,项目负责人
11)国家电网公司总部科技项目，基于信息物理系统的复杂配电网建模与数模混合仿真技术研究
2018.8～2020.12,项目负责人
12)国家电网公司总部科技项目，电网恶意攻击的辨识方法及电网侧主动防御方法研究
2017.4～2019.12,项目负责人
13)国家电网公司总部科技项目，快速需求响应应对大功率缺失的调度策略研究
2017.4～2019.12,项目负责人
14)南方电网公司科技项目，电力信息物理系统网络安全评估技术研究
2018.1～2019.12，项目负责人
15)国网江苏电力公司科技项目，综合能源服务技术与管理模式创新研究
2019.1～2019.12,项目负责人
16)国网江苏电力公司科技项目，智慧园区综合能源服务信息监测整体解决方案
2019.7～2020.12，项目负责人
17)国家电网公司技术前瞻项目，源网荷系统恶意攻击模式研究
2018.1～2019.6，项目负责人
18)中国电力科学研究院项目，多直流馈入受端电网应对多直流连续换相失败风险的系统保护方案研究
2017.05-2018.12，项目负责人
19)国家电网公司总部科技项目，面向电力系统控制中心应用的信息物理耦合建模与评估
2017.3～2019.12,项目负责人
主要参与项目：
20)国家自然科学基金面上项目，51877037，基于物理-数据融合的电力系统暂态频率态势预测理论与方法
2019.1～2022.12，57万元，主要参与人
21)国家自然科学基金面上项目，51577030，电力信息物理融合系统的负荷预防-紧急控制理论与方法
2016.1～2019.12，56万元，主要参与人
教学：
能源互联网信息技术（全校公选，秋学期）
电力信息技术（，秋学期）
控制系统建模与仿真（，春学期）
MATLAB应用与实践（，短学期）
人才培养：
博士研究生：
2017级：李峰（2021年毕业，就职于南京师范大学）
2018级：刘增稷
硕士研究生：
2016级：邰伟、李梦雅、刘增稷、崔晗
2017级：陶苏朦、孙大松、俞志鹏、张超明
2018级：蔡星浦、王洪儒、胡健雄
2019级：孙维佳、陈家琪、钱胜
2020级：刘昊宇、吴忠、薛彤、吴兆宇
2021级：吴舒坦、缪蔡然、夏宇翔、马煜承
2022级：张子毅、贺全鹏、于昌平
其他：
中国田径协会认定马拉松大众一级选手（全程马拉松成绩：3小时29分）
东南大学教职工篮球校队成员
