基于数字李生与沙盘推演的城市新型电力系统元宇宙建设以分布式能源资源调度为例 上海文通大学SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY工程背景PARTONE 贺兴副研究员电气系&大数据工程技术研究中心博士导师：艾芊教授：博后合作导师：邱才明教授189日研究方向：数据科学在能源系统中的应用Data Scientist means a professional who uses scientificmethods to liberate and create meaning from raw data.-byDavidDonoho[50yearsofDataScience]时空大数据分析（2013）人工智能（2017)数字李生（2019）元宇宙(2022）BigDataAnalyticsArtificialIntelligenceDigital TwinMetaverse中华人民共和国科学技术部al科技部关于发有科技新20一代人正智惠大月3018年度月世界 国家自然基金分布式能源虚拟李生体的聚合行为及其涌现现象研究（2023-2026）(面上)电网基于随机矩阵理论和深度学习技术融合的配电网故障高维判据构建及其智能诊国家自然基金断方法研究（2020-2022)(青年)NSFC基于数字李生和态势感知技术的区域能源网最佳行为决策研究（2021-2022）国网总部科技项目课题3：基于高维相关性分析的因素影响力分析及关键因素溯源IEEEPCCC杰出授予在能源领域做出杰出贡献的青年工程师【能源创新青年论坛】第三期预告：数字李生与数据驱动35岁以下会员OPES能源创新青年论坛数字李生IEEE数字李生/ITU元宇宙第3期“数字李生与数据驱动Power&Energy Society工作组成员主席、召集人IEEEPESChinaChapterCouncilPresents国际标准发起人之Outstanding Young Engineer Awardto工博会国网展厅现场介绍蔡伦站Xing He（首个数字李生变电站）皮网技术forachiesementin power&energyenginceriugsndcontributiantoPESdexelopmeniinChinz2020LPOWERSYSTEMTECHNOLOGYNiagHtMigN数字李生专题特约主编TEEEChinaomiceIEEEPCLCChair上海交通大学电子信息与电气工程学院贺兴 上海文通大学SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY工程背景PARTONE 必要性与背景（系统业务背景）1、新元素、新需求：小规模、大数量、多元化、分布式、智能化..研究2、传统用户侧发展成源-网-荷-储多元素共存的复杂聚合体，突破地理约束（微网一虚拟电厂）；背景3、用户侧分布式能源资源DER具有潜在的巨大经济和社会价值，其难点在于如何协同兼容开放电力系统特性演变及相关思考[R]，郭剑波院士系统扁平化石能源负多能源接入荷与智能楼宇电动汽车地位平等微网多利益主体业务流业务流石油电力市场虚拟运营商广泛参与信息流能源参与者信息流多类型负荷能源运营商储能服务商智能家居冷/热负荷交互终端控制均散天然气能源流工业负荷居民负荷商业负荷风能能源转换储大容苹储能边界模糊供需分散能太阳能节能分布式储能源荷互转能源分布式能源水能绿色微能源限压发电分布式光伏交直混联分布式储能核能清洁能源电价经济界面复杂信息发电玻璃非燃烧垃圾发电需求侧响应地热能健身发电燃料电池配网调控①数据成本持续走低数据驱动or模式：源随荷动→源荷互动②模型愈加复杂数据流价值挖掘对象：少量大型火电机组→海量小规模分布式DER5 必要性与背景（多主体调控业务视角）·现有调控系统难以处理多元化、不确定性：面向大型火力机组真头的调控模式难以适用于含数量庞大的新能源、柔性资源的复杂系统·可再生能源建模与常规机组不后，如何表征其成本-价格曲线与出力置信度（波动曲线从而完成与调控业务模块（如机组优化）的对接：·调控对象数量到达一定规模（N>1000）时，存在高维空间寻优组合爆炸的问题，耗时费力；型精度、且结果是开环的，无法验证：·日前和日内系统环境情况差距较大时，日内实施滚动调度难以展开·调控在空间和时间上较为片面，以调度为例，在机组组合方面以外空间方面的互补互济长时间跨度的统筹缺之统筹兼顾的思想与工具·业务之间（调度、规划、市场、运检的联动较少6 上海文通大学SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY科学背景PARTTWO 关键步骤：对象认知与优化行动紧急运行模式2场景视角：多场景，多演绎路径紧急运行模式1环境变化，系统状态转移等目再认知认知日常运行模式2组态视角：信息涌现日常运行模式1聚合行为一涌现现象复杂系统智慧涌现单体集群系统价值涌现行动稳定供给经济公平优化视角：多目标，能源不可能三角绿色环保评价校核机制等对象认知一分布式资源聚合体及其系统涌现现象认知8 上海交通大学科学问题1-复杂系统一涌现一→整体论电力系统上述涌现现象的机理在一个3机系统中发现的“双吸引子”现象老子《道德经》道生一，一生二，二生三，三生万物大机组GM,=PCsn(S8)Cnsino,-o)哈密頭模型的三机电力系统M,"P+Cusms)-Cgsintoa)强联系弱联系小机组大机组以G，和G为S群，以G为A群，用CCCOI变换来能累S群，设0-5-M,+M)(M+M6)+6:6-+C生导联像系铁具有业M8=Pr+Pa-Cusm8-+g-Casino-d+e0)M+Cusa++Csm+)，送些非我性团款选成了半高的通现现象：Center-1Center-2机理分析X失稳疯式品变饮在单机或两机东统中，不会发生潘现ISD（BR）.在实的多机系航中可以成票到只要存在第三机作为干扰项，就有可Ceeter-2线性累加能发生现Center-1Lorent-lke决定论/还原论1985年开始，我从不自觉到自觉地持续探索整体论与还原论的融合方法复杂系统的研究迫切需要全新的系统科学范式提出了，社会领化间器（如涉及多领域的双碳变革）缺乏有效的研究范式“轨迹动力学”对于复杂系统的涌现现象的概念，非战性运动稳定性问题，即使仅涉及单一领域，也呈现复杂系统特征哈害的单机成两机系技为非复杂系统，可以族得定量解何哪怕凡易给入了股尼系数，照单机系换出再不究全最解驱需新的理论与技术！式要加入前三机，家不们没有定量靠，并可能限出请多有锋于常识的现家，这复杂系统的模需及求解目标签别目大，各自的求解方法必然不网，祖它们之闻是香班以语随相用的方法论呢？节选自薛禹胜院士的2021年10月IEEEPES中国区技术委员会大会主旨报告PPT （3）按给定6+X-=x三维Lorenz系统初值积分[()y=-xz+rx-y-轨迹动力学用符号串来标z=xy-bz0t)()将变量z参量化-注（或用色彩来印记）x=-o+y(5)混沌行为Lorenz的混沌动态，进而两维观察方程(x,y)y=-x2(+x-y揭示了混沌的深层机理（6)混沌的鞍点稳定焦点精细结构Z30g=10,F=28b=8(）可以用符号串来标注态或用色彩来印记混沌动2073(4)求取实际的分岔时刻2610Z=V.o.34361020Integrationaccuracy=1o4integration period-60 sinitialvalue-ca2204ek,0)Zr2201-15105X5101520鞍点稳定焦点稳定结点摘自薛禹胜院士PPT原图：《碳中和路径优化中的系统科学》33 人类认知论的科学范式演进SubjectiveThousands ofsciencewasempiricaldescribingnaturalEmpiric经验主义Year AgophenomenaHundreds of theoretical branch using models,Year AgogeneralizationsHeliocentrism4元GpDecades of.a computational branch simulatingModel-based3Year Agocomplexphenomena还原论Deterministic. unify theory, experiment, and simulation· Data captured by instruments orNowadaysgenerated by simulatorNewton'sLaw.Processedby softwareMassiveData.Information/knowledge stored inData-drivenProbabilistic(eScience)computer八数据驱动.Scientist analyzes database/files usingy = ax? +bx +cdata managementand statistics1.Correlations>Causality2.Uncertainty >DeterminismQuantumMechanics3.Efficiency>Accuracy第四范式数据密集型科学发现（data-intensivescientificdiscoveryparadigm）4.Entirety>Section5. Life cycle>OneperiodClassical datautilizationmethodologyneeds berevisited!randomness,chaos,reflectivity,networkeffect, historydependency, 科学问题1：分布式资源聚合体及其系统涌现现象认知基于复杂性科学再认知多主体系统调控：考虑（系统服务）多场景与（环境/个体）高不确定性，优化系统运行点/轨迹，通过多主体协同，激发涌现现象，提升多主体利益配电网调度中心风场居民区β组织代理一调度指令下发创建传编分折（运营商）组织代理现实流程传编接口披露信息数字李生接入设备（运营商）组织代理（运营商）智慧能源组织园区aTissue市场行为/机制数据与互联标准及安全多元化、披露信息用能单元回回已目用能单元单元）单卖能源细胞景信息ERP系统传热器智能化、a,cEMSa.1Cell旺力，温度访峰处理集成中调件人工智能通如准送主动能动性社会，天气滋度等流量等分层分区；就地消纳MES软件边缘安全BAM软件从知可视化高不确定性；促动器能量流（液压，电动复杂系统；CAD模型机械，热力等信息流服务总线混合模型仅装板能源分子聚合&涌现；分布式能量资源DERMolecule多体一混沌现象行动房见源、荷、储、产销者可观性&可控性创建一传输一聚合一分析一洞见一行动整体>>Z组成成分引出建模&分析本质上是复杂系统！涌现现象数字李生&仿生学&范畴学13 关键步骤：对象认知与优化行动政策引导全局目标个体效益最大化用能运行社会效益支出最小最大再认知认知...能源用户能源细胞....交易机构博奔供能博奔收益售电优质最收益目可靠最大能源热力供应商供气电力运营商供应收益能源网最行动调度策略大燃气供应商技术约束控制方法校核机制不同层级，多方利益，资源/信息/需求各异，合作非合作优化行动一基于数据密集型科学发现范式的多主体智能调控14 科学问题2：群体调控策略与校核机制不同层级众多主体的最佳调控策略与校核机制iha分层调度决策辅助调度中心物理世界李生空间分区解耦分区2数据驱动实时交互李生框架第分区1层联络线分区N省级电网闭环反馈李生体建模主从应用需求模式区域协同模型数据态势感知闭环反馈仿真推演李生体层对等模式映射模型协同调度区域电网态势评估支撑算法主从模式超实时验算局部自治神经网络高维统计第支撑算法三层微电网优化求解博奔论14 数字李生系统必要性与背景（用户侧&系统侧）互补、协同DER认知不足难以协同聚合、涌现用户侧风险识别风险特别是组合风险认知不足风险评估风险抑制建模与求解难系统侧人机混合增