新型电力系统孪生构建与应用报告

团队介绍 深耕能源电力系统建模仿真20余年 CloudPSS平台研发团队 DPS科研团队 清华四川能源互联网研究院能源电力系统数字李生研究所 2017年成立，专业研发团队约30余人 卢强院士创立，历经30多年发展 专注于基础仿真软件研发、技术咨询、支择能源电力系统数宇化转型 国家级创新群体 数字电力系统团队介绍DPS 实际运行的电力系统的物理结构物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况数科教活动等数字地、形象化地、实时地描述与再现。它包含： 联字电力承统DPS 口电力系统的物理结构：口实时状态（量测）：口影响电力系统安全的环境信息；口经济机构、市场信息：口管理信息；口各种类型的运行指标，如效率环保；口其他。 2000年卢强院士首次提出数字电力系统的概念 团队对数字李生概念的理解 数字李生技术助力新型电力系统建设 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 数字李生与AI的结合 小结 对数字李生概念的理解 数字李生是充分利用对象的物理模型、落传感器更新、运行历史等数据，集成多学科，多物理量多尺度，多概率的仿真过程。通过在虚拟空间中完成对象的映射反映对象的全生命周期过程 能源电力系统数学季生是 教字享生 实能源电力系统在数字空间中的投影和镜像。 数据和知识共同驱动信息物理能源网络的数字空间建模。 数字李生支持沙盘推演、策略验证和人工智能决策等关键技术的发展，是智能制造的基础。 数字李生技术在航空工业、工业生产线模拟方面应用广泛。 物理实体与数字李生体的相互关系 对数字李生概念的理解 对数字李生概念的理解 物理-数字同步的多层含义 驱动规律同步（模型同步） 物理实体和数字李生体在相同物理规律的驱动下演化。因物理实体的结构和参数变化导致其特性变化时，数字李生体的对应部分也应进行相应变化以保证物理实体和数字李生体的特性一致。 演化过程同步（状态同步） 理论上讲，数字李生体的状态和物理实体的状态在每个时刻都应该相同。实际工程中只能保证在定的时间段内两者的状态处于一定的范国之内。 同步速率 即同步时间段的长短，根据业务需要，同步速率可以选择不同的时间尺度。如果服务于调度，可以选择分钟：服务于规划，可以选择年 对数字李生概念的理解 数字李生技术的主要特征 可假设性 允许运营者对数字模型输入不同假设条件以模拟现实生活中不切实际的情况，从而获得某些极端情况下机器的真实反映。 数学李生技术的核心 建模与仿真 对数字李生概念的理解 传统电力系统仿真与数字李生 四级（L4）以虚优实 ·数字弯生体实时反映物理实体的运行状态预物理实体的未来发展，实现具有时效性的智能决策和优化基于实时交互机制实现对物理实体的智能管控 五级（L5）：虚实共生 ，物理实体和数字李生体长时间同步运行·物理实体和数字李生体能够基于双向交互实时感知和认知对方的更新内容·物理实体和数字李生体能够通过自主构建或动态重构使两者保持动态一致性·能够保证可视化、预测、决策、优化等诸多功能服务的有效性 团队对数字李生概念的理解 数字李生技术助力新型电力系统建设 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 数字李生与AI的结合 小结 数字李生技术助力新型电力系统建设 数字李生技术助力新型电力系统建设实时态应用 基于传统仿真的新型电力系统安全稳定分析与控制方法面临的新挑战 安全稳定控制措施失配 建模不准确影响机理认知 运行策略未及时调整控制策略失配导致稳控拒动造成6.16”阿根廷大停电 导致8.15”台湾大停电 海量抽样仿真模拟处理效率低 连锁故障风险急剧增大 基干预想场景的的预案式控制策略缺乏鲁棒性 2019年英国停电事故影响范围及用户统计 数字李生技术助力新型电力系统建设 ●数字李生体采用机理-数据混合驱动以及送代修正的建模方法保证了模型准确性 ·数字李生体与物理实体同步演化的仿真策略消减了大量不确定场景 基于数字李生体的在线策略校验保证了控制策略的有效性和鲁棒性O 不确定场景 新型电力系统数字李生实时态（在线）应用面对的挑战 电力系统双高特：新能源发电高渗透，电力电子设备高渗透 “双高”电力系统特点 复杂多样的动态特性 系统惯量小 动态时间常数跨度大 电力电子设备的外特性主要由其内置控制策略决定 设备单机容量小 动态特性具有离散性 对每台设备均详细建模并不实际 表现出非连续的动态特性 状态时空耦合性强 不同时间常数的动态相互影响不同地域状态量相互影响 中国电机工程学会新型电力系统数字李生实时态（在线）应用面对的挑战 需要回答几方面的问题 新型电力系统需要什么样的数学季生 建模的对象应该包括哪些？ 根据业务需求而定建模的范围应该多大？根据业务需求而定建模的精度要求多高？对象的特性决定 根据业务需求而定三道防线在线校核？沙戈荒新能源远距离接入负荷中心？大规模海上风电接入规划？现有建模仿真工具的性能如何？评估其性能是否满足业务需求 新型电力系统数字李生实时态（在线）应用面对的挑战 团队对数字李生概念的理解 数字李生技术助力新型电力系统建设 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 数字李生与AI的结合 小结 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 理论问题 物理实体与数字李生体自趋同与控制策略自趋优双闭环一致收敛性证明 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 技术问题之一 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 技术问题之一一二次融合建模的必要性 当前新型电力系统数字生的几个研究重点 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 技术问题之一 数字李生体在线更新技术 针对大扰动工况，对比数字李生体和实际系统主导运动模式差异，通过系统关键参数与运动模式间的关系基于GMM-PSO方法实现数字李生体参数的在线更新 针对平稳工况，在数字李生体中对随机噪声及其响应进行模拟，对比实际量测得到的随机响应统计特征，基于鲁棒优化方法进行数字李生体最优参数组合在线更新 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 技术问题之三 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 CloudPSS-XStudio定位 基础静态服务 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 团队对数字李生概念的理解 数字李生技术助力新型电力系统建设 当前新型电力系统数字李生的几个研究重点 数字李生与AI的结合 小结 数字李生与AI的结合 需要关注新的研究方向智能仿真与仿真智能 数字李生与AI结合的两种应用形式 仿真智能 智能仿真 口范式2：新型电力系统生成式智能应用自感知、自学习、自决策、自执行、自适应 数字李生+AI应用范式1智能仿真 口五个智能仿真的案例分别对应感知、建模、推演、分析、决策口CIoudPSS平台生成数据，利用AI挖掘数据形成任务专用模型 智能仿真案例1：图神经网络+虚拟量测生成 口配电系统量测空间配置不均采样频率不一，可信度不一致，难以实现全面、准确、实时，同步可靠、高效的状态感知口提出基于图神经网络的超分辨率量测生成方法[1-3，生成时空稠密量测数据 智能仿真案例2微分神经网络+端口特性动力学建模 新型电力系统设备繁多存在建模盲区，导致系统动力学模型不完备，仿真结果失准提出基于微分神经网络的动态建模方法，开源设备与区域电网动力学深度学习软件1-41实现解析模型和神经网络模型联合仿真 智能仿真案例3对抗生成网络+运行场景定向生成 多元不确定性影响下系统运行边界条件多样，难以快速生成满足特定运行指标的运行场景提出了基于生成对抗网络的运行场景定向生成方法，可以根据配网运行安全性和经济性指标，精准定向生成潮流样本 智能仿真案例4：物理约束深度学习+动态安全评估 口新型电力系统运行不确定性强预想事故数量增多，安全稳定性校核需要完成大量仿真安全边界刻画成本高口提出物理特性约束的电力系统稳定特征提取神经网络1-5，满足多种动态安全评估需求 智能仿真案例5：强化学习+暂态安全约束最优潮流 口优化调度一刻不停：新型电力系统自动化水平更高，优化调度决策必然走向全面自动闭环口运行方式变化多，不确定性水平高调度人员知识和经验积累银不上新型电力系统发展开源可快速收敛的暂态稳定约束最优调度强化学习软件11-3运行方式计算精准、高效 仿真智能数字李生+AI应用范式2 线上大语言模型（AzureOpenAI）+CloudPSS开源三个Demol1]分别对应接口自感知、方法自决策、算法自执行 仿真智能数字李生+AI应用范式2 口智能广域机器人（SmartWide-AreaRobot一SmartWAR) 大语言模型应用技术支撑仿真智能的实现 口接入外部知识的问答（RAG，Retrieval-AugmentedGeneration）口应用工具的智能体（Agent）口代码理解与生成（Codelnterpreter） Aoenls 利用大语言模型的推理模仿和规划能力结合外部工具调用实现智能体构建通过多智能体协同和复杂任务逻辑拆分，充分发挥专用任务微调大语言模型的优势 理解任务要求，利用大语言模型进行代码生成，并自主执行代码，汇总结结合人类反馈代码运行结果反思不断提升代码生成的质量 从外部数据库获得新知识，克服知识局限性缓解大语言模型生成时的幻觉离线化的知识数据库能够确保信息安全 实现新型电力系统仿真智能的数字化底座CloudPsS-XStudio 口CloudPSS平台为实现SmartWAR提供了数字化底座（开发工具、运行环境、仿真引擎）[1]ChatGPT“翻译”需求，生成CloudPSSSDK代码，实现接口自感知和方法自决策口由CloudPSS平台执行相关代码，完成算法自执行、数据自学习以及业务自适应 接口自感知示例一CloudPSSSDK手册问答 问题 口检索增强生成RAG（Retrieval- Q:CloudPSSSDK有哪些功能？ AugmentedGeneration)技术 GPT-3.5TUrUO RAG 文档切分，嵌入向量数据库检素器根据问题检索相关文档，作为大语言模型提示词 CIoudPSSSDK手册注入回奢更精准 回答笼统，不准确 A：CIOUPSSSDKR供子以下动能用户可以通过编写Pyihon、Malab等脚本构建自定叉模型、批童仿真计算、自动化生成报告等功能.CloudPSSSDK包含模型层算法层和应用层三种开发套件模型层开发童件支持基手Matab面数的自定文控制元件接入。算法层开发套件都助用户在ClondPSSFuncShidia中集成自己的其法内核，从而快造开发并部暑自已的计其应用，应用层开发套件帮助用户利用脚本的形式快建调用CloudPSS官方计内核和第兰方接入的计算内核，方便用户开发高额计具分析应用。 ACloudpssspK开炭工具和成，用品化用Cloudpss台的发3.设各管理：生的泰花CloudpssSDK格诺工一系利动能和工具孝助开友吉更轻护地更用ClouPSS手行愿用程序升发和管理 方法自决策示例仿真插件接入的智能体（Agent） 问题 Q：请计算潮流并告诉我发电机1、5.9的流计算结果 口大语言模型智能体 电网分析智能体 LangChain 不具备潮流计算能力！ A逐步思考，序列行动，结果正确！ 思考1：我常要得站发电机：59的潮流计算结来。动作：潮流计算。观测目潮液计算在4次选代后成功教级。 算法自执行示例仿真应用代码自动生成 问题 Q：请帮我编写一段代码，利用CIoUdPSSSDK完成仿真，读取仿真结果并画图 仿真代码自动生成应用 GPT-3.5-Turbo 可以正确运行！ 无法运行！ teportsirnpurt elandpssiopirt jsonmiportmarplotlih.pyplotarpltifmecloudps