暨“數(shù)字電網(wǎng)智擎未來”學(xué)術(shù)論壇)中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力數(shù)字孿生應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)暨“數(shù)字電網(wǎng)智擎未來”學(xué)術(shù)論壇基于數(shù)字孿生與智能決策的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化技術(shù)中國電力科學(xué)研究院有限公司韓笑■■3總結(jié)與展望STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司隨著新型電力系統(tǒng)中可再生能源、多元負(fù)荷及靈活儲(chǔ)能的廣泛接入，調(diào)度模式從源隨荷動(dòng)向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出建模機(jī)理不明確、源網(wǎng)荷儲(chǔ)深度耦合、調(diào)控資源規(guī)模大、運(yùn)行方式頻繁多變等特征，面臨著電網(wǎng)認(rèn)知建模難、復(fù)雜約束需求滿足難、大規(guī)模問題求解慢、模型泛化性弱等挑戰(zhàn)。遠(yuǎn)距離輸電風(fēng)企董遠(yuǎn)距離輸電風(fēng)企電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能分布式系統(tǒng)相互支援分布式系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化集中式電源源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化戶用戶用車汽動(dòng)電能儲(chǔ)伏光電建模難約束滿足難求解慢泛化性弱√狀態(tài)感知傳輸不全面√機(jī)理建模復(fù)雜√優(yōu)化問題復(fù)雜√運(yùn)行方式多樣√源荷隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)√訓(xùn)練場景覆蓋面有限STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司中國電科院團(tuán)隊(duì)針對以上難題，依托多項(xiàng)國家級、國網(wǎng)公司級項(xiàng)目，聯(lián)合多家網(wǎng)省公司與高校共同構(gòu)建了基于“智云管邊端”架構(gòu)的電網(wǎng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，開展了人工智能決策技術(shù)研究，支撐電網(wǎng)運(yùn)行業(yè)務(wù)在數(shù)字空間的呈現(xiàn)、推演和決策，有效推動(dòng)新型電力系統(tǒng)的智能化升級。調(diào)度運(yùn)行建模難數(shù)字孿生系統(tǒng)約束滿足難求解慢泛化性弱面匯報(bào)內(nèi)容面匯報(bào)內(nèi)容■■lSTATEGRID 技術(shù)概述：通過數(shù)字孿生系統(tǒng)解決電網(wǎng)認(rèn)知建模難問題，提供從物理空間向數(shù)字空間的數(shù)字呈現(xiàn)映射手段；基于電網(wǎng)數(shù)字鏡像，通過融合驅(qū)動(dòng)的人工智能技術(shù)解決復(fù)雜約束與多目標(biāo)滿足難、大規(guī)模問題求解慢、模型泛化性弱問題，賦智業(yè)務(wù)場景應(yīng)用，提供從數(shù)字空間向物理空間的引導(dǎo)優(yōu)化能力，最終實(shí)現(xiàn)"物理-數(shù)字"雙空間深度融合的共生、演化與趨優(yōu)。人工智能數(shù)字孿生人工智能數(shù)字孿生約束耦合約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)隱私數(shù)字空間中的數(shù)字電力系統(tǒng)約束耦合約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)隱私數(shù)字空間中的數(shù)字電力系統(tǒng)遷移學(xué)習(xí)邊側(cè)自治云側(cè)協(xié)同遷移學(xué)習(xí)數(shù)字呈現(xiàn)引導(dǎo)優(yōu)化數(shù)字呈現(xiàn)引導(dǎo)優(yōu)化數(shù)據(jù)融合與共享物理空間中的實(shí)體電力系統(tǒng)“智-云-管-邊-端”貫通62.1數(shù)字孿生系統(tǒng) 電網(wǎng)數(shù)字鏡像模型構(gòu)建方法 中國電力科學(xué)研究院有限公司數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)：為了解決電網(wǎng)認(rèn)知建模難問題，構(gòu)建了貫通“端-邊-管-云-智”全環(huán)節(jié)的電網(wǎng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，有效支撐構(gòu)建電網(wǎng)數(shù)字鏡像模型，實(shí)現(xiàn)全景狀態(tài)感知、廣域高效傳輸、海量接入管理與智能應(yīng)用。智云管邊端用戶數(shù)據(jù)挖掘與增值互動(dòng)智云管邊端用戶數(shù)據(jù)挖掘與增值互動(dòng)虛擬世界物理世界深度學(xué)習(xí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)群體智能混合增強(qiáng)智能集成學(xué)習(xí)仿真數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型庫仿真數(shù)據(jù)感知數(shù)據(jù)流決策指令流感知數(shù)據(jù)流決策指令流數(shù)據(jù)共享服務(wù)自組網(wǎng)基于軟件定義的終端管理及接入技術(shù)高性能存儲(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)共享服務(wù)自組網(wǎng)光纖骨干網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)5G北斗藍(lán)牙數(shù)據(jù)總線硬件平臺(tái)OS系統(tǒng)應(yīng)用APP邊緣計(jì)算框架容器運(yùn)行數(shù)據(jù)總線智能融合終端智能網(wǎng)關(guān)邊緣物聯(lián)代理電氣量感知環(huán)境量感知物理雖感知狀態(tài)雖感知行為雖感知空間量感知電壓傳感器TMR電流傳感器局放傳感器MEMS振動(dòng)傳感器聲紋傳感器北斗定位芯片光學(xué)傳感器…荷儲(chǔ)荷儲(chǔ)模擬負(fù)載模擬負(fù)載充電樁電器儲(chǔ)能光伏風(fēng)機(jī)鍋爐電網(wǎng)熱網(wǎng)氣網(wǎng)照充電樁電器儲(chǔ)能2.1數(shù)字孿生系統(tǒng) 電網(wǎng)數(shù)字鏡像模型構(gòu)建方法STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司應(yīng)用案例：所提出的數(shù)字孿生系統(tǒng)方案在天津?yàn)I海全域進(jìn)行了示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全面物聯(lián)感知和實(shí)時(shí)精準(zhǔn)數(shù)字呈現(xiàn)，端側(cè)部署高性能傳感器，邊側(cè)部署電力邊緣物聯(lián)終端，通過無線自組網(wǎng)、光纖/無線專網(wǎng)等通信方式，將數(shù)據(jù)匯聚到電力物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)，全面提升數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑诰€性，數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)融合的共享性，為后續(xù)智能應(yīng)用提供了數(shù)字鏡像支撐。0ky業(yè)場線(②0ky業(yè)場線(②⑨⑥⑦⑧④220kV濱幸線110kV和暢路220kV米蘭◎?yàn)I海地調(diào)智能應(yīng)用平臺(tái)管理網(wǎng)絡(luò)層高效通信邊緣層精準(zhǔn)感知智會(huì)管邊端感知層應(yīng)用層平臺(tái)層傳統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)傳統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)2.2人工智能決策技術(shù)——復(fù)雜約束耦合方法國家電網(wǎng)STATEGRID基于約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)的運(yùn)行策略生成方法，在優(yōu)化模型中顯式引入運(yùn)行安全約束并以動(dòng)態(tài)拉格朗日乘子融入目標(biāo)。在策略更新階段采用信任域約束，對目標(biāo)與約束進(jìn)行泰勒近似，將越限風(fēng)險(xiǎn)量化增加約束項(xiàng)約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略更新函數(shù)：口燃?xì)廨啓C(jī)約束爬坡約束,環(huán)境,泰勒展開荷電狀態(tài)泰勒展開電流C=max(0,Va電流C=max(0,Va-V“)+max(0,7”-V2)電壓2.2人工智能決策技術(shù)國家電網(wǎng)STATEGRID 智能體模型，智能體之間采用有限信息交互共享與噪聲后的交互信息返回給各智能體，與其本地觀測狀態(tài)共同作為智分區(qū)智能體聯(lián)合輸入狀態(tài)分區(qū)智能體聯(lián)合輸入狀態(tài)多層感知器編碼網(wǎng)絡(luò)拉普拉斯分布噪聲加密分區(qū)智能體之間交互信息行為-評價(jià)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法架構(gòu)輸出：動(dòng)作輸入：狀態(tài)+動(dòng)作智能體評價(jià)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度時(shí)段內(nèi)供電分區(qū)智能體的本地觀測狀態(tài)空間面輸入：狀態(tài)智能體決策網(wǎng)絡(luò)調(diào)度時(shí)段t+1內(nèi)供電分區(qū)智能體的控制動(dòng)作空間輸出：動(dòng)作價(jià)值多層感知機(jī)編碼B1bh智能體3區(qū)域3①智能體15區(qū)域1供電分區(qū)供電分區(qū)供電分區(qū)2.3人工智能決策技術(shù)中國電力科學(xué)研究院有限公司數(shù)據(jù)機(jī)理融合模式：為了解決大規(guī)模電網(wǎng)上傳統(tǒng)調(diào)度策略優(yōu)化求解難且計(jì)算時(shí)間長問題，基于數(shù)據(jù)機(jī)理串行模式，提出一種數(shù)據(jù)/機(jī)理交互驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化求解方法。上層基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)加速混合整數(shù)優(yōu)化求解，下層基于可行域降維減少?zèng)Q策變量與約束條件，兼具模型驅(qū)動(dòng)求解穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)求解快速性，可實(shí)現(xiàn)萬級計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度策略秒級生成。誘導(dǎo)枝P3(1)=12の誘導(dǎo)枝基于機(jī)理知識(shí)提取更有物理意義的特征①串行結(jié)構(gòu)基于機(jī)理知識(shí)提取更有物理意義的特征①串行結(jié)構(gòu)⑥數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)修正機(jī)理模型參數(shù)反饋結(jié)構(gòu)校正⑥聯(lián)合決策提升模型安全性與效果③并行結(jié)構(gòu)①機(jī)理數(shù)據(jù)聯(lián)合建模，符合物理約束機(jī)理嵌入模型引入單調(diào)性、取值范圍等機(jī)理約束機(jī)理引導(dǎo)⑤⑤約束更新、校正引導(dǎo)、約束混合整數(shù)優(yōu)化加速約束更新、校正引導(dǎo)、約束混合整數(shù)優(yōu)化加速上層系統(tǒng)全局優(yōu)化O下層聚合可行域計(jì)算→下層資源策略分解上層下層2.3人工智能決策技術(shù)中國電力科學(xué)研究院有限公司可行域降維：為了減少高維問題優(yōu)化求解規(guī)模與時(shí)間，采用可行域降維方法將高維安全可行域投影到低維協(xié)調(diào)變量空間，可大幅減少變量約束，縮減比例可達(dá)90%以上。進(jìn)一步地，針對傳統(tǒng)投影算法大規(guī)模問題計(jì)算慢問題，采用基于有序頂點(diǎn)搜索的投影可行域計(jì)算方法，直接在低維協(xié)調(diào)變量空間辨識(shí)投影結(jié)果并確定可行域全部頂點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可行域投影的快速求解。規(guī)模變量個(gè)數(shù)降維前降維后2約束條數(shù)降維前降維后問題規(guī)模縮減比例傳統(tǒng)投影有序頂點(diǎn)計(jì)算速度口大幅減少投影計(jì)算用時(shí)口具有收斂性、保守性，可經(jīng)過有限次計(jì)算得到真實(shí)投影可行域2.3人工智能決策技術(shù)國家電網(wǎng)STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司非線性混合整數(shù)優(yōu)化加速：為了減少混整問題中的搜索樹規(guī)模與求解時(shí)間，將分支決策過程建模為馬爾科夫決策過程，提出基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的誘導(dǎo)分支方法，通過模型訓(xùn)練得到適應(yīng)不同斷面約束的最優(yōu)整數(shù)取值策略，在線推理時(shí)基于系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)輸出動(dòng)作值，啟發(fā)整數(shù)變量取值，降低分支搜索空間，大幅提升混合整數(shù)優(yōu)化計(jì)算速度P,(t)=P-(t)+1BP3(t)-1egPD(t)P3(t)=I·(t)PS(t)-ISch(t)PSc(t)整數(shù)變量：電源啟停、線路開關(guān)狀態(tài)、儲(chǔ)能充放、購售電狀態(tài)等上(上(問題簡化/\/\/\更新最優(yōu)解上界誘導(dǎo)剪枝分支松弛問題全局上界累積獎(jiǎng)勵(lì)值分支整數(shù)變量啟發(fā)式取值降低分支搜索空間動(dòng)作值搜索空間2.4人工智能決策技術(shù)——模型演進(jìn)與性能增強(qiáng)方法 源拓?fù)錉顟B(tài)Generator對應(yīng)actor網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)拓?fù)湓淳W(wǎng)絡(luò)下的源網(wǎng)絡(luò)下的訓(xùn)練模型目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)下的訓(xùn)練模型可訓(xùn)練式嵌入可訓(xùn)練式嵌入PointNet結(jié)構(gòu)PointNet結(jié)構(gòu)PoinEVet,最大池4最注意力回池化層回FegEitireFegEitireM。TransTransomer多層感知器狀態(tài)特征基于生成對抗模仿學(xué)習(xí)的遷移學(xué)習(xí)架構(gòu)運(yùn)行場景輸入輸入輸入優(yōu)化求解校核反饋樣本集n樣本集2樣本集1基于彈性權(quán)重鞏固方法的增量訓(xùn)練訓(xùn)練十訓(xùn)練權(quán)重鞏固方法的增量訓(xùn)練訓(xùn)練十訓(xùn)練掃基于校核反饋機(jī)制的增量強(qiáng)化學(xué)習(xí)2.5人工智能決策技術(shù)——應(yīng)用案例中國電力科學(xué)研究院有限公司應(yīng)用案例：聯(lián)合天津調(diào)度中心研發(fā)部署了源網(wǎng)荷儲(chǔ)自主智能調(diào)控系統(tǒng)，具備源荷場景生成、優(yōu)化儲(chǔ)能出力、管理可控負(fù)荷、維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等功能，可100%就地消納天津?yàn)I海地區(qū)電網(wǎng)可再生能源，高效利用源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源，實(shí)現(xiàn)了萬級計(jì)算節(jié)點(diǎn)的調(diào)度策略秒級生成。源網(wǎng)荷儲(chǔ)調(diào)控案例源網(wǎng)荷儲(chǔ)自主智能調(diào)控應(yīng)用系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)調(diào)控案例源網(wǎng)荷儲(chǔ)自主智能調(diào)控應(yīng)用系統(tǒng)綜合能源微網(wǎng)群(光伏大發(fā)時(shí)、負(fù)荷最大)賓館類虛擬電廠(電價(jià)高峰且光伏小時(shí)、空調(diào)短時(shí)關(guān)停)商業(yè)類虛擬電廠(電寫字樓類虛擬電價(jià)高峰且光伏小時(shí)、廠(電價(jià)高峰且空調(diào)短時(shí)關(guān)停)光伏小時(shí)、空調(diào)短時(shí)關(guān)停)容量(MW)節(jié)點(diǎn)集中式新能源場站分布式新能源虛擬電廠儲(chǔ)能調(diào)度策略計(jì)算平均時(shí)間依托項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”,應(yīng)用地點(diǎn)：天津?yàn)I海3總結(jié)與展望國家電網(wǎng)STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司針對新型電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，未來需要進(jìn)一步以電力專用智算平臺(tái)及光明大模型為底座，構(gòu)建電網(wǎng)全景映射空間，采用科學(xué)智能第五范式(AI4S),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)知識(shí)融合與大小模型協(xié)同決策。應(yīng)用層面：大小模型協(xié)同針對源荷隨機(jī)的高度復(fù)雜電網(wǎng)，基于邊云協(xié)同的全局優(yōu)化與區(qū)域自治來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、高效決策制定系統(tǒng)層面：數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)體電網(wǎng)相對應(yīng)的數(shù)字電網(wǎng)，在數(shù)字化全景映射空間實(shí)現(xiàn)對物理電網(wǎng)的運(yùn)行分析和管控范式層面：科學(xué)智能第五范式(Al4S)突破知識(shí)數(shù)據(jù)融合、大模型-專業(yè)模型協(xié)同等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更加高效、可信的電力科學(xué)計(jì)算突破價(jià)值對齊、可信增強(qiáng)、具身智能等技術(shù)，打造電力專用智能底座中國電力科學(xué)研究院有限公司數(shù)字孿生系統(tǒng)方面，以物理虛擬實(shí)時(shí)映射、高保真仿真推演、智能決策反饋等為代表的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的共生、演化與趨優(yōu)，基于數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)字鏡像與智能大腦，對人工智能策略進(jìn)行校核，進(jìn)而消除風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字平面數(shù)字平面fe-p=(Vc,Ec)→(Vp,Ep互作用平面物理平面Netnbyvien=(·,E)ialUVhuman,EphysicalUEnuman理論支撐新型電力系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)共生指令反饋交互、調(diào)約束核驗(yàn)狀態(tài)調(diào)整交互步驟建模優(yōu)化信息處理信息感知響應(yīng)：負(fù)荷切除等私核驗(yàn)，篩選指整和匹配3.總結(jié)與展望STATEGRID中國電力科學(xué)研究院有限公司智能決策技術(shù)方面，需要應(yīng)對多維耦合復(fù)雜性，突破可信保障限制，適應(yīng)動(dòng)態(tài)隨機(jī)波動(dòng)性，重點(diǎn)突破電力科學(xué)智能研究范式