TCI 203-2023 综合能源系统的数字孪生技术规范

ICS29.020CCSF20/29T团 体 标 准T/CI203-2023综合能源系统的数字孪生技术规范Technicalspecificationfordigitaltwinsofintegratedenergysystems2023-11-23发布 2023-11-23实施中国国际科技促进会 发布T/CI203-2023T/CI203-2023PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前 言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1符号 2基本规定 2综合能源系统的数字孪生技术系统性建设 5综合能源系统的数字孪生技术安全性设计 9数字孪生技术的信息安全防御机制 10综合能源系统的数字孪生技术评价方法及指标 10前 言GB/T1.1—20201请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院深圳先进技术研究院提出。本文件中国国际科技促进会归口。（深圳本文件主要起草人：杨之乐、郭媛君、赵志渊、刘祥飞、谭家娟、侯鹏、胡俊杰、张T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE2综合能源系统的数字孪生技术规范范围本文件规定了综合能源数字孪生技术的定义和应用范围、系统建设内容、数字孪生技术安全性设计、信息安全防御机制、技术评价方法及指标灯内容。本文件适用于包括新能源的产生、综合能源系统的建模、综合能源系统的协调优化、综合能源系统的故障诊断、能源的输电配网、综合能源系统的信息安全性。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注明日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T39119综合能源泛能网协同控制总体功能与过程要求GB/T39120综合能源泛能网术语GB/T41723自动化系统与集成复杂产品数字孪生体系架构DL/T2585工业园区综合能源系统规划技术导则术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1综合能源系统integratedenergysystem以电力系统为核心，耦合热、冷、天然气等多种能源子系统，各种能源的产生、传输预分配、转换、存储、消费、交易等环节实施有机协调与优化，从而形成的产、供、消一体化系统。3.2用户数据报协议userDatagramProtocol（UDP）3.3开放充电协议openchargepointprotocol（OCPP）3.4开放需求响应openautomateddemandresponseprotocol（OpenADR）3.5数据驱动data-driven利用数据建立、训练模型、分析底层逻辑，为业务提供指导性决策建议。3.6多元异构模型multivariateheterogeneousmodels不同类型的模型混合在一起。3.7融合现实量测incorporaterealitymeasurement结合虚拟现实技术和现实世界中的物体进行测量的方法。3.8底层分类模块low-levelclassificationmodule针对多种分类模型的底层增量式分类器库，构建分类结果集成输出模块。3.9系统的可扩展性和可重用性Scalabilityandreusabilityofthesystem系统能添加新的模块和可以在其它系统中重复使用的能力。符号无基本规定综合能源系统的数字孪生技术定义和应用范围以电力系统为核心，耦合热、冷、天然气等多种能源子系统，各种能源的产生、综合能源系统的数字孪生技术应用范围非常广泛，其主要包括以下几个方面：T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE4能源消费和利用：包括工业、住宅、商业等领域的能源消费和利用，数字率，优化能源消费结构。能源转换和储存：包括能源转换和储存设施的设计和运营管理，数字孪生本和提高能源利用效率。能源输配电网：包括基础设施建设、设备维护和管理，数字孪生技术可以从而提高能源输配电网的稳定性和安全性。综合能源系统的数字孪生技术在以上领域可以大大提高能源系统的运行效率和经济性，降低能源消耗和环境污染，从而为能源行业的可持续发展做出贡献。综合能源系统数字孪生技术基本架构图1面向综合能源系统的数字孪生架构以作用于机理层实现仿真模型的更新和迭代生长。相应层次的特点具体阐述如下。物理层常规的能源系统状态监测，首先在能源设备上安装采集网关，然后由数据采集软件汇总，但分散的数据采集系统交互困难。物理层基于能源物联网平台，在各智能设备中应用先进传感器技术收集系统运行的多模异构数据，集成了物理感知数据、模型生成数据、虚实融合数据等海量数据；支持跨接口、跨协议、跨平台交互，可实现能源系统中各子系统的互联互通。数据层常规的能源系统状态监测只关注传感器本身数据，而数字孪生更关注贯穿智能设备全生命周期的多维度相关数据。数据层在各智能设备本地侧对数据进行实时清洗和规范化，采用高速率、大容量、低延迟的通信线路进行数据传输；同时依托云计算和数据中心，动态地满足各种计算、存储与运行需求。机理层AI技术表现层VRAM的3R技的体验感和参与感，辅助技术人员更为直观、高效地洞悉智能设备蕴含的信息和联系。交互层基于数字孪生的综合能源系统虚拟模型不再仅仅是传统的平面式展示或简单三维展示，而是实现用户与模型之间的实时深度交互。利用语音、姿态、视觉追踪等技术，建立用户与智能设备之间的通道，实现多通道交互体系来进行精准交互，以支持对电力网、燃气网、热力网、交通网、供水网等多能耦合的能源系统的高效精准控制和交互。T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE6AI综合能源系统的数字孪生技术要求综合能源系统的数字孪生技术要求包括数字化建模能力、运算处理能力、智能优化能力、跨系统集成能力、安全性、可靠性、实时性、扩展性等。数字孪生技术的核心是数字与建模的双驱动，因此，数字孪生技术需要具建模的能力，同时还需要具备高精度数据采集、处理和分析的能力。数字孪生技术需要能够高效处理和计算大量的数据和模型，并能及时响应快速响应用户操作和指令的能力。数字孪生技术需要具有智能优化的能力，可以根据实时数据分析和计算模数字孪生技术需要有良好的系统集成能力，能够将各种能源设备、系统、模型等进行整合并进行横向和纵向的集成，实现各系统之间的信息交互和共享。数字孪生技术需要具备高水平的安全和可靠性，以确保能源系统的安全运私。数字孪生技术需要具备实时性和可扩展性，能够及时响应能源系统的实时运行数据和指令，同时支持系统和功能的扩展，以满足日益扩大的能源系统的需求。综合能源系统的数字孪生技术系统性建设综合能源系统的数字孪生模拟仿真效运营。运行监测综合能源系统的数字孪生运行监测是指通过数字孪生技术实时监测综合能源系统的运行状态和运营情况，并根据分析结果进行智能控制和优化。数字孪生技术可以通常运行和高效管理。综合能源系统的数字孪生运行监测主要依靠以下三方面内容：实时数据采集和处理：数字孪生技术通过多种传感器和控制器等设备实时备和系统的负载情况等，然后对这些数据进行集中处理和分析，发现隐患和异常情况。数据分析和优化：数字孪生技术服务系统对搜集的数据进行实时处理和分域，并提出运行策略、控制参数、优化方案等。决策支持和服务改进：数字孪生技术可以提供用于实时监控和数据分析的改进和提升，进而提高整个能源系统的管理效率与水平。协调优化2等全景信息，通过“数据链”输入到数据库管理模块和工作站中，构建本地数字和物理UDP放充电协议(openchargepointprotocol，OCPP)和开放需求响应(openautomateddemandresponseprotocol，OpenADR)OpenADR协议是用于新能源电动汽车的开放充电协议。最后，机器学习和信息物理系统技术，为综合能源系统的测试实体的调控运行、综合评估、智能运维、故障恢复等提供参考。T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE8图2考虑多通信协议交互的综合能源系统的数字孪生技术和多智能体控制架构传统的综合能源系统控制架构主要关注物理系统向数字系统的映射，即数字建模，而数字孪生和多智能体结合的控制架构则主要关注任务分解，从优化构建综合能源系统的着力点和落脚点出发，对智能体模型中心进行数据交互，自顶向下设计、自下向上封装，使得数字孪生体的构建要素更小，同时大大降低了调控要素数据转化为信息、信息转化为知识的操作难度，能够充分利用多方面的分布智能、形成全局最优解。2所示。其中，调控资源智能体包含各类分布式能源的建模功能，通过资源分析对各类分布式能源进行数字建模，确保物理孪生体和数字孪生体建模与仿真的维度与精度；调控过程智能体包含能量路由器的运行控制功能，通过过程分析和过程实现，确保数字和物理孪生体建模的多时间尺度协调和多源数据耦合；调控服务智能体包含各种可视化环境、流程化管理、数据存储与预测等功能，通过服务分析和服务实现，确保数字和物理孪生体建模与仿真的准确预测与优化。最后，通过多智能体管理系统，进行三者动态交互融合，实现任务分解和数字孪生任务的智能化。同时，每个智能体还可以按照任务需要，继续逐级细分为子智能体和孙智能体。故障检测基于数字孪生技术的综合能源系统故障检测技术是指通过数字化建模和仿真技术实时检测和预测综合能源系统的潜在故障，并提供智能化的故障处置和优化方案，以提包括能源生产、输配电、供能、转换和储存等环节。在此基础上，对系统进行修正，包括分段和缩小尺度等操作，以使用数字孪生技术实现实时故障检测和预测。以往的综合能源系统的故障检测技术有以下几种：基于数据采集和处理的故障检测：数字孪生技术通过安装传感器和监测装基于数字孪生模型的故障检测：利用数字孪生技术对综合能源系统进行数保障能源系统的可靠运行。基于人工智能技术的故障检测：利用人工智能技术，如机器学习、深度学实现对系统的实时监测和数据分析，提高故障检测和解决的准确性和效率。基于预测维护的故障检测：综合能源系统的各种运行设备存在一定的使用况进行监测和分析，以尽早发现和预防设备的故障，减少维修时间和运营成本。应急预案等各方面流程及要求应急预案的主要流程：应急预案框架和组织架构：制定应急预案的框架和组织结构，明确应急管理体系中各部门的职责和任务。应急预警和监测：建立数字孪生系统对系统的实时监测和预警机制，及时发现故障和潜在风险，采取相应应对措施。应急响应和处置：当出现系统故障时，及时启动应急响应措施，并根据数全运行。应急演练和评估：定期组织和开展应急演练活动，包括宣传教育、模拟应急情况、评估应急预案等方面，不断提高应急响应能力和组织管理水平。应急管理和监督：对应急预案和措施的执行情况进行监控与管理，及时发现问题和不足，并根据实际情况进行调整和改进。应急预案的要求：确定应急组织、职责和标准操作程序，保证应急响应的组织性和高效性。明确数字孪生技术在应急预案中的重要性和使用范围，对数字孪生技术的T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE10数据准确性和实时性设置评估标准。确保数字孪生技术安全可靠，设置安全保密措施，保护系统和数据的安全性，防止数据泄露和被攻击的风险。根据数字孪生技术提供的监测和预警机制，建立相应的应急响应计划和处置方案，在可靠性、可行性和经济性之间权衡，取得最优结果。进行定期演练和评估，收集和总结应急演习经验，不断提高应急响应能力和组织管理水平。综合能源系统的数字孪生技术安全性设计数据隐私保护数字孪生技术的应用需要大量的敏感数据，例如能源、安全、运营等各方面的数据。因此，在数字孪生技术应用中，需要采用安全的数据隐私保护技术。包括数据加密、密钥管理、访问控制等技术手段，以确保数据的安全性。网络攻击及隔离将综合能源系统的数字孪生从内部网络隔离出来，以降低外部网络攻击的风险。使用防火墙和访问控制列表等技术来限制对系统的访问。权限控制数字孪生技术应用需要为不同等级的用户提供不同的数据和服务。因此，应该实现一个严格的权限控制机制，以精确控制数据和服务的访问权限。例如，通过基于角色的安全管理系统，对不同等级的用户进行访问权限的控制。安全审计和监控安全审计和监控。数字孪生技术应用的安全审计和监控非常重要。通过对数字孪生技术应用的访问和操作进行安全审计和监控，可以及时发现不安全行为，为及时纠正做出准确的决策。系统备份和灾难恢复系统备份和灾难恢复。数字孪生技术应用发生灾难性事件的风险是无法避免的，此时系统备份和灾难恢复可以起到至关重要的作用，帮助系统迅速恢复正常运行。员工安全意识培训数字孪生技术应用中的安全不仅仅在系统技术层面上，还需培养员工的安全意识，认知安全风险和对应的安全策略。为了使数字孪生技术应用更安全，应该加强员工安全意识培训，提高员工安全意识。数字孪生技术的信息安全防御机制基于底层分类模块的多模型检测技术基于综合能源系统终端传输的多源传感信息，提升AI算法对量测信息攻击行为特征的挖掘能力，并强化模型的泛化能力。针对多种分类模型的底层增量式分类器库，构建分类结果集成输出模块，实现对数据完整性攻击的精准检测。构建与数据完整性攻击相关的特征属性集挖掘面向综合能源系统的数字孪生模型及参数时空耦合物理特征，针对智能终端传输的包含多源异构信息的网络数据，研发基于AI的特征提取算法，动态优化选取与数据完整性攻击相关的最优特征属性集，进而提取其深层次模型特征。建立安全风险评估准入机制AI控制。综合能源系统的数字孪生技术评价方法及指标评价指标确定根据数字孪生技术的应用目的和具体应用场景，确定各种可评估的指标。例如，模型精确度、系统响应速度、运行稳定性、数据准确性等方面的指标。模型的精确度评价数字孪生技术的核心是数字化建模，因此，需要对模型的精确度进行评价。可以采用多种方法，例如采用实验数据和建模数据比对，或者采用模拟结果与真实情况一致性比较等方法来进行评价。模型的精确度可以由静态参数精确度和动态参数精确度评估。静态参数的精确度计算公式：1 � 1�−'�1=

Σ1 1− �11

1��� 1��1��'第�1�动态参数的精确度计算公式：1 �

�−'�2=

Σ2 1− 2�21

��� ��第2��'第�2�系统稳定性评价T/CI203-2023T/CI203-2023PAGEPAGE12数字孪生技术应用需要满足系统稳定和实时性的要求，因此，需要对系统的稳定性进行评价。可以采用负载测试、数据采集和分析等方法进行评价。系统稳