以电网数字孪生为基座促进AI4EE相关研究

暨“数字电网智擎未来”学术论坛清华大学沈沉2025年10月31日杭州清幕大学TsinghuaUniversity促进Al4EE相关研究汇报人：沈沉日期：25年10月2①②343对数字孪生技术的理解5世世DpluftemtP%5.98E6.45s57,s内8,多库.FM知5题系5的进流络?2tia加3的面家都年四4,国A-tr%5数字孪生是充分利用对象的物理模型、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。数字孪生支持沙盘推演、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。数字孪生技术在航空工业、工业生产线模拟方面应用广泛。能源电力系统数字孪生是真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。高性能数字仿真技术是能源电力系统数字孪生技术的基础，实现对复杂的“信息-能量-环 境”耦合动态精确模拟是构建能源电力系统数字孪生的前提。6请革大学TsinghuaUnivenslty对数字孪生技术的理解请革大学TsinghuaUnivenslty2000年卢强院士首次提出数字电力系统的概念数强横是t7数半电力系眺(rs的概念，再叶其主的施，所实进行的系明允工你以如族慎立善军砚的安燃性利小夹热雄济运行果6,时电力系姚买8W恶位制季反事此控利关键话数字电治系；德或性；运肝：时份1数字电力系统的定义与内通框况科教活动等数字挑形象化染卖时地澜述与或部件津元设整锦的物理作部通行方式和选营加略曾理模式人员信患够电方系统的各元作务网格各节点的实村就态变量(护装里.FAC1s世电力电子鳞置，可控超能筑置等)4发电厂.变等土要设备吃健来”状态经济他鸭场信息给子特则天生免发生重大实难汽轮狐发电烈系现网培邑耗变电贴用户等环2数字电力系统的功能21前理和决的科学化了BS就能理快她把这垂信息及时收集起以科学处理上就通报是得目的是实现全系统幽现过稳定磁的重大事故国回发生过肉七次大范围灾准性稳老赔坏导故的停电事故这诚我曹先要时地对系统进行安金评值在系规正和状态点在悬定城中的竭动执造：运习格当改1.3是清通行略制定和实行来条件和场化地行能到步下的金系桃的经济自体盟进的粉济端行不影自基”的的济端行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、科教活动等数字地、形象化地、实时地描述与再现。它包含：口实时状态(量测);口管理信息；可假设性可假设性可视性让运营者从数字角度看到机器以及大规模系统的运行状态，从而实现对机器及大规模系统的实时可视性让运营者从数字角度看到机器以及大规模系统的运行状态，从而实现对机器及大规模系统的实时方面收集物理反馈并更新数学模型和Oracle,"DigitalTwinsforloTApplications,"2017.[Online].Available:/assets/digital-twins-for-iot-apps-wp-3491953.pdf7清幕大学清幕大学当前数字挛生数据(DD)五级(L5)自主挛生四级(L4)以虚优实三级(L3)以虚预实二级(L2)以虚控实闭环迭代一级(L1)以虚映实头零级(LO)以虚仿实·数字孪生体实时反映物理实体的运行状态，·预测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·物理实体和数字孪生体长时间同步运行·物理实体和数字孪生体能够基于双向交互实时感知和认知对方的更新内容·物理实体和数字孪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陶飞，张辰源，戚庆林，张贺.数字孪生成熟度模型[J].计算机集成制造系统，2022,28(5):清幕大学CloudPSS-Xstudio数字孪生工坊清幕大学应用功能CloudPSS原生内核支撑能源电力系统数字孪生应用开发爪SimStudioFu学三清幕大学清幕大学应用发布模型工坊函数工坊应用工坊应用发布步骤1(可省略)步骤2在AppStudio中应用调试应用预览应用发布在环仿真在内的新型电力系统一体化清幕大学清幕大学团队在数字孪生方面的相关研究清幕大学团队在数字孪生方面的相关研究-全电磁暂态仿真技术清幕大学理论进展1复数域下的移频电磁暂模仿真方法理论进展3电力电子设备和直流系统的理论进展4清幕大学团队在数字孪生方面的相关研究-全电磁暂态仿真技术清幕大学技术突破1建立了通用的有向无环图计算模型生成技术仿真架构技术突破4研发了基于FPGA的小步真装置清幕大学团队在数字孪生方面的相关研究-全电磁暂态仿真技术清幕大学用条件!!!算例单相电气节点机组计算使用(50μs步长)内核内核90电网c…算例单相电气节点计算使用内核内核+白盒控制(实时)+黑盒控制清幕大学清幕大学数干节点系统的实的大规模新型电力系统离线仿真用户协够/仿端模Real-timeSimulation电气内核内核972691491792296EPGA通信接口_大规模交直流电网实时仿真服务器监控客户端→口清幕大学清幕大学建模仿真研制了基于异构计算的仿真软硬件设备，提供多类型并行加速计算方案常规单机多核分网并行、单机多核自动并行、多级多核分网并行、实时并行仿真、多仿真器联合仿真自动分网+负载均衡算法自动缩减悬空节点，降低计算规模·自动分网分群根据传输线长度自动选择分网模型，多机情况下自动分群·自动负载均衡自动评估每个分区的计算量，绑定至不同核心一二次融合建模的必要性源荷严源荷严重不平衡故障扩散系统崩溃大停电过载过载故障清除系统失步功角摇摆多重故障输电路径分段化系统失步功角摇摆多重故障电压失稳电压异常电压失稳电压异常频率异常隐故障传统电力系统连锁故障诱因及发展过程电力电子设备无序响应导致源荷严重不平衡电力电子设备无序响应导致源荷严重不平衡过载过载故障扩散系统崩溃大停电故障扩散系统崩溃大停电功角摇摆系统失步功角摇摆电网电压分布改变电压异常单一故障电网电压分布改变电压异常单一故障频率异常系统状态频率异常系统状态剧烈波动新能源连清幕大学团队在数字孪生方面的相关研究-—二次融合建模仿真清幕大学1.黑盒模型封装2.SCD定值单解析映射3.自动映射厂家保护模型及参数线路保护变压器保护母差保护断路器保护雷1.白盒典型模型封装2.定值单解析映射3.典型保护自动化构建母线保护变压器保护①保护原理设计r线路保护②参数面板设计直安控/系统保护自动建模故障事件支持27种类型故障事件快速配置故障事件支持27种类型故障事件快速配置监视模块监视模块爪判断模块判断模块操作模块操作模块定制化的XML定制化的XMLCAPCIM定制化的人工参与借助GPT(文本文件在线自动拼接(耗时2s在线自动拼接(耗时2s内)(增量执行，耗时10s)新能源场站详细模型uu场站接口位置映射表(仅在新增/修改场站模型时维护)了拼接后的主网及并网点LLrrMem继曲s拼接后系统潮流-UU某国产CPU40核-1:46(受限于厂家直流控制器的效率，待优化)潮流对比最大电压偏差(kV)偏差(%)偏差(%)偏差(%)偏差(%)0智能仿真与融合了科学计算、科学仿真和人工智能的领域目的是更好地理解和发现物理世界现象背后的本质支持全球互联的新计算理论方法、架构系统和技术能力的总融合了科学计算、科学仿真和人工智能的领域目的是更好地理解和发现物理世界现象背后的本质目的是支持大规模和复杂的计算任务。人工智能与计算技术的结合人工智能与计算技术的结合智能仿真智能仿真更关注于通过科学计算和算法来模拟和理解智能行为统的自主性和智能化水平更关注于通过科学计算和算法来模拟和理解智能行为口范式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、自适应真与Al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、自适应增强DT构建与应用的各环节新型电力系统智能广域机器人数字孪生新型电力系统智能广域机器人电力多模态A大模型电力多模态A大模型新型电新型电力系统知识库数字化底座导则增强增强接口接口拓扑拓扑口五个智能仿真的案例，分别对应感知、建模、推演、分析、□CloudPSS平台(原生内核+三方内核)生成数据，利用AI挖掘数据形成任务专用模型数字孪生Al数字孪生新型电力系统新型电力系统同步口接入外部知识的问答(RAG,Retrieval-AugmentedGeneration)口代码理解与生成(CodeInterpreter)新型电新型电力系统智能广域机器接口自感知具有“五自”知识知识库接口电力多模态A大模型数据自学习数据自学习大数据方法自决策方法自决策仿真平台算法自执行仿真应用代码自动生成数字孪生算法自执行仿真应用代码自动生成业务自适应敬请期待.业务自适应智能电网智能电网L20酒20- 4□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]模型参数需求翻译参数复杂复杂数据算法翻译算法计算节点批量实验及报告生成[1]丁俐夫，陈颖，肖谭南，等.基于大语言模型的新型电力系统生成式智能应用模式初探[1]丁俐夫，陈颖，肖谭南，等.基于大语言模型的新型电力系统生成式智能应用模式初探[J].电力系统自动化：1-16.清幕大学清幕大学口示例(深圳供电局N-1扫描与黑启动方案校核)中国南方电网切横黑血地