2023-12-11-上海交通大学-基于数字孪生与沙盘推演的城市新型电力系统元宇宙建设-以分布式能源资调度为例_39页_13mb

研究题目

基于数字孪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

研究背景

1. 新型需求：系统业务包含小、多元、分布式特性，能源结构演变为源-网-荷-储多元聚合体；
2. 调控挑战：传统模管理方式难以应对海量资源、高不确定性、多主体协同及多目标优化，亟需创新调控方法；
3. 技术支撑：融合数据密集型科学发现，构建虚实闭环、智能决策框架，提升系统运行效率与安全可信度。

核心科学问题与方法

1. 涌现现象与多主体协同：
   • 科学问题：认知分布式能源聚合体的复杂系统特征及其涌现机制；
   • 方法：引入复杂系统理论，结合数字孪生、随机矩阵理论、深度学习等技术，分析群体策略与自校核机制。
2. 优化决策框架：
   • 分层分区调控结构：提供系统部署、应用服务与李生建模视角；
   • 双闭环机制：包含虚拟空间模拟器、态势感知器及调度决策器，实现人机智能融合决策。

技术框架与关键技术

1. 数字孪生电网架构：
   • 五维模型（物理实体、虚拟模型、孪生体、连接方法、服务系统），支持多时空、多尺度建模；
   • 批量样本生成、高维数据降维、信息熵提取等技术，实现物理世界到虚拟世界的动态映射。
2. 数据密集型科学应用：
   • 故障诊断：融合高维统计分析、人工智能算法（CNN、SVM）与数字孪生，构建判定指标体系；
   • 能源优化：结合随机矩阵理论，实现多类资源协同的优化调度与决策分析。

应用场景与成果

1. 配电网运维场景：实现接地故障快速诊断、负荷预测、多源数据融合分析与拓扑动态调整；
2. 调控决策沙盘：部署分层分区平台，支持多主体协同推演、系统状态模拟与风险溯源；
3. 元宇宙基础设施：已立项两项国际电工委员会标准（ITU），构建虚拟仿真与高维统计分析平台，推进智慧能源系统认知框架建设。

研究意义

打破经典解析的局限性，构建面向复杂系统的创新范式，以数据驱动与元宇宙技术赋能新型电力系统，实现高精度认知与全局优化决策。研究成果为面向未来能源系统提供了理论基础与工程实践方案。