汤奕教授博士生导师东南大学电力系统自动化研究所2021年5月15日双碳目标驱动的数字化新型电力系统紫金论电—双碳目标下新型电力系统绿色发展专题论坛目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65％以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25％左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。————习近平双碳目标下的新型电力系统特性确定行业碳达峰需求确定行业碳达峰方案角色需求及方案工业（钢铁）一要积极开展钢铁行业碳达峰及降碳行动；二要做好钢铁行业参与全国碳市场的相关准备工作；三要推进钢铁行业低碳技术创新；四要加强钢铁行业碳捕集、利用与封存技术应用示范；五要提升废钢利用水平；六要鼓励核心企业发挥示范引领作用交通（电动车）一要加大研发投入、开展技术创新，提升电动汽车发展战略地位；二要探索电力交易市场化下用户侧商业生态；三要开展顶层设计和提前布局；四要出台在电力交易市场规则、电池梯级管理、财政支持等方面相关政策。建筑（绿建）一要调整优化产业产品结构，推动建筑材料行业绿色低碳转型发展；二要加大清洁能源使用比例，促进能源结构清洁低碳化三要加强低碳技术研发，推进建筑材料行业低碳技术的推广应用；四要提升能源利用效率，加强全过程节能管理；五要做好建筑材料行业进入碳市场的准备工作。能源（电力）一要推动电源结构和布局优化；二要加快电网向能源互联网转型升级，打造清洁能源优化配置平台；三要推动全社会节能提效，提升终端电气化水平；四要推进电力系统技术装备创新，提升系统安全和效率水平；五要推动健全市场机制和政策体系保障清洁能源安全高效利用。。；，重点行业调研交通建筑工业能源双碳目标下的新型电力系统特性——电能替代将提升电力负荷水平双碳目标下的新型电力系统特性——新基建将提升电力负荷水平2030,5%20%，80%2021.3，178.8万台高渗透率的可再生能源要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。双碳目标下的新型电力系统特性123“双碳”目标下新型电力系统特征高比例的电力电子设备高速增长的电力负荷需求物理侧信息侧新能源比例提升系统非线性增强运行方式多变电力系统网络攻击外部系统数据通信方式多样双碳目标下的新型电力系统特性数字化为大电网的稳定运行提供保障。2加速数字化转型，支撑能源互联网建设能源互联网是以坚强智能电网为基础，将先进信息通信技术、控制技术与能源技术深度融合应用，具有清洁低碳、安全可靠、泛在互联、高效互动、智能开放特征的智慧能源系统，可从以下三个方面促进能源清洁低碳转型。1数字化为电力CPS协调规划提供基础。数字化为配电网的价值提升提供途径。3双碳目标下的新型电力系统特性目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04边缘计算电力负荷通信基站远控终端数据中心新能源消纳碳排放管理碳策略优化结构变动碳足迹跟踪数字化是电力CPS协调规划的基础电力网络规划场能源网与通信网融合气热网络规划通信网络规划传统发电厂新能源发电电力网架智慧家居数据中心5G基站供热供冷燃气轮机气热管道双碳新要求数字新基建•减少建设成本•提高调度灵活性•提高系统可靠性与弹性•对新技术的优化利用•实现多方信息融合信息物理规划规划的挑战数字化是电力CPS协调规划的基础•电网与其他能源网耦合•多能源种类的相互转换•能源网络的源网荷互动•能源网与孪生碳网的对应•实际物理能源网的碳流映射•高层系统控制中心：实现电力CPS协调规划的数字化手段数字化是电力CPS协调规划的基础——雾状通信架构雾状通信即不同区域有不同的通信方式；区域内部根据不同业务需求和通信方式的特征，综合考虑技术和经济性，选择部署不同的通信规划方案。能量流信息流（碳流）通信流现实体现需求关系：定价与评估数据传递通信用能实关联虚关联双碳目标下的规划融合信息载体业务表达数字化是电力CPS协调规划的基础——信息物理协同规划传输管理多维产能多维负荷调控产能用户电力网架通信节点单网规划融合规划融合规划信息物理融合网络多能管网内在关联机理数字化是电力CPS协调规划的基础——信息物理协同规划•虚连接•关系图特征：信息流信息节点信息节点信息（碳）网络拓扑结构能量网络拓扑结构通信网络拓扑结构有线（边）特征：•固定连接•(光纤)无传递延迟•(光纤)无容量上限•(载波)拓扑同一性无线（图）特征：•范围覆盖•可变连接•环境敏感能量流能量节点能量节点产能储能用能能量限制能量损耗•固定连接•传输损耗•容量上限•网络惯性•多能耦合特征：碳排放碳轨迹碳排放通信流通信节点通信节点功耗处理速度路由策略数据量通道质量目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04数字化是大电网稳定运行的保障——双高电力系统安全稳定运行基于数据-物理融合的风电机组精准建模方法信息缺失参数修正针对集中式新能源场站，提出了基于数据-物理融合的新能源机组精准建模。针对小容量分布式或新建光伏电站出力预测的问题，提出基于空间相关性的光伏主从预测技术。基于空间相关性的光伏主从预测技术01020901000510152025304050607080时序监测点（点/15分钟）有功出力（MW）实际出力时序外推法参考预测目标预测数字化是大电网稳定运行的保障——新能源场站建模数字化是大电网稳定运行的保障——网侧参数辨识UPFCSVCSTATCOMTCSC电力电子化设备模型（特别是控制器模型）具有模型复杂度高，参数可观性弱的特点（以LCC直流输电系统模型为例）LCC直流输电模型柔性直流输电系统模型典型FACTS设备模型数字化是大电网稳定运行的保障——基于强化学习的网侧参数辨识逆变侧电压直流电流参数辨识系统输入/输出接口实际系统仿真系统强化学习算法历史场景库模型仿真结果辨识后参数模型参数误差校正量关键特征提供历史场景进行训练记录在线量测数据国家重点研发计划——互联大电网高性能分析和态势感知技术针对华东电网-宾金直流参数辨识结果复杂度高、可观性弱强化学习特点在线辨识速度要求真实参数未知泛化能力强训练无需标签可处理复杂环境直流输电模型参数辨识特点复杂度高、可观性弱数字化是大电网稳定运行的保障——负荷精细化建模目前负荷模型仍采用简单模型或典型参数，仿真结论与实际运行情况存在出入，对电网仿真分析工作带来了不利影响。随着能源互联网技术的不断深化，新型负荷元素接入电网，使得负荷侧呈现出电力电子化、随机性、智能化的新特点。开展精细化负荷建模具有十分重要的意义。不同负荷模型下，直流换相失败情况存在差异负荷类型多，数量大且通信协议复杂龙政林枫宜华20%恒阻抗11180%恒阻抗111电动机负荷032宾金灵绍雁淮20%恒阻抗11280%恒阻抗010电动机负荷000为实现对电力用户负荷信息的在线量测，研发了负荷智能终端和智能平台。智能终端采集的数据用于负荷模型的在线修正。智能终端实时采集用户负荷电气信息，通过路由器和通讯基站将负荷信息上传至云平台，并进行数据处理及可视化展示。同时，智能终端还可接收和执行控制中心下发的负荷开断及功率调节等控制指令。各类智能终端智能平台东南大学溧阳研究院绿建管控系统园区、企业、工厂、楼宇试点应用江苏中关村创智园能效管理系统中关村创智园有超过1000个负荷测点，装设地点集中在：配变次总、馈线柜、楼层分支箱、房间PZ30箱及用电设备的取电点。监测装置包括智能电表、智能断路器和能效监测终端，通过WiFi、LoRa、2G、4G和有线485等通讯方式，统一接到BeSmart用电监测平台。数字化是大电网稳定运行的保障——负荷精细化建模江苏金源高端装备公司工厂智慧用电管理系统数字化是大电网稳定运行的保障——数据物理融合的电网特征事件检测与溯源直流多馈入系统换相失败溯源功率振荡因素溯源新能源脱网跨区事件溯源现有故障在线诊断利用稳控与二次设备上传数据与信号进行分析，适用于局部孤立事件，但在跨区连锁事件中，难以快速识别故障。本研究应用“围猎”思维，以AI为核心算法，进行电网数据关联分析，实现系统级特征事件识别与溯源。多特征事件机电暂态仿真感知要素特征提取方法事件辨识与溯源模型西北电网WG典型事件：功率振荡典型事件：风机脱网华中电网华东电网典型事件：换相失败数字化是大电网稳定运行的保障——基于继承思想的电力系统暂态稳定预测现有数据驱动的暂态稳定预测研究普遍假设训练集和测试集具有独立同分布特性，然而实际电网的时变性使得这一假设不成立。通过深度学习等技术的相关研究分别针对电力系统暂稳样本增量的数据时变性和暂稳特性变化的暂稳镜像时变性特点，提出可计及现有预测模型参数的深度继承方法，以及可考虑样本与特征集可延拓性的广度继承方法。深度继承广度继承时变性电力系统数据时变性（深度继承）暂稳镜像时变性（广度继承）数字化是大电网稳定运行的保障——基于人工智能的智能调控模式OMSOCSDTS人工监视信号（找问题）人工经验处置（找解决办法）电网操作电网运行调度智能决策算法模型量测数据调度日志故障处置预案文档DTS仿真数据。。。信息事件化电网操作知知识库识库故障处置知识库电网调度知识库知识评价体系暂态感知：直流落点态势感知稳态感知：经济性可靠性风险事件事件化异常事件故障事件操作事件调度语音助手业务处理电网事件监视处置方案推送操作任务执行事件特性提取辅助决策事故处置策略异常处置策略风险处置策略电网事件生成辅助电网事件生成调控员自动推送传统工作模式AI工作模式量测数据故障录波气象数据增量数据自学习工作台电网调度大脑模型数据市场数据地理数据电网事件推送数字化是大电网稳定运行的保障——电网CPS联合仿真验证平台考虑电网CPS实时仿真的功能需求和仿真平台扩展方式，设计了层次化的基础架构，各层级在逻辑上解耦，通过接口进行数据交互及扩展。基础平台—基于电力业务的一般架构，构建了RT-Lab+OPNET+VS的联合仿真基础平台。与实际电力业务信息流一致独立模块，信息物理并行建模开发扩展性强扩展平台—针对不同仿真需求，对基础平台进行硬件在环扩展。面向安控业务仿真，可接入实际主站和安控装置；面向电力物联网仿真，可接入智能终端、物联网网关、实际路由器。面向安控业务的联合仿真平台面向物联网的联合仿真平台网络攻防推演—基于实时仿真平台设计了分布式拒绝服务攻击、中间人攻击、FDIA、伪造控制指令等网络攻击仿真及防御策略验证。攻击路径设计攻击仿真模型外部攻击软件攻击造成流量变化攻击造成CPU利用率变化攻击造成响应延时变化攻击造成母线电流变化国家重点研发计划项目“电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法”目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04采集检测诊断调控采集DNA样本，询问患者相关的原因利用专业设备给出检测数据报告采集电力数据，采集相关环境量利用数学物理方法对电力相关数据分析处理根据报告及其他因素，给出患者病情现状及发展根据报告及其他环境量，判断其当前状况和潜在风险编辑基因序列、改变生活环境或习惯解决基因问题调控相关电气量，调节相关环境量，解决电力问题基因电力基因数字化是配电网价值提升的途径——电力基因技术配电间级楼层级设备级智能插座单相微断智能面板智能断路器智能空开网机智能电表用电物联终端多路采集装置相关环境信息采集温湿度、光照、烟雾、二氧化碳等更优的通讯多层级全面采集物联网通讯技术数字化是配电网价值提升的途径——电力基因采集基因靶向技术电力基因检测多源异构多时间尺度多空间尺度数据检测目标多时空分布数据融合基于CPS的状态监测靶向性关键信息提取物理-数据融合技术目标关联性分析技术规范化检测业务中台自动检测报告技术……电压暂降检测能耗桑基图分析用能检测报告数字化是配电网价值提升的途径——电力基因检测关键信息提取实验检测认证中心/云平台多元融合检测平台搭建靶向性关键信息提取数字化是配电网价值提升的途径——电力基因检测透明用电安全用电可靠用电优质用电经济用电智能用电环保用电……电力基因检测结果元件设备用户电网控制信息运行方式自然条件社会环境电力环境检测结果用户需求驱动多源信息融合定制化个性化检测结果→诊断结论数字化是配电网价值提升的途径——电力基因诊断运行时间空间位置拓扑结构运行方式调控方法采集诊断检测调控以电力基因为根本，以目标问题为导向标本兼治，发现问题-分析问题-解决问题数字化是配电网价值提升的途径——电力基因调控（1）负荷自动辨识数字化是配电网价值提升的途径——电力基因应用实例（2）电气火灾隐患预警（3）设备预测性维护数字化是配电网价值提升的途径——电力基因应用实例（4）电能质量分析及治理数字化是配电网价值提升的途径——电力基因应用实例（5）分布式发电（6）用电行为分析（7）配网故障预测、定位与反演数字化是配电网价值提升的途径——电力基因应用实例（8）能效提升/需求响应目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04数字化低碳示范智慧园区的构建——双碳目标下的智慧园区生态空间低碳智慧园区参与行业能源交通工业建筑农业…低碳智慧园区流动要素电气热碳信息道路自然能源（风：光）…包含全行业、全流动要素的全景式低碳智慧园区数字化低碳示范园区选型：江苏中关村基于能源互联网的全景式低碳示范园区数字化低碳示范智慧园区的构建——数字化低碳示范园区建设蓝图外墙保温绿色控制零能耗建筑在楼宇建设时采用外请保温技术，使楼宇或工厂本身成为大型“蓄冷或蓄热”单位通过各类传感器进行环境监测，楼宇工厂内部智能调节空调、照明，以达到最节能效果依靠光电、生物能发电、水源热泵、地缘热泵等，使楼宇能源可自产自用，对外部其他能源消耗趋近于“零”数字化低碳示范智慧园区的构建——智慧建筑屋面光伏在园区楼宇、工厂等建筑顶部或者外墙布设屋面光伏，增加园区的光电采集智慧建筑电动窗户状态:开启数据中心监控平台空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等环境数据监控。温室风机状态:关闭阳光光照度CO2浓度空气温度空气湿度pH值土壤温度土壤湿度物联网关GPRS/4G/LTE碳监测平台集中管控前端智能硬件通过摄像机无线网络(WIFI，4G）将实时碳数据上传到大棚数据中心。数据中心根据智能硬件上传的数据，可以实时环境数据和查看植物生长分析曲线图，也为后续自动控制服务。智慧农业温室/大棚碳排放追踪数字化低碳示范智慧园区的构建——智慧农业数字化低碳示范智慧园区的构建——电压暂降解决方案数字化低碳示范智慧园区的构建——全景监控数字化低碳示范智慧园区的构建——碳足迹追踪课题组近年承担项目概览1国家重点研发计划互联大电网高性能分析和态势感知技术2国家重点研发计划电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法3国家自然基金委4国家自然基金委5国家自然基金委6国家自然基金委7国家自然基金委8中央军委科委基于物理-数据融合的电力系统暂态频率态势预测理论与方法电力信息物理系统的频率态势预测及负荷紧急控制技术基于广义预测补偿直流磁控电抗器的多构型FACTS技术研究电力信息物理融合系统的负荷预防-紧急控制理论与方法基于轨迹特征与模式分类的间歇性可再生能源预测理论与技术xxxxxx课题组近年发表文章概览1Model-FreeReal-TimeAutonomousControlforaResidentialMulti-EnergySystemUsingDeepReinforcementLearning,IEEETransactionsonSmartGrid,2020.2DeepReinforcementLearningforStrategicBiddinginElectricityMarkets,IEEETransactionsonSmartGird,2020.3IncorporatingNon-ConvexOperatingCharacteristicsintoBi-LevelOptimizationElectricityMarketModels,IEEETransactionsonPowerSystems,2020.4IntegratingModel-drivenandData-drivenMethodsforPowerSystemFrequencyStabilityAssessmentandControl,IEEETransactionsonPowerSystems,20193FrequencyPredictionMethodConsideringDemandResponseAggregateCharacteristicsandControlEffects，AppliedEnergy，20184InvestigatingtheAbilityofDemandShiftingtoMitigateElectricityProducers’MarketPower,IEEETransactionsonPowerSystems,2018.5基于路-电耦合网络的电动汽车需求响应技术，中国电机工程学报，20206人工智能在电力系统暂态问题中的应用综述，中国电机工程学报，20187高压直流输电系统换相失败影响因素研究综述，中国电机工程学报，20188基于SPWVD图像和深度迁移学习的强迫振荡源定位方法，电力系统自动化，20209真双极多端柔性直流输电系统多目标协同控制策略，电力系统自动化，202010多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略，电力系统自动化，201911基于两阶段优化的分布式潮流控制器配置方法，电力系统自动化，201812基于物理-数据融合模型的电网暂态频率特征在线预测方法，电力系统自动化，201813电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述（一）：建模与评估，电力系统自动化，201814电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述（二）：检测与保护，电力系统自动化，201815基于物理—数据融合模型的电网暂态频率特征在线预测方法.电力系统自动化,201816基于继承思想的时变性电力系统暂态稳定预测.中国电机工程学报，2021目录Contents01双碳目标下的新型电力系统特性03数字化是大电网稳定运行的保障数字化是电力CPS协调规划的基础020205数字化低碳示范智慧园区的构建数字化是配电网价值提升的途径04THANKYOU汤奕教授博士生导师东南大学电力系统自动化研究所