研究背景

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能技術等新技術的發(fā)展，網(wǎng)絡化的虛擬電網(wǎng)空間已成為與現(xiàn)實化的物理電網(wǎng)空間平行的另一空間，堅強智能電網(wǎng)邁入虛實互動的平行時代。如果說，以小型電網(wǎng)為代表的電網(wǎng)1.0時代的特征是人工半自動化，以超高壓互聯(lián)大型電網(wǎng)為代表的電網(wǎng)2.0時代的特征是自動化，以智能電網(wǎng)為代表的電網(wǎng)3.0時代的特征是信息化、智能化、網(wǎng)絡化，以新一代能源系統(tǒng)為代表的電網(wǎng)4.0將邁入平行電網(wǎng)時代，那么動態(tài)演化、虛實互動、時空一致的平行化，將是平行電網(wǎng)的最顯著特征。

本文將現(xiàn)實電網(wǎng)空間與虛擬電網(wǎng)空間相結合，提出在現(xiàn)有的堅強智能電網(wǎng)基礎上，以電網(wǎng)信息物理融合系統(tǒng)(GCPS)及平行系統(tǒng)理論(ACP)為基礎的平行電網(wǎng)體系框架，構建與現(xiàn)實電網(wǎng)空間同構的虛擬電網(wǎng)空間，通過虛擬電網(wǎng)空間的計算實驗，確定優(yōu)化控制策略，引導現(xiàn)實空間電網(wǎng)系統(tǒng)運行，并使虛擬空間電網(wǎng)和現(xiàn)實電網(wǎng)空間平行執(zhí)行、共同演化，實現(xiàn)對現(xiàn)實電網(wǎng)空間的管理、控制及時空推演。

平行電網(wǎng)體系

平行電網(wǎng)的概念

平行電網(wǎng)是以堅強智能電網(wǎng)為依托，以“云大物移”為技術支撐，以空間信息平臺為基礎框架，通過信息通信技術、計算機技術和控制技術的深度融合，利用平行系統(tǒng)、智能科學、建模仿真等理論，構建與現(xiàn)實電網(wǎng)空間同構的虛擬電網(wǎng)空間，通過虛擬空間電網(wǎng)的計算實驗，確定優(yōu)化控制策略，引導現(xiàn)實空間電網(wǎng)系統(tǒng)運行，并使虛擬空間電網(wǎng)和現(xiàn)實電網(wǎng)空間平行執(zhí)行、共同演化，實現(xiàn)對現(xiàn)實電網(wǎng)空間的管理與控制及時空推演。即平行電網(wǎng)由現(xiàn)實電網(wǎng)空間和虛擬電網(wǎng)空間共同構成的系統(tǒng)，平行電網(wǎng)將整合現(xiàn)實電網(wǎng)空間系統(tǒng)和虛擬電網(wǎng)空間系統(tǒng)的資源和能力，形成一個全新的、整體功能和性能更加優(yōu)越的時空一致、虛實互動和動態(tài)演化系統(tǒng)(即1+1>2)，進而對現(xiàn)實電網(wǎng)空間系統(tǒng)進行有效的管理與控制及時空推演，使其具有“靈捷、聚焦、收斂” (AFC)的特性，并可以在各種復雜環(huán)境下完成既定的目標。

平行電網(wǎng)的特征

1)時空一致：平行電網(wǎng)將現(xiàn)實電網(wǎng)空間映射到虛擬電網(wǎng)空間，其運行過程中將會持續(xù)接收現(xiàn)實電網(wǎng)空間傳送的海量實時數(shù)據(jù)，需要具備高性能社會計算能力支持虛擬電網(wǎng)空間模型的查詢匹配、修正以及虛實互動，并為了保證智能決策支持的實時性，故平行電網(wǎng)具有時空一致性;

2)雙向交互(虛實互動)：通過學習與培訓、實驗與評估和管理與控制及時空推演結果反饋，虛擬電網(wǎng)空間可以直接影響或改變現(xiàn)實電網(wǎng)空的管理、操作控制行為，這不再是傳統(tǒng)的單向解釋模式，而是一種雙向交互模式，故平行電網(wǎng)具有雙向交互特征;

3)動態(tài)演化：平行電網(wǎng)運行過程中可根據(jù)現(xiàn)實電網(wǎng)空間源源不斷的新問題新發(fā)現(xiàn)，采用計算實驗方法，對虛擬電網(wǎng)空間模型進行不斷修正，使其通過平行執(zhí)行和動態(tài)演化使現(xiàn)實電網(wǎng)空間不斷逼近虛擬電網(wǎng)空間，故平行電網(wǎng)具有動態(tài)演化特征。

平行管理與控制

下圖左半部分是目前堅強智能電網(wǎng)現(xiàn)實電網(wǎng)空間，主要包括電網(wǎng)一次設備、電網(wǎng)二次設備和人與社會。右半部分為本文提出的虛擬電網(wǎng)空間，對應知識智能化領域。采用構建虛擬電網(wǎng)空間(A)、計算實驗(C)和平行執(zhí)行(P)，實現(xiàn)對現(xiàn)實堅強智能電網(wǎng)空間的建模、計算、控制及時空推演;基于平行系統(tǒng)(ACP)的虛擬電網(wǎng)空間和現(xiàn)實電網(wǎng)空間一次設備、電網(wǎng)二次設備及電網(wǎng)自動化系統(tǒng)形成電網(wǎng)物理信息系統(tǒng)(GCPS)，是構建平行電網(wǎng)的基礎設施;采用平行系統(tǒng)(ACP)反復觀察、分析、修正和評估后，通過虛實互動、動態(tài)演化，形成“靈捷、聚焦、收斂”(AFC)的深度分析、決策支持和執(zhí)行過程，最終利用虛擬電網(wǎng)空間對現(xiàn)實多能源融合的堅強智能電網(wǎng)系統(tǒng)實行閉環(huán)有效的管理與控制及時空推演。平行電網(wǎng)的平行管理與控制如下圖所示。