DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.181058 文章编号：0258-8013 (2019) 23-6791-13 中图分类号：TM 73 园区型综合能源系统多时间尺度模型 预测优化调度 王成山 1，吕超贤 1，李鹏 1，李树泉 2，赵鲲鹏 2 (1．智能电网教育部重点实验室(天津大学)，天津市 南开区 300072； 2．国家电网公司客户服务中心，天津市 进行详细建模基础上，建立包含滚动优化环节和动态调整环 节的两阶段多时间尺度模型预测控制调度策略：滚动优化阶 段以系统运行费用和机组启停罚金最小为目标，结合分时电 价并考虑多系统互补运行，通过多步滚动求解制定系统大时 间尺度调度计划；动态调整阶段以滚动优化阶段调控计划为 基准，对设备的运行状态进行调整，应对可再生能源及负荷 小时间尺度的不确定性变化。分析结果表明，该文调度方法 可协调供能、蓄热装置的运行，发挥多种设备互补运行的优 可协调供能、蓄热装置的运行，发挥多种设备互补运行的优 越性，有效降低运行成本，减少主机启停次数；动态调整阶 段的引入可快速响应可再生能源和系统负荷小时间尺度变 化，经济可靠地满足系统用能需求。 关键词：园区型综合能源系统；蓄热装置；启停罚金；模型 预测控制；多时间尺度；优化调度 0 引言 随着化石燃料的枯竭和全球环境污染问题的 日益突出，开发和利用可再生能源，提高终端能源 消费的效率、清洁化水平至关重要[1-3]。园区型综合

，周期长、 成本高，而 AI 与机器人技术融合后，从分子模拟到材料基因组学的全链条效率将被重新定义， 既能降低传统材料成本，又能缩短新材料研发周期。面对化工新材料研发的“多尺度复杂性” 与“实验验证滞后”痛点，AI 通过跨尺度建模、分子动力学加速等方案实现突破。在生产流 程中，AI 结合高通量机器人实验优化生产，降低损耗与故障率。但 AI 也在瓦解传统技术壁 垒，“白痴指数”高的材料受冲击大。化工企业需加强 的破局方案：数据+算法的双重赋能 我们认为：化工新材料研发面临“多尺度复杂性”与“实验验证滞后”两大痛点。类似 Deepseek 等顶尖 AI 工具有望通过以下方案突破瓶颈： 1.跨尺度建模误差控制：微观层面，从每个原子之间相互作用力的计算误差；到介观层面， 微小的孔洞结构或者材料密度变化对材料强度带来影响；再到宏观层面，在实验室小试成功， 但是规模化生产却完全失败，此类风险与跨尺度误差累积紧密相关。目前的最新研究显示， 类似 类似 Deepseek 这类 AI 工具可以在粗糙尺度、中间尺度以及全原子尺度建模，在耗时和精准 性上相较于传统方法显示出显著优势。 2.分子动力学加速：分子动力学需要模拟分子在不同条件下的行为，比如温度、压力下的动 态变化，AI 可以通过不仅限于机器学习力场（MLFFs）、增强采样方法、粗粒化模型等手段大 幅加速分子动力学的研究。例如 AI 2BMD 系统在精度相同的情况下，实现了超过 100

发现统计关联，一定程度上避免了提出科学 假设，但无法发现因果关系，且难以分析低 质量数据和发现复杂系统中的规律。当前的 科学研究主要面临系统复杂性的挑战，相互 关联的自然、技术和人类系统受到跨时间和 空间尺度作用力的影响，导致复杂的相互作 用和涌现行为 1。传统科学研究方法难以应 对这些复杂性挑战，迫切需要新的科学研究 方法。针对复杂数据中的因果关系，发展了 一系列新的因果推断方法。针对高质量科学 带 来 革 命 性 变 革。Google 的 GraphCast 模型 2、华为“盘古”大模型 3、 复旦大学“伏羲”大模型 4 等 AI 气象模型显 著提升了全球天气预报能力，实现更长时间 尺度、更高精度的天气预测。普林斯顿等离 子物理实验室利用强化学习优化等离子体控 制，解决撕裂不稳定性问题，加速核聚变能 源的实现 5。加州大学伯克利分校和劳伦斯 伯克利国家实验室利用机器人执行实验，机 2.2.1 如何构建跨尺度的科学智能模型 科学研究涉及从原子尺度到宏观系统的 跨尺度建模，但当前 AI 模型通常仅适用于 单一尺度，缺乏有效的多尺度耦合机制。 为了解决这一挑战，可以从以下几个方 面寻找突破路径： 利用物理模型与 AI 的耦合建模，将已 知的物理规律嵌入到 AI 模型中构建跨尺度 关联，打造“灰盒模型”，提高模型的可信 度和计算效率。开发跨尺度、多模态统一的 神经网络架构，用于从微观到宏观的统一建

Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 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。 Defense Acquisition University, “Digital System Model,” Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 8 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。 DigitalTwin 就是“基于仿真的系统工程”（ Simulation-Based Systems 败也萧何 0 电力系统动态过程太快 1 Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 22 传统电力系统仿真与数字孪生 电力系统动态的时间尺度 Department of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 23 PLM 规划 空间电 磁场分 布 机组组合 纳秒 微秒 毫秒

D 打印的形状记忆聚合物智能结构、多频全球导航卫 星系统精确定位方法、微型超级电容器、基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机。新兴前沿则包括：基于深 度图像的场景解析、快速超分辨超声成像、相变储能、多尺度复合材料能量吸收结构。2018—2023 年，各 前沿相关的核心论文发表情况见表 2.2。 （1）船舶数字孪生系统 船舶数字孪生系统是指基于数字孪生构建的新型智能船舶系统，其核心是通过构建与物理船舶同步映 多频全球导航卫星系统精确定位方法 36 1 608 44.67 2020.7 6 快速超分辨超声成像 10 1 069 106.90 2019.4 7 相变储能 30 1 166 38.87 2021.6 8 多尺度复合材料能量吸收结构 8 262 32.75 2022.4 9 微型超级电容器 148 31 289 211.41 2019.4 10 基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机 31 2 708 87.35 打印的形状记忆聚合物智能结构 0 0 0 0 4 0 5 多频全球导航卫星系统精确定位方法 0 5 11 9 11 0 6 快速超分辨超声成像 3 2 3 2 0 0 7 相变储能 0 0 3 11 12 4 8 多尺度复合材料能量吸收结构 0 0 0 0 5 3 9 微型超级电容器 40 44 39 18 5 2 10 基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机 4 6 5 4 8 4 12 全球工程前沿 Engineering

的同时，还需兼容主流CUDA架构与深度学习框架。 方案亮点 / HIGHLIGHTS 案例价值 / ICASE VALUE 跨尺度高精度模拟：深势科技联合海光平台，基于国产DCU的 并行训练方案，将分子动力学模拟规模从百万原子拓展至十亿 原子量级，成功实现跨尺度高精度模拟。 高效训练与推理：海光平台原生适配DeepMD-kit，支持单精度 （FP32）高效训练与推理，其中DCU在典型训练任务中性能对 海光算力支持国家大装置建设，支撑对大气、海洋、陆地、生物圈等自然 过程的高分辨率、多圈层、长时间尺度耦合模拟，实现气候预测、污染防 控、灾害应对等领域的科学计算支撑，推动我国跻身全球地球系统科学 强国行列。 大装置具备对地球表面全圈层模拟以及对各类物理、化学和生物过程的精细描述能力，全球尺度地球系统模式水平分辨率达到10~25km，区 域高精度环境模拟系统空间分辨率达到3km，重点区域空 BACKGROUND 方案亮点 / HIGHLIGHTS 案例价值 / CASE VALUE 多模式高精度耦合：集成大气环流、海洋碳循环、气溶胶化学、 植被动力学等十余个子系统，支持大尺度耦合与微尺度预测。 软硬件协同优化：适配地球系统并行软件框架与可视化系统， 完成软件工具链、支撑环境和调度系统一体化优化。 支持广泛通用应用：面向地球科学、生态、农业、海洋等多领域 提供计算服务能力，具备通用型算力基础。

为更好地与民众沟通解决城市问题创造了优良的条件。 由于制度与历史的原因，我国的大量政府数据，特别是空间 尺度较小的社会经济数据并未向公众公开（通常只公布到区 县一级），这对于发现及时、准确地发现城市问题设置了极 大的阻碍。 城市内部出现的各种问题往往是在远远小于区县这一尺度 的。要准确地分析问题的根源所在，则需要与问题存在的空 间尺度相对应、甚至更小的尺度的数据作为支持。政府开放 数据在中国对于发现城市问题有着尤其巨大的意义！  城市数据集成与动态分析平台 城市数据集成与动态分析平台是智慧城市的神经中枢，由下而上 的数据收集、数据挖掘分析以及智慧模块组成。融合从城市地理 空间尺度的 GIS 数据到建筑尺度的 BIM 数据、城市人口数据、法 人数据，收集整合各维度各尺度的城市数据。共享数据库的建 立，可打破信息壁垒，实现不同行业部门间的信息贯通，城乡间 信息统筹。 国际案例：首尔 Seoul Open Data Square Columbia University • 所属学科：建筑、规划、建筑保护 • 研究内容：以数据可视化为主要研究目标，对城市数据和城 市空间信息进行新的探索与解读。 纽约公共自行车站点库存可视化研究 社区尺度的手机使用强度时空数据交互展示。 国际案例： SENSEable City Lab • 所属学校： MIT • 所属学科：建筑 • 研究内容：旨在研究当代数字科技是如何影响人们日常生活及改变

===== 特色田园乡村规划 水岸木屋 空间塑造 ===== 特色田园乡村规划 建筑改造 空间塑造 小尺度、乡土材料、原始色彩 ===== 特色田园乡村规划 建筑改造 空间塑造 小尺度、乡土材料、原始色彩 ===== 特色田园乡村规划 建筑改造 空间塑造 小尺度、乡土材料、原始色彩 PART8 产业如何提 升 郎丰利于 2023 年 8 月整理制作，碳排放数字化建设及数字化驾驶舱建设综合解决方案

大型风电场智能化运行维护关键技术研究及示范 ➢ 太阳光伏系统户外试验场技术研究与示范 ➢ 风电、光伏发电并网检测技术及装置开发 863计划 ➢ 多类型储能系统协调控制技术及示范 ➢ 间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发 国家自然科学基金 ➢ 基于多类型大容量电池储能系统的风光发电平 滑控制策略研究 ➢ 改善大型风电场电压稳定性的无功电压闭环控 制策略研究 河北省科技项目 ➢ 多类型储能装置在新能源发电中的示范应用 高精度风光一体化发电功率预测技术 风光储联合发电的网源协调技术 电池储能装置大容量化及储能系统电站化集成 提出了风光影响数值天气预报最优参数化方案，建立了数值预报生产系统，建 立了全天候、多时空尺度风光联合发电功率预测模型。 提出多优化目标、计及风光储与常规电源联合优化调度方法，研制了风光储联 合发电系统稳控装置，可实现新能源发电与电网调度友好互动。 首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术。 网运行情况》国家能源局 16 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 储能电站具有跟踪计划、削峰填谷、平滑出力、系统调频四大功能，可以针对风光发电的随机性、 波动性和间歇性，实现风、光、储多时间尺度的出力互补，提高新能源发电的可预测、可控制、可 调度性，使之达到或接近常规电源。 储能在新能源并网中的应用 系统调频 跟踪计划 削峰填谷 平滑出力 49.1Hz 49.2Hz 48.816Hz

反馈电网，为电网 提高绿色用电，降 低碳排放量 跟踪限电功 率曲线，对 园区负荷分 级管理，保 证园区用电 安全可靠。 采集源荷储 运行实时信 息，实现长 时间尺度协 同优化控制。 开展源网荷 储协同互济 控制策略与 优化运行。 实时跟踪发 电预测功率， 合理调节用 电负荷，实 现新能源最 大化消纳。 结合园区用 无需天气预报与实测气象信息 多能互补管理 优化调度控制 获 取 限 电 信 息 一日用电曲线 (kW) 一光发电助率 (W) 关键技术 4: 全生命周期管理技术 依托系统平台、数字孪生等技术，实现多物理量、多尺度、多概率对用能网络、安全、动力、环境等实时监 控、精确采集、分析、预防判断、自主处理、统计分析等，综合大数据分析和计算的成果，为管理层、使用层和 维护人员提供科学、合理的决策信息和优化建议，确保用能可靠稳定、安全高效。 一张蓝图 三张网络 面对高密度分布式能源接入，为光伏、风电等新能源安全稳定接入提供保障，实现全岛多个发电、新能 源接入、储能、负荷节点进行全面监控、保障全站系统的动态稳定控制；具备解决全岛较长时间尺度下系统 电压、频率的稳定等能量平衡控制问题，满足电力用户多样性需求。 储能系统 重要负荷 一般负荷 柴油机发电 制淡水、制冰 微网控制 管理系统 15