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虚实联动驱动的能源系统多维度性能评估

摘要

随着全球能源转型加速推进，能源系统的复杂性与不确定性显著提升，传统评估方

法已难以满足现代能源系统精细化管理的需求。本报告提出了一种基于虚实联动技术

的能源系统多维度性能评估框架，通过构建数字孪生模型与物理系统的实时交互机制，

实现对能源系统经济性、可靠性、环保性等多维度的动态评估。研究表明，该方法能够

将评估精度提升30%以上，决策响应时间缩短50%，为能源系统优化运行提供了科学

依据。报告系统阐述了该框架的理论基础、技术路线、实施方案及预期效益，并通过典

型案例验证了其有效性。研究成果可为政府能源管理部门、电网企业及新能源运营商提

供决策参考，对推动能源数字化转型具有重要实践意义。

引言与背景

1.1能源系统评估的时代背景

当前全球正经历第三次能源革命，可再生能源比例持续攀升，能源系统形态发生深

刻变革。根据国际能源署(IEA)数据，2022年全球可再生能源装机容量达到3372GW，

占电力总装机的38.3%。中国作为全球最大的能源生产与消费国，可再生能源装机已突

破11亿千瓦，占比达到47.3%。这种高比例可再生能源接入带来的波动性、间歇性特

征，使能源系统运行面临前所未有的挑战。传统基于历史统计数据的静态评估方法，已

无法准确反映系统实时性能，亟需发展新型评估技术。

1.2虚实联动技术的发展趋势

虚实联动技术作为数字孪生的高级形态，通过构建物理系统与虚拟空间的实时映

射与双向交互机制，实现了系统状态的精准感知与预测。据Gartner预测，到2025年

全球将有超过500亿个设备接入数字孪生平台，市场规模突破1500亿美元。在能源领

域，国家电网公司已建成全球规模最大的数字孪生电网，覆盖110kV及以上变电站3

万余座。这种技术革新为能源系统评估提供了全新范式，使多维度、全过程的动态评估

成为可能。

1.3多维度评估的必要性

能源系统性能评估涉及经济、技术、环境等多个维度，需要建立综合评价指标体系。

根据国家发改委《能源发展”十四五”规划》，要求构建”清洁低碳、安全高效”的能源体

系，这要求评估方法必须兼顾效率与安全、成本与环保等多重目标。传统单一维度评估

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方法容易导致决策偏差，如过度关注经济性可能忽视系统安全风险。因此，发展基于虚

实联动的多维度评估方法，是实现能源系统科学决策的关键支撑。

1.4研究意义与价值

本研究提出的虚实联动评估框架，具有三方面重要价值：一是理论价值，构建了能

源系统数字孪生建模与评估的完整理论体系；二是技术价值，开发了多源数据融合与实

时评估的核心算法；三是应用价值，为能源系统规划、运行、调度提供全生命周期评估

工具。据测算，该框架在全国推广后，可帮助能源企业年均降低运营成本5%8%，减少

碳排放10%15%，对实现”双碳”目标具有显著促进作用。

研究概述

2.1研究目标

本研究的总体目标是构建基于虚实联动的能源系统多维度性能评估体系，具体包

括：建立能源系统数字孪生建模方法，开发多维度动态评估算法，设计评估指标体系，

搭建原型验证平台。通过三年研究，实现评估精度提升30%、响应时间缩短50%的技

术指标，形成具有自主知识产权的核心技术体系。研究成果将服务于国家能源局”能源

数字化转型”战略，为能源系统高质量发展提供技术支撑。

2.2研究内容

研究内容主要分为四个模块：一是能源系统数字孪生建模，涵盖物理系统建模、数

据接口设计、虚实交互机制等；二是多维度评估算法，包括经济性评估模型、可靠性分

析模型、环保性评价模型等；三是评估指标体系构建，设计包含5个一级指标、18个

二级指标的综合评价体系；四是原型系统开发，搭建包含数据层、模型层、应用层的三

层架构平台。各模块相互支撑，形成完整的研究链条。

2.3技术路线

采用”理论建模算法开发系统集成实证分析”的技术路线。首先基于系统科学理论构

建能源系统数字孪生框架；其次开发多源数据融合与评估算法；然后集成各模块形成原

型系统；最后通过典型案例验证有效性。关键技术包括：基于IEC61850标准的建模技

术、边缘计算与云计算协同架构