面向多主体协同与智能涌现的能源互联网元宇宙架构设计

马墅研; 贺兴; 张庄俨; 艾芊; 赵建立; 向佳霓

doi:10.7500/AEPS20240613003

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面向多主体协同与智能涌现的能源互联网元宇宙架构设计

综述·观点 | 更新时间：2025-09-25

- 面向多主体协同与智能涌现的能源互联网元宇宙架构设计
- Architecture Design of Energy Internet Metaverse for Multi-agent Collaboration and Intelligent Emergence
- 电力系统自动化 2025年49卷第16期页码：1-8
- 作者机构：
  
  1.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 201100
  2.国网上海市电力公司，上海市 200122
- 作者简介：
  
  马墅研(2001—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力大数据分析、数字孪生等。E-mail：mashuyan0809@163.com
  贺兴(1986—)，男，通信作者，副研究员，博士生导师，主要研究方向：电力系统大数据分析方法、随机矩阵、数字孪生等。E-mail：hexing_hx@126.com
  张庄俨(2001—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力大数据分析、数字孪生等。E-mail：zhangzhuangyan@sjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2401204)
- DOI：10.7500/AEPS20240613003
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-06-13，
  
  修回日期：2024-11-11，
  
  网络出版日期：2025-01-08，
  
  纸质出版日期：2025-08-25
- 稿件说明：
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马墅研,贺兴,张庄俨等.面向多主体协同与智能涌现的能源互联网元宇宙架构设计[J].电力系统自动化,2025,49(16):1-8.

MA Shuyan,HE Xing,ZHANG Zhuangyan,et al.Architecture Design of Energy Internet Metaverse for Multi-agent Collaboration and Intelligent Emergence[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):1-8.
马墅研,贺兴,张庄俨等.面向多主体协同与智能涌现的能源互联网元宇宙架构设计[J].电力系统自动化,2025,49(16):1-8. DOI： 10.7500/AEPS20240613003.

MA Shuyan,HE Xing,ZHANG Zhuangyan,et al.Architecture Design of Energy Internet Metaverse for Multi-agent Collaboration and Intelligent Emergence[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):1-8. DOI： 10.7500/AEPS20240613003.

摘要

当今能源系统趋向于开放式、扁平化发展，能源管理模式从源随荷动逐渐转向源荷互动，对传统配电网基于假设简化的还原论认知方式与经验条例的集中式管理模式提出了挑战。在此背景下，文中提出了一种融合电力专业知识、前沿机器学习与智能涌现技术的能源互联网元宇宙架构，重构系统认知与优化决策体系。首先，结合电力数智化转型趋势，阐述了元宇宙的内涵及实施路径。然后，基于数据密集型科学发现范式，设计了面向多主体协同与智能涌现的功能模块化架构，构建了可仿真可分析的能源互联网生态系统。最后，面向复杂系统的全流程认知与决策需求，从数据空间、特征空间和决策空间3个虚拟空间角度，探讨数据赋能的实现方案。中国上海临港新片区等工程示范结果显示，该架构为多主体复杂能源系统建模与仿真提供了新路径，实现了分布式能源资源的高效利用和灵活调控。

Abstract

Current energy system tends to be open and flat

and the energy management mode has gradually shifted from source varing with load to source-load interaction

which challenges the centralized management mode of traditional distribution networks based on the reductionism cognitive approach of assumption simplification and empirical regulations. In this context

this paper proposes an architecture of Energy Internet metaverse that integrates electric power expertise

cutting-edge machine learning

and smart emergence technology to reconstruct the system cognition and optimization decision-making system. First

the connotation and implementation path of the metaverse are elaborated with the trend of electric power digital and intelligent transformation. Then

based on the data-intensive scientific discovery paradigm

this paper designs a functional modular architecture oriented to multi-agent collaboration and intelligent emergence. It also constructs a simulation-analyzable Energy Internet ecosystem. Finally

facing the needs of the whole process cognition and decision-making of complex systems

the realization scheme of data empowerment is discussed from the perspective of three virtual spaces

namely

data space

feature space

and decision space. The results of engineering demonstrations such as Lingang new area in Shanghai

China

show that the architecture provides a new path for the modeling and simulation of multi-agent complex energy systems

and realizes the efficient utilization and flexible regulation of distributed energy resources.

关键词

Keywords

references

王继业 . 人工智能赋能源网荷储协同互动的应用及展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7667 - 7682 .

WANG Jiye . Application and prospect of source-grid-load-storage coordination enabled by artificial intelligence ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7667 - 7682 .

张程，罗玉锦，陈昌亮 . 考虑源荷不确定的多园区微网与共享储能电站协同优化运行［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 24 ）： 77 - 89 .

ZHANG Cheng ， LUO Yujin ， CHEN Changliang . Collaborative optimization operation of multi park microgrids and shared energy storage power stations considering source load uncertainty ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 24 ）： 77 - 89 .

周文，许凌云 . 论新质生产力：内涵特征与重要着力点［J］. 改革， 2023 （ 10 ）： 1 - 13 .

ZHOU Wen ， XU Lingyun . On new quality productivity： connotative characteristics and important focus ［J］. Reform ， 2023 （ 10 ）： 1 - 13 .

翁毅选，马伟哲，黄福全，等 . 考虑分布式资源交易的气电综合能源配网系统出清模型［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 14 ）： 52 - 60 .

WENG Yixuan ， MA Weizhe ， HUANG Fuquan ， et al . Distribution-level clearing model of gas-electricity integrated energy system considering distributed resource trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 14 ）： 52 - 60 .

周二专，冯东豪，严剑峰，等 . 秒级响应电网在线分析软件平台［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3474 - 3480 .

ZHOU Mike ， FENG Donghao ， YAN Jianfeng ， et al . A software platform for second-order responsiveness power grid online analysis ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3474 - 3480 .

贺兴，艾芊，朱天怡，等 . 数字孪生在电力系统应用中的机遇和挑战［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2009 - 2019 .

HE Xing ， AI Qian ， ZHU Tianyi ， et al . Opportunities and challenges of the digital twin in power system applications ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2009 - 2019 .

卢强 . 数字电力系统（DPS）［J］. 电力系统自动化， 2000 ， 24 （ 9 ）： 1 - 4 .

LU Qiang . Digital power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2000 ， 24 （ 9 ）： 1 - 4 .

沈沉，贾孟硕，陈颖，等 . 能源互联网数字孪生及其应用［J］. 全球能源互联网， 2020 ， 3 （ 1 ）： 1 - 13 .

SHEN Chen ， JIA Mengshuo ， CHEN Ying ， et al . Digital twin of the energy Internet and its application ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2020 ， 3 （ 1 ）： 1 - 13 .

唐文虎，陈星宇，钱瞳，等 . 面向智慧能源系统的数字孪生技术及其应用［J］. 中国工程科学， 2020 ， 22 （ 4 ）： 74 - 85 .

TANG Wenhu ， CHEN Xingyu ， QIAN Tong ， et al . Technologies and applications of digital twin for developing smart energy systems ［J］. Strategic Study of CAE ， 2020 ， 22 （ 4 ）： 74 - 85 .

王成山，董博，于浩，等 . 智慧城市综合能源系统数字孪生技术及应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1597 - 1608 .

WANG Chengshan ， DONG Bo ， YU Hao ， et al . Digital twin technology and its application in the integrated energy system of smart city ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1597 - 1608 .

蒲天骄，陈盛，赵琦，等 . 能源互联网数字孪生系统框架设计及应用展望［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2012 - 2029 .

PU Tianjiao ， CHEN Sheng ， ZHAO Qi ， et al . Framework design and application prospect for digital twins system of energy Internet ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2012 - 2029 .

赵鹏，蒲天骄，王新迎，等 . 面向能源互联网数字孪生的电力物联网关键技术及展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 447 - 458 .

ZHAO Peng ， PU Tianjiao ， WANG Xinying ， et al . Key technologies and perspectives of power Internet of Things facing with digital twins of the energy Internet ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 447 - 458 .

贺兴，唐跃中，韩烨宸，等 . 基于数字孪生与元宇宙的能源互联网认知系统论（三）：复杂系统群智调控理论及其框架［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-06-13 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240122.1749.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240122.1749.002.html .

HE Xing ， TANG Yuezhong ， HAN Yechen ， et al . System theory study on situation awareness of energy Internet of Things based on digital twins and metaverse （Ⅲ）： theory and framework for energy scheduling and management considering swarm intelligence ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-06-13 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240122.1749.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240122.1749.002.html .

曹逸滔，王丹，贾宏杰，等 . 计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 12 ）： 14 - 23 .

CAO Yitao ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . Calculation method for carbon emission flow in regional integrated energy system considering station-network loss allocation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 14 - 23 .

董朝阳，赵俊华，文福拴，等 . 从智能电网到能源互联网：基本概念与研究框架［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 15 ）： 1 - 11 .

DONG Zhaoyang ， ZHAO Junhua ， WEN Fushuan ， et al . From smart grid to Energy Internet： basic concept and research framework ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 15 ）： 1 - 11 .

陶飞，刘蔚然，刘检华，等 . 数字孪生及其应用探索［J］. 计算机集成制造系统， 2018 ， 24 （ 1 ）： 1 - 18 .

TAO Fei ， LIU Weiran ， LIU Jianhua ， et al . Digital twin and its potential application exploration ［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems ， 2018 ， 24 （ 1 ）： 1 - 18 .

陶飞，马昕，戚庆林，等 . 数字孪生连接交互理论与关键技术［J］. 计算机集成制造系统， 2023 ， 29 （ 1 ）： 1 - 10 .

TAO Fei ， MA Xin ， QI Qinglin ， et al . Theory and key technologies of digital twin connection and interaction ［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems ， 2023 ， 29 （ 1 ）： 1 - 10 .

陶飞，刘蔚然，张萌，等 . 数字孪生五维模型及十大领域应用［J］. 计算机集成制造系统， 2019 ， 25 （ 1 ）： 1 - 18 .

TAO Fei ， LIU Weiran ， ZHANG Meng ， et al . Five-dimension digital twin model and its ten applications ［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems ， 2019 ， 25 （ 1 ）： 1 - 18 .

余昆，唐修明，陈星莺，等 . 高比例分布式光伏接入的配电网过电压责任分摊方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 24 ）： 9535 - 9545 .

YU Kun ， TANG Xiuming ， CHEN Xingying ， et al . Allocation method of overvoltage responsibility in distribution network with high proportion distributed photovoltaic ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 24 ）： 9535 - 9545 .

TONY H ， STEWART T ， KRISTIN T . The fourth paradigm： data-intensive scientific discovery ［M］. Redmond， USA ： Microsoft Research ， 2009 .

HA D ， SCHMIDHUBER J . Recurrent world models facilitate policy evolution ［C］// Proceedings of the 32nd International Conference on Neural Information Processing Systems ， December 3-8 ， 2018 ， Montreal， Canada .

HE X ， AI Q ， QIU R C ， et al . A big data architecture design for smart grids based on random matrix theory ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2017 ， 8 （ 2 ）： 674 - 686 .

WIGNER E P . On the distribution of the roots of certain symmetric matrices ［J］. The Annals of Mathematics ， 1958 ， 67 （ 2 ）： 325 .

KOLMOGOROV A N . Foundations of the theory of probability ［M］. New York， USA ： Chelsea Pub Co. ， 1950 .

杨挺，赵黎媛，王成山 . 人工智能在电力系统及综合能源系统中的应用综述［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 1 ）： 2 - 14 .

YANG Ting ， ZHAO Liyuan ， WANG Chengshan . Review on application of artificial intelligence in power system and integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 2 - 14 .

周念成，廖建权，王强钢，等 . 深度学习在智能电网中的应用现状分析与展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 4 ）： 180 - 191 .

ZHOU Niancheng ， LIAO Jianquan ， WANG Qianggang ， et al . Analysis and prospect of deep learning application in smart grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 4 ）： 180 - 191 .

程乐峰，余涛，张孝顺，等 . 机器学习在能源与电力系统领域的应用和展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 1 ）： 15 - 31 .

CHENG Lefeng ， YU Tao ， ZHANG Xiaoshun ， et al . Machine learning for energy and electric power systems： state of the art and prospects ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 15 - 31 .

李明扬，窦梦园 . 基于强化学习的含电动汽车虚拟电厂优化调度［J］. 综合智慧能源， 2024 ， 46 （ 6 ）： 27 - 34 .

LI Mingyang ， DOU Mengyuan . Optimal scheduling of virtual power plants integrating electric vehicles based on reinforcement learning ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2024 ， 46 （ 6 ）： 27 - 34 .

胡泽，朱子晴，卜思齐，等 . 基于深度强化学习的区域综合能源定价策略研究［J］. 综合智慧能源， 2023 ， 45 （ 7 ）： 87 - 96 .

HU Ze ， ZHU Ziqing ， BU Siqi ， et al . Pricing strategy in district-level integrated energy market based on deep reinforcement learning ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2023 ， 45 （ 7 ）： 87 - 96 .

包义辛，徐椤赟，杨强 . 基于MADDPG算法的建筑群柔性负荷优化调控方法［J］. 综合智慧能源， 2023 ， 45 （ 7 ）： 61 - 69 .

BAO Yixin ， XU Luoyun ， YANG Qiang . Optimized control method for flexible load of a building complex based on MADDPG reinforcement learning ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2023 ， 45 （ 7 ）： 61 - 69 .

谢雨奇，曾伟，马瑞 . 考虑用户响应度模糊控制的需求响应双层博弈模型［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 6 ）： 30 - 38 .

XIE Yuqi ， ZENG Wei ， MA Rui . Two-layer game model for demand response considering fuzzy control of user responsiveness ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 6 ）： 30 - 38 .

马英姿，马兆兴 . 基于博弈算法的电动汽车有序充电优化及效益分析［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 5 ）： 10 - 16 .

MA Yingzi， MA Zhaoxing， Orderly charging optimization and benefit analysis of electric vehicles based on game algorithm ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 5 ）： 10 - 16 .

李强，朱丹丹，黄地，等 . 虚拟电厂运营商与电动汽车用户的主从博弈定价策略［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 4 ）： 183 - 191 .

LI Qiang ， ZHU Dandan ， HUANG Di ， et al . Stackelberg game pricing strategy between virtual power plant operators and electric vehicle users ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 4 ）： 183 - 191 .

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