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中国科学院自动化研究所张俊:从平行智能系统到智慧社会能源体系

北极星输配电网  来源:北极星电力网    2019/3/15 11:36:54  我要投稿  

北极星输配电网讯:随着风电、光伏等可再生能源渗透率提高,使电力系统日益复杂并带来一系列挑战。那么,如何运用平行感知与虚拟人工系统技术来实现发电环节的智能协调,等等,最终实现电力系统的人机交互、自学习,实现对电网日常操作和故障处理的辅助决策和判断。武汉大学电气工程学院教授、博导,中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员张俊在2019年首届中国园区智慧能源高峰论坛作“从平行智能系统到智慧社会能源体系”的主题演讲。北极星电力网、电力头条APP将对大会进行全程直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116

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张俊:大家好!本人汇报一下智能园区建筑方面的节能减排和工作进展。首先从这个地方出发,这个地方是2016年我们写的一篇报告,当时AlphaGo刚刚出来,觉得是人工智能里程碑式的技术,为什么呢?它的整个历史意义,就是现在说的IT不再是信息技术,IT将代表智能技术,这是新IT,这个情况下才是新时代的IT。第一个IT涉及到的是物理社会,第二个信息社会,第三个是智力社会,而智能科技说到底是探索由客观知识组成的世界。

这张PPT非常重要,首先有我们的交通网、能源网、信息网,还有物联网这四张网,最后会用智联网把它“四网合一”,为什么这里会有“四网合一”的情况呢?比如现在国网想“三张合一”,就是交通网、能源网、物联网合一,现在要做我们的交通能源系统也好、泛在电力物联网也好都是这些张网合一。研究提出的基础设施——社会物理信息网络系统。这个系统中实际上是在物理空间、网络空间探索物理世界、心理世界和人工世界。

这里我想特别的谈一下就是工业4.0,工业4.0实际上核心,在ICT、CPS,ICT就是信息与通讯技术,CPS就是信息物理系统,但是我觉得这是4.0的定义,而现在我们的定义已经和4.0提出来的时候非常不一样了,新的ICT就是智能互联网技术,CPS就不是信息物理系统,大家仔细去研究一下包括今年1月份发表的讲话,怎么利用电力实现社会征信,怎么利用电力发展为社会服务做东西,怎么发展管理和内外部的管理融合到物联网里面,这两个月大家可以泛在电力物联网发展的背景下重新思考一下这个问题。

怎么做?平行系统。平行系统是什么东西?当在社会建模的情况下,比如模型误差正负零,纵轴就是我们的复杂度,当复杂度升高的时候,对系统量变的建模一定会出现巨大的误差,系统越复杂误差越大,系统包含更多社会的因素,他的这种模型误差就会更大。这种不能建模的系统里面如何进行建模,在不能分析的时候如何去分析,这就是复杂系统理论要解决的问题。

第一个,中间就是大数据,用大数据去填这个坑,当然光有这个坑还不行,必须用实系统和人工系统通过大数据连接、通过智能技术的运用,让实际系统和人工系统能够互相合一,这就是联通平行世界的平行机的概念。大家可能最近也听到很多概念,比如像数字卵生体,数字卵生体是不是很像,一个跟随系统、一个虚拟系统,虚拟系统和真实系统最后能合为一的系统,这是数字卵生体。但是我们比数字卵生体提出早了9年,而且是中国的原创。为什么数字卵生体能叫响,我们自己的东西不能叫响?

这个就是联通世界的三个平行机,人工系统和实际系统互相借鉴、协调发展,确保系统按照期望目标发展,很多实际逼近人工、而不是人工逼近实际,这是什么意思?就是说当系统它能够发展的时候,现在我们的方法是,看这个系统发生了什么事情,然后被动的去调整这个系统,然后找一个优化目标去优化,这是现在用的方法。实际用的新方法应该是什么?在智能时代应该是什么?我希望这个系统是什么样子,我给它一个预期,用智能的方法去引导这个系统到我想要它的这样一个状态,这就是数字双胞胎和平行系统最大的区别,数字双胞胎是没有这层内涵的,以后他可能发展出这层内涵,至少今天我讲的时候是没有这层内涵的。

这里归纳一下,ACP方法来实现平行系统。1,这是一个以人工系统对智能系统进行建模。2,以计算实验对智能系统进行分析和评估。3,以平行执行对智能系统进行控制与管理。4,大、物、云等现代化手段的应用。5,综合集成思想的应用。综合集成思想是钱学森老先生提出来的,并且这边已经实践了二三十年,但是最近才发生突破,为什么?因为有了新的智能技术,文字识别、语音识别、自然语言处理,这些技术能够把社会上的现象工程化,纳入到工程系统中,才可以对这个社会工程复杂系统进行有效的引导、预测。

最后我们的使命是从UDC到AFC,灵捷是什么意思,就是对任何可能发生的情况都有预估,或者说对任何大概率可能发生的情况都有预估。聚焦是什么?对这个情况有效的实施方法和管控方法。收敛是实际系统和人工系统最后能够达到合一的状态。

接下来看看在能源方面的一些想法。

如何变革?从DC到FC。能源系统主要的内容,第一个基础,CPSS,社会、物理、信息。一个核心方法ACP,人工社会、计算实验、平行执行。两个空间,物理空间、虚拟空间。

在新的基于CPSS的管控下能够干些什么,物理空间下对能源系统设备的调节、运用和控制,在信息空间中,因为赛格本身就包含控制、信息都在里面,赛格空间对能源系统的管控,在社会系统中要么有用智慧手段对社会系统进行识别、进行优化、进行行为和效果的评估这样一个过程。

构建目标不同的社会能源系统。可能是模拟社会能源系统,或者硕士研的、或者安全的,多个人工系统中对它进行规划、对它进行操作,这种情况下进行系统的计算实验,我们有家乡发展计划,对它进行演化,实现互动,最后实现物理世界的演化,整个虚实交互的过程。现在大家如果回头再看看,你看看工业卵生体的概念,或者再看一下现在数字工业已经不能说是前沿的概念了,但是基本上这是一套被工业界或者说被能源供应界也应该采用这样一套思维方式去做的。

社会到现在即使在工业界也没有大规模实行,而能源工业是和社会紧密相连的工业,因此它是最能够反映社会属性的功能系统,也是能够重点发展的系统。

在未来的能源工业,不管是对经济体、对个人,还是对经济组织,有多厉害不在于它有多大规模,也不在于它有多大资产,而在于它有多么深厚的虚拟的或者数字的印象,而有多强大的数字印象的处理能力,这就是未来能源工业转型的实质。

后面介绍一下我们相关的工作,在美国做的一个,这是和UIUC和美国可再生能源实验室一起做的校园实验,这是回国之前在这个校园里工作了7年,这是我们校园的园区。

综合的管理框架,最后要最优化,我们不是一个工程或者一个社会,我们要把工程和社会联系起来联合考虑,这是社会工程的系统。

这是能源5.0的管控架构。对应到实际系统中,就是说我们有真实系统、社会系统、能源系统、电力系统、配电网系统,这个情况下实现它的行为建模和知识建模就到这边,行为建模、知识建模不光是机体建模,比如仿真、数字计算,还可能包括比如说神经网络、深度神经大量的数字驱动建模。这种情况下最后写出了这篇文章,这篇文章2017年底发的,基本上集合了美国科罗拉多所有能源行业中国学者我们一起来做了一篇这样的论文,这篇论文好长,30多页。

这个下面是我们的校园,上面了一片云飞过来,大家看到这样一个白颜色的,就是每个校园、每个建筑上面的太阳能出力,就是当云遮挡在不同区域的时候它的太阳能出力会变化。首先要保证系统稳定运行,大家可以看到这是校园的健身房,是耗电量最大的地方,这个地方要实现我的实时电价的调整,通过实时电价的调整来调整人类行为模型,通过调整用电的行为模型来保证我这个能够去平,同时能够保证能源系统收益和社会系统收益同时达到,这是我们在美国的时候一个工作。

这也是在美国的一个工作,这个数据比较好拿,因为美国每栋楼都是中央空调,这个工作是要干什么呢?上面是社会系统,在一个大园区里面各家各户有不同的诉求,或者有不同的厂家,自己需求不太一样,他们就要博弈,但是他们博弈的结果当然是电价或者能源消耗不行,因为还有我们的物理系统,物理系统能不能承受社会的博弈系统,我们把它的社会博弈系统装到我们的物理系统中,然后进行监管,这样就形成了系统性的强化学习方案,当然这个是比较学术的东西,在实际应用也是有前景的。

这个是用Deep Learning,实际数据,这个是以前学校的商学院,我们截取了所有的数据,中央空调截取了147个点,包括它的比如说水温、转速、开关开合的信号,把这个东西扔到深度学习网络里面让它来预测我的能源耗能。说你这样做有什么意义呢?你为什么不用传统的方法?用传统的方法就是,以前用什么耗能,现在预测一下。但是为什么要做这个事情呢?这就是我们的数据,你把以前不大可能对能源,比如说我现在问你,这个房间的灯关掉对整个楼宇的能源系统有什么影响?说不出来,因为这个东西没有办法建模,一个楼宇也是一个非常复杂的系统。我现在说,这个楼里面的空调调低2度,对整个耗能有什么影响?你答得上来吗?答不上来,但是用人工智能可以答得上来。虽然是学术研究,实际是开启了一扇大门,让大家知道,除了传统的方法之外还有人工智能带来的新方法,我们可以去探索、可以去应用,什么叫真正的智慧。

山东大学被动实验楼物联网平台。刚刚喜主任也提到被动实验房,山东大学被动房的是全国首个钢结构、装配式、被动式的被动房,不是第一个被动房,但是有两个定于子,一个是钢结构、一个是装配式,所以这么说是没有问题的。这是整个节能和消耗的需求,我们也出了很多东西,这个是和中科院吕研究员一起出的,他是用我们的JIN对抗式网络对整个楼宇的能耗,我刚才用来训练深度学习的数据是采集一年的,但是我采集不到一年,就一个月,怎么办?用JIN对你的数据进行生成这样一个科技。

这个是做的节能,在全国也是首创的被动房物联网节能的工作。

这是浙江大学的,也是我们的合作单位,他做了数据库平台架构,性能优化与平台。浙江大学做的东西很实际,因为浙江那边市场需求太大,他针对市场需求做了这个。

汇能网,是在湖北武汉做的区块链节能网,我们的创意是什么?创意是用节能系统积分,双积分制、用节能的系统交换,用这样的P2P交易,用微电网嵌入式网络运营商的思想来做我削峰填谷,调节用户的尤其是园区用户的节能行为和用电行为,从而达到削峰填谷降低能耗,降低能耗倒在其次,降低我的发电成本和整个园区能源系统的运营成本。这是做出来的DAPP,就是区块链应用分布式的APP。削峰开始、削峰结束,每参加一次削峰就给你回报,更多的是游戏化的东西。

这是在武汉做的节能的工业互联网架构,名字叫“精益节能”。这个架构里面已经挂上了100多家企业,这当然是它的市场规模,在这样一个市场规模下面我们给了它这样一个云平台,当然我们边缘计算还没有上去,边缘式数据库还没有上去,这种情况下对它做了比如在上海、在北京、在广州已经都有部署,这是它的系统架构。能源行业是很朴素的行业,现在只能够做到把数据收上来,然后处理,给用户创造经济效益。再往工业互联网的思想和体系架构里,尤其工信部工业互联网提出2.0架构,怎么用它,是下一步做的事情。

这是用区块链做的校园能源管理系统。昨天在一个期刊里面“能源区块链”,能源管理系统,这个概念我们在2017年就做了,2017年发了首篇论文,那时候还在美国,美国可再生能源实验室,和CSU一起发了这篇文章,但是我们没有推,我们当时觉得这个东西很不靠谱,就写了,写了之后也没有认真做,我当时就提了能源系统区块链群的概念,就随便做了这样一个平台,到现在毕业一个硕士生就没事了。如果说我们认认真真的去做这个事情的话,也许今天出这篇论文的就是我们,但是还是有机会的,比如我们的能源经济控制学基本上是空白,怎么样把我们的能源系统调到最佳,调整人的行为、调整经济行为,这是可以做的。

基于区块链电力网络大数据资产架构的管理架构,这个怎么做?现在国网在推,第一件事,数据治理。数据治理怎么治理?怎么样实现数据的互通?怎么样实现它的估值、确权、共享、安全应用?有没有区块链,能不能用区块链做这个事情?我们甚至还提出更先进的概念,数据银行,我们把数据存进银行,还可以产生利息,因为数据本身是有价值的,他有利息,他何时是升值的、何时是贬值的,借用一次怎么借,购买怎么购买,比如你要用我的数据,怎么样达到我们之间数据的安全性,都是未知领域,都是未来可能发展起来的下一篇的Natere、下一篇Scinece,如果大家手上有数据资源,有在这方面比如在数据资产管理有自己的需求或者有兴趣发展的,可以找我们联系,非常欢迎这样的结果。

最后希望做的这些能够成为智慧社会的支柱。因为能源问题解决了很多问题都能解决,交通问题也能解决。

谢谢!

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