信息物理社会系统：助力新能源高效利用的新引擎

信息物理社会系统：助力新能源高效利用的新引擎

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CSDN

等

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来源

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https://blog.csdn.net/graduate_easily/article/details/143579727

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http://paper.ce.cn/pc/content/202501/01/content_306856.html

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https://blog.csdn.net/weixin_42619100/article/details/140350645

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https://juejin.cn/post/7346079007421775884

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https://www.nea.gov.cn/20250117/7a37e1cc43e4477baa101671b7dc273f/c.html

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http://www.sdg-china.net/NewsList/info_itemid_70171.html

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https://dgjsxb.ces-transaction.com/fileup/HTML/2024-21-6666.htm

随着全球能源转型加速推进，新能源在电力系统中的渗透率持续攀升。然而，风电、光伏等新能源固有的随机性、波动性和间歇性特征，给电力系统的稳定运行带来了前所未有的挑战。信息物理社会系统（Cyber-Physical-Social Systems，简称CPSS）的出现，为解决这一难题提供了新的思路和方案。

信息物理社会系统（CPSS）是计算机科学、控制论、通信技术和物理学等多个领域的交叉产物。它通过将信息处理和计算能力与物理系统的感知、控制和执行能力相结合，实现了更智能、自适应和高效的系统。

CPSS的关键特点包括：

1. 感知和控制能力：能够感知外部环境中的物理变量，并根据这些变量进行相应的控制和决策。它可以通过传感器收集数据，并通过执行器对物理实体进行操作和控制。

2. 实时性和响应能力：通常需要在实时环境中运行，及时响应环境变化和用户需求。它需要高效的算法和通信机制，以实现对物理过程的快速和准确的控制。

3. 复杂性和异构性：通常涉及多个物理实体、多个传感器和执行器，以及多种通信和计算设备的集成。它们的设计和开发需要处理复杂性和异构性的挑战。

4. 自适应性和优化性：具有自适应性和优化能力，可以根据环境变化和系统目标进行调整和优化。它可以根据实时的数据和反馈信息进行决策和调整，以实现系统性能的最优化。

近年来，我国新能源装机规模持续快速增长。据统计，截至2024年三季度末，全国灵活调节煤电规模超过6亿千瓦，跨省区电力资源配置能力超过3亿千瓦，抽水蓄能累计规模达到5591万千瓦，已建成投运新型储能5852万千瓦/1.28亿千瓦时。

然而，新能源的大规模发展也带来了新的挑战。2024年前10月，全国风电利用率96.4%，同比下降0.7个百分点；光伏发电利用率97.1%，同比下降1.2个百分点。部分新能源发展较快的省份消纳压力凸显。调节能力建设缺乏统筹优化，存量调节资源未得到充分利用，价格、市场机制等有待完善，亟待做好调节资源科学规划建设，加强调节能力规模、布局与新能源发展的衔接，加大力度统筹现有调节资源高效调度利用。

面对新能源高效利用的挑战，CPSS以其独特的信息-物理-社会系统融合优势，为能源电力转型提供了新的解决方案。以南瑞集团的CPSSE（能源的信息-物理-社会系统）项目为例，该成果实现了集理论范式、优化技术、决策支撑平台于一体的全面创新。

该项目由薛禹胜院士领衔，历时20年研发，构建了完整的CPSSE理论与技术体系。其核心创新包括：

1. 理论范式突破：国际首创了能源的信息-物理-社会系统（CPSSE）理论及其研究范式，实现了复杂时-空-领域交互问题信息获取完备性与知识提取解析性的协同，构建了CPSSE科研生态圈。

2. 优化技术革新：提出了能源电力转型路径的"解耦优化、聚合协调"框架，突破了能源规划-电力规划-电力运行充裕性、安全性与碳排放的统筹分析技术，为能源电力转型路径提供了决策优化方法。

3. 决策支撑平台：研制了多时-空-领域交互的CPSSE决策支撑平台，实现了基于混合交互仿真的多域融合决策推演，打造了全自主可控的工业级软件，为能源电力低碳转型规划、电网运行支撑提供了决策工具。

该成果已在多个层面得到广泛应用：

• 国家层面：2016年开展了中国工程院首个考虑碳约束的能源结构转型重大咨询项目，为我国能源发展战略制定提供了基于量化分析的科学决策参考。

• 区域层面：应用于青海省，提出了2020-2050年青海实现100%清洁能源供电目标的最佳路径及其电网支撑方案；应用于湖南省，开展了煤电与新能源发电协调发展等问题的量化分析。

• 企业层面：国能经济技术研究院采用该成果研发的信息-物理-社会系统决策支撑平台，开展了国家能源集团2020-2060年发展战略量化分析，以及"十四五"期间重大能源电力工程投资分析。

CPSS在新能源领域的应用，显著提升了电网运行中保供与消纳的协调能力。例如，研发的电网运行备用决策支撑系统已在广东、甘肃等10多个省调应用，提升了电网统筹防控保供与消纳风险的能力；研发的自然灾害下电网运行风险评估系统在浙江、云南等10多个省地电网应用，提升了极端灾害下电网的应急保供能力。

国家发展改革委、国家能源局印发的《电力系统调节能力优化专项行动实施方案（2025—2027年）》提出，到2027年，电力系统调节能力显著提升，各类调节资源发展的市场环境和商业模式更加完善，各类调节资源调用机制进一步完善。通过调节能力的建设优化，支撑2025年至2027年年均新增2亿千瓦以上新能源的合理消纳利用，全国新能源利用率不低于90%。

随着技术的不断成熟和应用的持续深化，CPSS必将在推动新能源高效利用、构建新型电力系统中发挥更加重要的作用，助力实现"双碳"目标。