人工智能在電力需求側(cè)仿真與預(yù)測(cè)中的若干應(yīng)用景銳(副教授)2目錄3兩個(gè)問(wèn)題：空調(diào)耗多少電?能耗占消費(fèi)總量85%建筑能耗占消費(fèi)總量45%源荷(靈活負(fù)荷)儲(chǔ)《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2025-2027年)》一個(gè)挑戰(zhàn)：新能源“看天吃飯”,極熱無(wú)風(fēng)怎么辦?--傳統(tǒng)“純”用能負(fù)荷主動(dòng)支撐電網(wǎng)調(diào)節(jié)即靈活負(fù)荷目標(biāo)：在需求側(cè)建設(shè)相當(dāng)于5%峰值負(fù)荷一個(gè)挑戰(zhàn)：新能源“看天吃飯”,極熱無(wú)風(fēng)怎么辦?--傳統(tǒng)“純”用能負(fù)荷主動(dòng)支撐電網(wǎng)調(diào)節(jié)即靈活負(fù)荷城市級(jí)一個(gè)老問(wèn)題的幾個(gè)新挑戰(zhàn)：社區(qū)級(jí)難點(diǎn)：氣象與能源學(xué)科關(guān)于天氣數(shù)據(jù)的時(shí)空顆粒度未對(duì)齊難點(diǎn)：海量(數(shù)十萬(wàn)棟)、多維(形貌、功能、年齡等)民生社民生社發(fā)零售全社會(huì)用些空通運(yùn)輸模型可靠性樓宇級(jí)0t0t60062509006評(píng)1704構(gòu)建城市尺度建筑能耗模型UBEM-機(jī)理數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)+自底向上城市級(jí)一個(gè)老問(wèn)題的幾個(gè)新挑戰(zhàn)的解決思路：城市級(jí)(a)CMIP6未來(lái)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)(b)動(dòng)態(tài)降尺度方法(a)MERRA-2歷史氣象庫(kù)(c)聚類生成典型概率場(chǎng)景ArcGISEnergyPlus社區(qū)級(jí)社區(qū)級(jí)全社會(huì)用電全社會(huì)用電城民生活批發(fā)零售城民生活批發(fā)零售樓宇級(jí)輸5典型年逐時(shí)冷/熱/電能耗●室外太陽(yáng)熱輻射0●室內(nèi)非均勻溫度場(chǎng)●機(jī)械系統(tǒng)(暖通/照明)仿真●運(yùn)行時(shí)刻表3D社區(qū)建筑模型典型年逐時(shí)冷熱電能耗仿真●運(yùn)行時(shí)刻表Energyuse(kWh/sqm)Energyuse(kWh/sqm)01/0101000040101:00:00063001:00.D067從社區(qū)到城市尺度-技術(shù)難點(diǎn)：熱工模擬與地理信息耦合研究目標(biāo)口建立一個(gè)城市尺度的建筑能耗負(fù)荷靈活資源調(diào)控平臺(tái)→口實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)建筑高通量、高效率且高保真的負(fù)荷靈活性仿真口融合多模態(tài)數(shù)據(jù)，繪制城市級(jí)的建筑靈活資源分布圖研究基礎(chǔ)福州城市建筑能耗負(fù)荷“一張圖”進(jìn)一步擴(kuò)展到城市尺度社區(qū)尺度負(fù)荷仿真城市建筑社區(qū)尺度負(fù)荷仿真城市建筑負(fù)荷仿真8多元-海量-異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)多元-海量-異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)是否學(xué)掘地理空間是是外輪事、窗墻比是是是否否是是電網(wǎng)側(cè)全市用電負(fù)荷曲線是是是圖像處理+地圖信息一建筑高度一建筑投影面積一建筑外觀形態(tài)一建筑功能分類一建筑年代住宅3類商業(yè)辦公工業(yè)交通設(shè)計(jì)問(wèn)答范式“[某市][某區(qū)]請(qǐng)估測(cè)它的建設(shè)年代，無(wú)需給出詳細(xì)解釋”+數(shù)據(jù)集導(dǎo)入9端點(diǎn)提取+全新坐標(biāo)系+點(diǎn)連成面端點(diǎn)提取+全新坐標(biāo)系+點(diǎn)連成面珍珠灣花園福州案例-8種類型，每個(gè)類型9個(gè)最具代表性的建筑機(jī)理-數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模型驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)機(jī)理-數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模型驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)建立典型建筑和社區(qū)模型，與實(shí)際能耗對(duì)比修正-與實(shí)際能耗對(duì)比修正-四季逐時(shí)典型周驗(yàn)證典型建筑能耗典型建筑能耗小樣本、多特征、可解釋的遷移學(xué)習(xí)GAN樣本增廣+DANN域?qū)?LSTM城市能耗地圖福州廈門誤差<5%夏季冷、冬季熱、全年電負(fù)荷，用實(shí)際能耗校準(zhǔn)工作基礎(chǔ)-全國(guó)城市能耗地圖(廣州、上海為例)工作基礎(chǔ)-全國(guó)城市能耗地圖(廣州、上海為例)個(gè)廣州2D/3D個(gè)上海2D/3D城市能耗地圖愿景愿景：從能源電力的視角理解氣候與天氣，結(jié)合城市建筑能耗地圖，捕捉其對(duì)城市建筑能耗的影響1關(guān)鍵氣象變量：溫度、光照、風(fēng)速、濕度、降水…綜合考慮建筑年分析2020~2060綜合考慮建筑年分析2020~2060以2020年為基準(zhǔn)，在三種全球升溫情景下，2060年福州市的空調(diào)電耗以2020年為基準(zhǔn)，在三種全球升溫情景下，2060年福州市的空調(diào)電耗將增加36%(極某時(shí)刻的溫度分布4全國(guó)城市某時(shí)刻的溫度分布?xì)v史未來(lái)時(shí)空精度保定南京保定南京城市微氣候+全國(guó)城市能耗地圖城市微氣候+全國(guó)城市能耗地圖上海城市能耗地圖個(gè)福州城市能耗地圖：個(gè)福州城市能耗地圖：照明、冷熱電能耗)在仿真中應(yīng)用12目在仿真中應(yīng)用12目錄負(fù)荷預(yù)測(cè)的深度學(xué)習(xí)方法負(fù)荷預(yù)測(cè)的深度學(xué)習(xí)方法含層傳遞關(guān)系，加入礎(chǔ)上將隱含層替換含層傳遞關(guān)系，加入礎(chǔ)上將隱含層替換減少網(wǎng)絡(luò)需要優(yōu)化的參數(shù)nrLQQ支①支引入了自注意力機(jī)制，提高網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，模型網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，模型參數(shù)更少，訓(xùn)練隱就磨解決梯度消失問(wèn)題，可以處理更長(zhǎng)序列的數(shù)據(jù)隱就磨解決梯度消失問(wèn)題，可以處理更長(zhǎng)序列的數(shù)據(jù)速度更快YannLeCun等人在貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)Schmidhuber提出Gulcehre等提出Vaswani等在論文《AttentionIs時(shí)間·極端天氣(如熱浪、寒潮)和新型負(fù)荷(如氫能、數(shù)據(jù)中心)缺乏歷史數(shù)據(jù)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)困境·小樣本訓(xùn)練的模型在面對(duì)新場(chǎng)景時(shí)，泛化能力差有統(tǒng)計(jì)意義的天氣和負(fù)荷數(shù)據(jù)N2d2eTint)Tin)深度學(xué)習(xí)模型(如Transformer)在負(fù)荷預(yù)測(cè)中表現(xiàn)出色，但其“黑箱”特性阻礙了工程可信度注意力機(jī)制變體多頭自注意力機(jī)制注意力機(jī)制變體多頭自注意力機(jī)制提升預(yù)測(cè)精度提升預(yù)測(cè)精度F(線性變換線性變換線性變換F(線性變換線性變換線性變換