EnerOS v0.13.0

发布日期：2025年01月05日 版本代号：Twin Git Tag：v0.13.0 支持状态：稳定（Stable） Crate 总数：30（新增 4 个） 测试用例数：4120+（新增 540）

版本概述

EnerOS v0.13.0「Twin」是 EnerOS 进入「虚实融合」阶段的核心版本，本版本的核心目标是引入数字孪生引擎（Digital Twin Engine），为物理电网构建高保真实时镜像，使调度员、Agent 与分析任务能够在数字孪生体上进行状态观测、历史回放与 What-if 分析，而不影响真实电网运行。

电力系统是典型的「不能在真实系统上试错」的领域——开关操作、发电机出力调整、负荷切除等操作一旦执行即产生物理后果，错误操作可能导致大面积停电。传统方案依赖离线仿真工具（如 PSS/E、BPA），但离线仿真的数据滞后于实时状态，且无法与在线 Agent 协同。v0.13.0 将数字孪生能力下沉为操作系统内核一等公民，使孪生体始终与物理电网保持秒级内同步，且可被 Agent 直接调用进行决策预演。

本版本引入了 eneros-twin（孪生引擎核心）、eneros-twin-sync（实时镜像同步）、eneros-twin-replay（历史回放）、eneros-twin-whatif（What-if 分析）四个新 crate。设计哲学是「孪生即镜像，镜像即可验」——孪生体不是简单的数据副本，而是包含完整电气模型、物理约束、设备特性的可执行镜像，任何在孪生体上的操作都会经过与真实系统相同的物理约束校验。

关键数据

新特性

1. 数字孪生引擎

引入 eneros-twin crate，提供完整的数字孪生体生命周期管理。孪生体是物理电网的可执行镜像，包含拓扑模型、设备参数、实时状态、历史轨迹四类数据，并内置物理约束引擎确保孪生体状态始终满足电气定律。

孪生体创建

use eneros_twin::{Twin, TwinId, TwinConfig};
use eneros_topology::Network;

// 基于现有拓扑创建孪生体
let twin = Twin::new(TwinId::from("grid-province-a"))
    .source_network(&network)
    .config(TwinConfig {
        fidelity: Fidelity::High,
        sync_mode: SyncMode::Realtime,
        state_estimation: true,
        physics_engine: PhysicsEngine::NewtonRaphson,
        history_depth: Duration::days(30),
    })?;

// 启动孪生体
twin.start().await?;

孪生体保真等级

孪生体状态查询

// 查询孪生体当前状态
let state = twin.current_state()?;
println!("总线 1 电压: {:.3} pu", state.bus(1).voltage);
println!("线路 12-14 有功: {:.1} MW", state.line(12, 14).p_mw);

// 查询设备状态
let transformer = state.transformer(7);
println!("变压器分接头: {}", transformer.tap_position);
println!("变压器负载率: {:.1}%", transformer.loading * 100.0);

2. 实时镜像同步

引入 eneros-twin-sync crate，将物理电网的实时遥测数据持续同步到孪生体，保持孪生体与物理电网的状态一致性。同步采用增量更新 + 状态估计混合模式，在数据缺失时通过状态估计填补。

同步配置

use eneros_twin_sync::{SyncEngine, SyncConfig};

let sync = SyncEngine::new(&twin)
    .config(SyncConfig {
        sync_interval: Duration::milliseconds(200),
        state_estimation: true,
        bad_data_detection: BadDataDetection::ChiSquare,
        observable_check: true,
        pseudo_measurement: true,
    })?;

// 绑定遥测数据源
sync.bind_source(telemetry_stream).await?;

状态估计

use eneros_twin_sync::StateEstimator;

let estimator = StateEstimator::new(&twin)
    .method(EstimationMethod::Wls)  // 加权最小二乘
    .max_iterations(20)
    .convergence_tolerance(1e-6);

// 执行状态估计
let result = estimator.estimate().await?;
println!("估计精度: {:.2f}%", result.accuracy * 100.0);
println!("不良数据: {} 个", result.bad_data_count);

同步性能指标

3. 状态快照

孪生体支持周期性与按需状态快照，将完整电网状态序列化为不可变快照，用于历史回放与对比分析。快照采用列式压缩存储，单次快照仅占 2-8MB。

快照操作

use eneros_twin::snapshot::{Snapshot, SnapshotId};

// 创建手动快照
let snapshot = twin.snapshot()
    .tag("pre-dispatch-check")
    .metadata("operator", "zhang")
    .capture()
    .await?;

// 列出历史快照
let snapshots: Vec<Snapshot> = twin.snapshots()
    .range(now() - Duration::hours(24), now())
    .list()?;

// 从快照恢复孪生体状态
twin.restore(&snapshot).await?;

快照存储策略

4. 历史回放

引入 eneros-twin-replay crate，支持从任意历史时间点回放电网运行过程，可调节回放速度、视角与粒度，用于事故分析、培训演练与合规审计。

回放控制

use eneros_twin_replay::{Replay, ReplayConfig, Speed};

let replay = Replay::new(&twin)
    .config(ReplayConfig {
        start_time: "2025-01-03T14:30:00Z".parse()?,
        end_time: "2025-01-03T15:00:00Z".parse()?,
        speed: Speed::Realtime,
        focus_area: Some(BusId::from(110).into()),
    })?;

// 开始回放
replay.play().await?;

// 暂停 / 快进 / 倒退
replay.pause().await?;
replay.set_speed(Speed::Fast(10.0)).await?;
replay.seek("2025-01-03T14:45:00Z").await?;

回放事件追踪

// 监听回放期间的事件
replay.on_event(|event| {
    match event {
        ReplayEvent::SwitchOperated(switch_id, state) => {
            log::info!("开关 {} 操作至 {}", switch_id, state);
        }
        ReplayEvent::FaultDetected(fault) => {
            log::warn!("检测到故障: {:?}", fault);
        }
        ReplayEvent::VoltageViolation(bus, value) => {
            log::warn!("母线 {} 电压越限: {:.3} pu", bus, value);
        }
    }
});

5. What-if 分析

引入 eneros-twin-whatif crate，支持在孪生体上进行假设性操作并预测其后果，且不影响真实电网。What-if 分析是 Agent 决策预演的核心能力——Agent 在执行真实操作前，先在孪生体上验证操作的安全性。

What-if 场景

use eneros_twin_whatif::{WhatIf, Scenario, Action};

// 构造一个 What-if 场景
let scenario = Scenario::new("open-line-12-14")
    .initial_state(&twin.current_state()?)
    .action(Action::OpenLine { from: 12, to: 14 })
    .action(Action::AdjustGeneration { bus: 5, delta_mw: 50.0 })
    .duration(Duration::minutes(10))
    .step(Duration::seconds(1));

// 执行 What-if 分析
let result = WhatIf::run(&scenario).await?;

// 查看预测结果
println!("潮流是否收敛: {}", result.converged);
println!("最大电压偏差: {:.3} pu", result.max_voltage_deviation);
println!("越限设备数: {}", result.violations.len());

for violation in &result.violations {
    println!("  - {:?}: {:.3} (限值 {:.3})",
        violation.equipment, violation.value, violation.limit);
}

What-if 决策预演

// Agent 在执行真实操作前进行预演
async fn safe_dispatch(ctx: &Context, cmd: DispatchCommand) -> Result<()> {
    // 1. 在孪生体上预演
    let scenario = Scenario::from_current(&ctx.twin)
        .action(Action::Dispatch(cmd.clone()))
        .duration(Duration::minutes(5));
    
    let result = WhatIf::run(&scenario).await?;
    
    // 2. 校验预演结果是否安全
    if !result.is_safe() {
        return Err(DispatchError::UnsafePrediction(result.violations));
    }
    
    // 3. 预演通过，执行真实操作
    ctx.syscall(ExecuteDispatch(cmd)).await?;
    Ok(())
}

What-if 性能指标

改进

• 拓扑引擎：eneros-topology 支持增量拓扑变更通知，孪生体可在 50ms 内感知物理拓扑变化
• 状态估计：引入 PMU 相量数据融合，状态估计精度从 92% 提升至 99.2%
• 存储压缩：孪生体快照采用 ZSTD 列式压缩，存储占用降低 70%
• API：新增 GraphQL 孪生体查询接口，支持复杂状态检索

Bug 修复

• 修复 eneros-twin 在拓扑变更时状态估计发散的问题（#1305）
• 修复 eneros-twin-sync PMU 数据乱序到达导致状态跳变的问题（#1312）
• 修复 eneros-twin-replay 跨快照回放时事件丢失的问题（#1319）
• 修复 eneros-twin-whatif 在大电网下潮流不收敛的问题（#1325）

破坏性变更

• Twin::new 必须指定 source_network：原默认空网络行为移除
• Snapshot::capture 改为 async：原同步签名迁移至 capture_blocking
• StateEstimator::estimate：返回类型新增 bad_data 字段

性能提升

• 孪生体同步延迟从 500ms 降至 80ms（提升 6.3 倍）
• What-if 计算耗时从离线分钟级降至 1.2s（在线级）
• 状态估计精度从 92% 提升至 99.2%
• 快照存储压缩比从 4:1 提升至 12:1

贡献者

本版本由 24 位贡献者共同完成，提交 412 次。特别感谢：

• @twin-engine：数字孪生引擎核心架构
• @state-estimator：WLS 状态估计与 PMU 融合
• @replay-master：历史回放与事件追踪
• @whatif-arch：What-if 分析与决策预演

升级指南

从 v0.12.0 升级

1. 更新依赖

# Cargo.toml
[dependencies]
eneros-twin = { version = "0.13", features = ["high-fidelity"] }
eneros-twin-sync = { version = "0.13" }
eneros-twin-replay = { version = "0.13" }
eneros-twin-whatif = { version = "0.13" }

2. 初始化孪生体

use eneros_twin::Twin;

// 基于现有拓扑创建默认孪生体
let twin = Twin::new(TwinId::from("default"))
    .source_network(&network)
    .config(TwinConfig {
        fidelity: Fidelity::High,
        sync_mode: SyncMode::Realtime,
        ..Default::default()
    })?;

twin.start().await?;

3. 启用状态估计

# eneros.toml
[twin]
enabled = true
fidelity = "high"
state_estimation = true
estimation_method = "wls"
history_depth_days = 30

4. 配置 Agent 决策预演

建议为关键操作类 Agent 启用 What-if 预演，确保操作安全性：

Agent::new("dispatcher", tenant)
    .preflight_check(PreflightConfig {
        what_if_enabled: true,
        scenario_duration: Duration::minutes(5),
        safety_threshold: 0.99,
    })
    .spawn()?;