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摘要：随着全球能源消费的不断增长以及化石能源的逐步枯竭，能源结构正在发生着日新月异的变化，以可再生能源为代表的新能源将逐步发挥越来越重要的作用。然而，以风能和太阳能为代表的新能源有其固有的不确定性和波动性，对电网的安全可靠运行提出了挑战。与此同时，以物联网、云计算和大数据为代表的信息技术在信息采集、传输和计算等领域取得了长足进步，为电网应对挑战并以全新的灵活、高效、可靠方式运行开辟了新的途径，而智能电网的理念也在这种背景下逐步形成并演进。
关键词：能源互联网；网络化；能源集成；分析
1导言
技术革新、工业革命的成果体现在社会新基础设施的形成。在21世纪网络时代，新基础设施的特征必然离不开信息化、网络化两个信息时代的基本要素。随着消耗的增加，能源领域现有架构局限和矛盾的突显，分布式能源和可再生能源的兴起，需求和理念更新等主客观推动因素的涌现，变革势在必行，而基于信息能源基础设施一体化的能源互联网提供了一种可行的解决方案。
2三层双向网络结构
在对于智能电网和能源互联网的探讨中，人们已经普遍认为，未来的能源集成网络应该是能量与信息双层互联、双向流动的。信息网络与能源网络的深度融合，使得信息与物理过程相互间紧密作用甚至改变相互的进程，因而结合成一种信息物理系统。实际上，隐藏在信息网络背后的是利用信息对物理系统进行决策和控制的社会经济交互行为。因此，能源互联网应该具有一种三层网络结构，即能量交互网络、信息交互网络以及社会经济交互网络。三者通过各节点深度融合、相互作用。而信息网络更是为能源网络和社会经济网络的运行交互提供信息支撑和桥梁作用，是节点接入能源互联网的必要条件。实际上，以往电网中也存在能量、信息和社会经济的相互作用，但三者规模与关系倒挂。电网的物理连接普遍而广泛，信息的采集仅局限于特定的局部区域和对象，分析决策缺乏全局视野，容易产生割裂的信息孤岛，甚至存在大量的信息盲区。在社会经济层面，能源供应者与消费者之间通过电网的物理连接以及管制下的交易规则，形成了简单或固化的交易服务方式。由于彼此间信息缺乏全面、及时的交互，因而也缺乏更加灵活的决策交互能力，从而无法实现资源的最优配置。而形成这一局面的本质原因是由于能量交互网络与社会经济交互网络具有一定的相互映射关系。能量交互网络具有严格的物理约束，而传统信息技术使得社会经济交互网络对于物理系统感知的广度、深度与速度严重不足，其映射通道受阻。因此，为满足能量系统的运行安全性等约束，社会经济交互网络不得不采取简单固化的交易方式，无法体现能量在不同社会生产生活情境下的价值，也不利于资源的优化配置和平衡。
3能源互联网需要标准化
标准既是技术实现和工程建设的技术支撑，也是技术进步和产业发展的引领者。智能电网的建设已经证明标准化工作极大地促进了智能电网技术的进步和产业发展，同样，能源互联网的发展也离不开标准化。能源互联网与智能电网相比，更具系统性，复杂性也更高，亟需统一规划和顶层设计。目前，能源互联网在基本概念、术语定义、概念模型、体系架构、评价指标等方面尚未形成共识，需要从全社会的层面上对能源互联网标准化进行统一规范，以支撑未来产业发展的需要。今年3月2日，国际标准化组织ISO／IEC正式发布文件，由天地互连主导的IEEE 1888标准通过ISO／IEC最后一轮投票，成为全球能源互联网产业首个ISO／IEC国际标准。
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鉴于IEEE 1888国际标准的影响力及产业发展优势，2012年，中国向国际标准化组织ISO／IEC递交了IEEE 1888的转化申请，ISO／IEC JTC1 SC6正式予以立项接收，这是我国主导的绿色ICT技术国际标准化的重大突破。IEEE 1888标准又称为泛在绿色社区控制网络标准，是能源互联网领域的TCP／IP标准。通过IEEE 1888标准，将电、水、气等能源数据化，应用大数据、云计算等互联网新技术，达到提高能效、节能减排等作用。围绕IEEE 1888标准，将形成包括终端产品、汇聚产品、多协议网关产品、存储系统、智能分析平台、可视化界面、认证与安全系统、网管和计费系统、系统集成、认证与测试、合同能源管理服务的产业链。IEEE 1888发展至今，已在中国、日本、越南、泰国、印度等全球各地完成了多个成功的示范项目及商业化的解决方案，某些项目在帮助企业提高生产效率的同时，甚至产生了45%以上的节能量，并产生了很多新的商业机会及商业模式。事实上，能源互联网或智慧能源标准化工作在国际上还处于萌芽状态，国际电工委员会成立的智慧能源系统委员会的工作目前也才刚刚起步，我国可以利用在智能电网建设的优势，在国际标准化上积极进取，深入参与国际标准制定工作，实现在能源互联网标准化领域，中国与国际同步。目前，能源互联网的研究还处于初级阶段。能源互联网的发展需要多方关键技术的支撑，据高峰介绍，目前技术创新发展方向和研究热点主要集中在总体架构与标准体系、组网与互操作模型与技术、建模、仿真与分析技术、运行与控制装备与技术、安全防护、质量监督与认证体系、量测、评价与技术经济分析等方面。
4网络化集成条件下的运行与控制
4.1规则与自由的平衡
自由、灵活和高效的能量交互是网络化能源集成的核心目标。但是，由于电网本身的物理特性，这种自由又受到了物理规则的严格约束，这也是以往电网运行管理多采取集中管制的原因。管制与自由是各种协调控制领域的普遍矛盾，而合理高效的规则被认为是解决这一矛盾的最佳方案。例如：在交通领域，如果所有的车辆都遵循右侧行驶的规则，既可以避免相互的碰撞和拥堵，又可以保证所有车辆到达任何目的地的行驶自由。这一问题在电网运行领域其实早已受到关注，如欧洲电网由相对对等独立的各国电网连接而成，各电网调度具有相对独立的权力和利益。各电网调度之间需要制定合理的协作规则，一方面保证全网安全稳定的运行，另一方面保障各电网相对的运行自由和利益。在网络化能源集成条件下，这种协调机制应该继续向下渗透，将协调的目标细化到各节点所代表的能量交互实体，而相应的规则协调难度也将大大增加。
4.2自适应的协调运行机制与框架
人们在探讨能源互联网时，普遍认为其应具有即插即用的特性。传统电网中负荷具有高度的即插即用自由，而为了追随负荷的波动变化，发电端被严格管理，并不具有“即插即发”的自由。由于物理规律的约束，能源互联网中无法实现绝对的即插即用，而是在一定规则前提下提高节点交互的自由度，无论是发电还是用电。而这势必要求用电端主动降低其用电的随意性，以降低发电端的管控约束。
4.3以计划加备用容量追踪预测
传统电网的运行是以满足负荷需求为首要目标，而电网运行对负荷的感知能力却非常有限。因此基本采取对负荷进行预测，而通过发电计划加备用容量的方式来追踪负荷的变化，保证发电与用电的实时平衡以及其他指标在限定范围之内，可以简单将其概括为以计划加备用容量追踪预测。在网络化能源集成的条件下，由于信息交互和经济交易机制的不断完善，负荷用电的随机性逐渐下降，部分负荷逐步呈现可计划的特性，如电动汽车集中充电站等。
5结论
智能电网与能源互联网是近年来能源和电力领域的热门议题，但对这些概念的理解不尽相同。与此同时，在诸多技术领域，一大批新技术概念自下而上应运而生，人们明确意识到这些技术与智能电网与能源互联网之间存在着密切关系，但却一直缺乏对其内在关联的深层次梳理。
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论文作者:刘宇行,刘志超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/4/11
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