摘要：经济在快速的发展，社会在不断地进步，能源互联网是解决当前能源系统问题、推动能源系统变革的智慧综合能源系统，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率具有重要意义。电力信息物理系统融合是建设能源互联网的核心基础和关键所在，融合水平是决定能源互联网发展阶段的重要因素。通过研究电力与信息技术融合的价值、架构以及与能源互联网的关系，以历史长周期（1900—2018年）为跨度，量化分析揭示电力信息物理融合发展规律，预测未来趋势，提出能源互联网建设重点战略方向，为中国能源互联网的建设与发展提供理论依据和决策参考。
关键词：能源互联网；信息物理系统（CPS）；融合发展
引言
面对全球化石能源的枯竭和世界气候的恶化，以新能源技术和信息技术深入融合为特征的“能源互联网”一经出现便引起了国内外广泛关注，各国针对能源互联网的相关研究和实验项目也相应展开。国内外对于能源互联网的定义基本从以下三个方面展开：一是借鉴互联网对等开放理念发展而来，强调利用先进信息技术，将大量分布式能量采集装置、存储装置和负荷互联成新型电力网络，实现系统内部信息和能量的共享；二是在大电网基础上发展而来，认为能源互联网是在智能电网构成的大电网基础上，融合分布式能量自治单元和微网的广域能源网络；三是由多种能源系统优化发展而来，认为能源互联网是以清洁能源为主体的电力网为核心，耦合了天然气和交通等其他系统，充分利用先进信息技术的多网流系统。大量学者从不同侧重点给出了能源互联网的定义，但都强调了信息技术在能源互联网构建中的基础性作用，以及能源互联网中能量流和信息流充分共享和紧密耦合的重要性。电力系统是能源互联网能量供应与转换的核心，未来电力系统将发展成一个庞大而复杂的电力信息融合系统，能量流和信息流的双向流动和深度融合是能源互联网环境下电力系统的发展趋势：①在智能电网和能源互联网阶段，深度感知和有效控制是电网发展重要目标，实现这一目标依赖于智能设备的大量接入以及信息系统的深入融合；②能源互联网的局域网分级自治和动态平衡模式对信息交互提出了新的要求，信息交互业务由传统的汇聚—分发模式转变为局域网之间点对点的交互，使得信息的交互共享更加频繁；③风电、光伏发电等新能源的大量入网以及电动汽车、智能用电等技术的推广使得电力系统呈现发电与用电双侧随机性，需要充分的信息交互与分析保证电力系统的稳定性。随着电力与信息的深度融合，电力空间和信息空间的风险传递机制成为新的研究课题。本文对电力系统和信息系统融合发展分阶段进行了分析，介绍了能源互联环境下的电力信息深度融合模式，在此基础上对电力与信息风险传递进行了综述分析，提出了能源互联网下电力信息融合系统风险传递研究的主要课题方向。
1电力CPS的特点分析
与其他行业的物理信息融合相比，电力CPS具有其特有的四方面典型特征：（1）实时性要求高。电力系统具有实时功率平衡的特征，要求信息系统数据传输、处理的效率与系统暂态稳态运行相匹配，满足电力系统调度需求，电力CPS才能真正发挥对系统运行的支撑作用。（2）系统安全可靠性要求高。与其他行业相比，电力系统的可靠性要求更高，其安全运行是保障人民生产和生活正常运行的重要基础，电力供应中断将严重威胁生产及人身安全，导致重大经济损失，因此信息技术与电力系统融合要以提升电力系统运行可靠性为根本前提。（3）覆盖范围广。电力系统包含的设备众多、网络覆盖范围广，电力与信息系统融合过程中，电力系统的发电、输变电、配电、用电及调度等各环节的运行都需要与信息技术深度融合。（4）多场景叠加系统复杂度高。电力系统是一个极为复杂的网络系统，需要各类信息技术手段来支撑各种生产场景正常运行，如骨干网的光纤通信、用户端的载波通信和4G无线通信等，而各类信息通信设备在与电力系统融合过程中形成更为复杂的系统。
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2能源互联网目标下电力信息物理系统深度融合发展研究
2.1改进电力信息-物理相依网络的模型
建立合理的电力信息-物理相依网络模型是进行脆弱性评估与提出相应保护策略的基础。其关键研究点有如下两个方面：1）建立能够反映各单侧系统特性的网络模型；2）对网间耦合关系的精确建模。其中，耦合关系的建模既是关键点，也是研究的难点。
2.2电力与信息融合系统风险传递研究
一些学者通过对复杂系统理论的深入拓展，对相互依存的电力与信息复合系统连锁反应机制进行了研究。，文中建立了两个相互依赖的无标度网络组成的网络结构，研究了针对节点的随机攻击造成的影响，结果表明该网络结构表现出很强的脆弱性；研究该问题时提出两个网络的节点对应关系并不是随机的，具有相似拓扑结构的节点更可能相互对应，并论证了两个网络节点的不同对应关系对连锁故障影响不同；通过分析节点的对应关系，建立了电力系统和通信系统交互模型，研究发现，不同的路由策略对电力连锁故障的影响不同；还有文献通过生成函数理论和渗流理论以及元胞自动机模型研究了风险在电力—信息复合系统中的传播机制。
2.3电力CPS发展方向与重点领域
（1）以智能感知为重点，以能源互联网全链条、全环节为感知对象，形成能源互联网物理实体到数据空间的全盘映射。对物理实体的智能感知是电力CPS建设的前提。应重点围绕智能传感器、多参量传感器、5G通信、确定性网络等先进技术，以现有的智能电网信息感知网络为基础，重点推进先进技术与能源互联网的深度、广度融合，建立数据空间对物理实体的全面准确映射，为决策虚拟空间的形成奠定基础。（2）以多手段数据分析处理为关键，以数据映射空间为分析对象，形成包含能源互联网规划、建设、运行及商业模式运营的辅助决策虚拟空间。数据分析处理是电力CPS建设的基础与关键。当前大数据、人工智能、量子计算等先进技术蓬勃发展，在电力领域的应用也在逐步开展，但应用的深度与广度亟待提升。应以全面实现能源互联网的决策虚拟空间为目标，重点推进大数据、人工智能等相对成熟技术的普及应用，超前部署量子计算、数字双生等前沿技术的研究，建立最广泛的能源互联网决策虚拟空间，为实现从数据空间到物理实体的精准控制和无缝衔接奠定基础。
结语
加快推进电力CPS发展，向大范围的能源互联网演进，还亟须开展以下工作。（1）加强电力CPS顶层设计。电力CPS发展涉及多技术、多标准、多领域，需要加大统筹协调，制定发展路线图，引导技术标准、技术研发、实验验证、应用推广等工作全面展开。（2）以系统安全为基础，充分认识到电力系统具有的瞬时平衡、复杂场景、安全可靠性要求高等个性化特征，以确保系统安全稳定为底线，以提升系统安全可靠性为目标，推动电力CPS发展。（3）持续跟踪、重点突破。持续跟踪电力CPS技术发展趋势，对区块链、数字双生、量子计算等先进技术进行前瞻性部署和实践。重点突破设备控制、智能传感、核心芯片等关键技术瓶颈。（4）通过深度融合实现“精度”与“速度”的统一。充分发挥电力CPS的辅助决策支撑能力，借助先进的智能感知-快速处理-无缝控制链条，在电力系统调控及安全仿真计算领域提升计算速度、精度和控制反应速度等。（5）标准先行、示范引领。建立电力CPS标准体系，开展基础共性标准、关键技术标准和行业应用标准的研制。建设电力CPS体验中心，开展解决方案、典型实践等示范和推广。
参考文献
[1]能源互联网研究课题组.能源互联网发展研究[M].北京:清华大学出版社,2017.
[2]曹军威,杨明博,张德华,等.能源互联网:信息与能源的基础设施一体化[J].南方电网技术,2014,8(4):1–10.
论文作者:田宝新
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/27
标签：互联网论文; 能源论文; 电力论文; 电力系统论文; 信息论文; 系统论文; 信息技术论文; 《当代电力文化》2019年第7期论文;