能源互聯(lián)網(wǎng)探析

1、能源互聯(lián)網(wǎng)探析時(shí)間：2014-12-26 09:27 來(lái)源：中云網(wǎng) 作者：曹軍威分享到：QQ空間新浪微博騰訊微博人人網(wǎng)5【中云網(wǎng)12月25日消息】 【內(nèi)容提要】 能源互聯(lián)網(wǎng)將代表未來(lái)信息與能源-電力技術(shù)深度融合的必然趨勢(shì)、是新一代工業(yè)革命大潮的重要標(biāo)志、是智能電網(wǎng)的重要組成部分和未來(lái)發(fā)展前沿。能源互聯(lián)網(wǎng)借鑒互聯(lián)網(wǎng)思維和理念構(gòu)建新型信息-能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)、分布式能源等能量自治單元為“局域網(wǎng)”，以開放對(duì)等的信息-能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能量的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入。本文在介紹能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、內(nèi)涵與外延

2、的基礎(chǔ)上，分析了需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，即能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)體系、能源互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互操作模型與技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)建模、仿真與分析技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與控制裝備與技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)、質(zhì)量監(jiān)督與認(rèn)證體系、能源互聯(lián)網(wǎng)量測(cè)、評(píng)價(jià)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。1.能源互聯(lián)網(wǎng)概念及范疇1.1基本概念能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)思維與理念構(gòu)建的新型信息-能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)、分布式能源等能量自治單元為“局域網(wǎng)”，以開放對(duì)等的信息-能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入1。雖然能源形式多種多樣，電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸

3、效率等方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)能源基礎(chǔ)設(shè)施在傳輸方面的主體必然還是電網(wǎng)，因此未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是以互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)為樞紐構(gòu)成的能源-信息系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)如圖1所示。微網(wǎng)、分布式能源等能量自治單元可以作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的基本組成元素，通過(guò)新能源發(fā)電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網(wǎng)內(nèi)的儲(chǔ)能或用電消納形成“局域網(wǎng)”。能源互聯(lián)網(wǎng)是此基礎(chǔ)上的廣域聯(lián)接形式，作為分布式能源的接入形式，是從分布式能源的大型、中型發(fā)展到了任意的小型、微型的“廣域網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)。大電網(wǎng)的形成有其必然性，在傳輸效率等方面仍然具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，將來(lái)仍然是能源互聯(lián)網(wǎng)中的“主干網(wǎng)”。微網(wǎng)或分布式能源接入、互聯(lián)和調(diào)度靈活但存在供電

4、可靠性較高等問(wèn)題，大電網(wǎng)供電可靠性較高但尚難以適應(yīng)大量新能源的靈活接入和雙向互動(dòng)，能源互聯(lián)網(wǎng)可以起到銜接作用，綜合兩方面的優(yōu)勢(shì)。能源互聯(lián)網(wǎng)是采取自下而上分散自治協(xié)同管理的模式，與目前集中大電網(wǎng)模式相輔相成，符合電網(wǎng)發(fā)展集中與分布相結(jié)合的大趨勢(shì)。圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)1.2內(nèi)涵與外延能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵是以互聯(lián)網(wǎng)思維和理念變革能源基礎(chǔ)設(shè)施。如果說(shuō)智能電網(wǎng)還是現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)上通過(guò)信息化和智能化的手段，解決設(shè)備利用率，安全可靠性、電能質(zhì)量等基本問(wèn)題；而能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性拓展在于采用互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)本身的重大變革，使得能量的開放互聯(lián)與交換分享可以跟互聯(lián)網(wǎng)信息分享一樣便捷。能源互聯(lián)

5、網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施的本質(zhì)特征包括：開放互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的隨時(shí)隨地接入與獲取，主要取決于開放式的體系結(jié)構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)開放性，需要可再生能源和儲(chǔ)能、用能裝置的“即插即用”。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要借鑒互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方式，走標(biāo)準(zhǔn)先行、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展的道路。互聯(lián)“局域網(wǎng)”與“廣域網(wǎng)”的本質(zhì)不同在于“廣域網(wǎng)”必須解決規(guī)?；_放互聯(lián)的問(wèn)題，這就需要簡(jiǎn)潔易行的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議作為基礎(chǔ)?！熬钟蚓W(wǎng)”內(nèi)部可以進(jìn)行多種能源形式的轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)行風(fēng)光儲(chǔ)用的平滑與協(xié)調(diào)，但“廣域網(wǎng)”的互聯(lián)必須是建立在局域消納的基礎(chǔ)，形成簡(jiǎn)捷的能量交換方式，才可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；ヂ?lián)。對(duì)等同傳統(tǒng)電網(wǎng)自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)

6、的形成是能量自治單元之間的對(duì)等互聯(lián)。任意單元之間的連接是邏輯上的，真正的實(shí)現(xiàn)必須建立在分散路由的基礎(chǔ)之上。能量的傳輸應(yīng)該是多次路由的結(jié)果，其間是解耦的，進(jìn)而可以避免一系列安全穩(wěn)定性問(wèn)題；同時(shí)傳輸路由路徑之間可以是動(dòng)態(tài)互為備用的，在保證冗余和可靠性的同時(shí)不降低系統(tǒng)的利用率。分享分布、分散與分享也是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征，原來(lái)僅依賴于中心調(diào)度與管理的功能可以采用分散-協(xié)調(diào)的方式來(lái)更高效地實(shí)現(xiàn)，而“局域網(wǎng)”（如微網(wǎng)）的監(jiān)控甚至可以采用沒(méi)有“中心”的對(duì)等模式。借鑒互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中借助社交網(wǎng)絡(luò)的信息分享機(jī)制，能源互聯(lián)網(wǎng)中各局域網(wǎng)間的能量交換與路由也都是就近實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行的，以分散式局部最優(yōu)和高效的全局協(xié)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)

7、電網(wǎng)整體能量管理的調(diào)度優(yōu)化。能源互聯(lián)網(wǎng)的外延在于信息物理融合，真正實(shí)現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施的一體化。信息基礎(chǔ)設(shè)施與能源基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)因決定了信息能源基礎(chǔ)設(shè)施走向融合一體化發(fā)展的道路。未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施以數(shù)據(jù)中心為核心，通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)相連接，同時(shí)支持物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的接入，其發(fā)展過(guò)程中遇到了明顯的能源瓶頸；同時(shí)，智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)信息化、智能化的要求越來(lái)越高，迫切需要新一代信息技術(shù)的支撐。信息能源基礎(chǔ)設(shè)施之間的功能、性能等方面的互補(bǔ)性也為其融合一體化提供了經(jīng)濟(jì)可行性。1.3概念的演進(jìn)1.3.1分布式可再生能源能源可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前擺在人類面前最重要的難題。目前人類處于工業(yè)化社會(huì)，需要

8、大量的能源，但使用的能源主要是化石能源，這種能源不具有可持續(xù)性，有不可再生的局限，存儲(chǔ)總量有限，且會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，如碳排放、溫室效應(yīng)等。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，能源的需求還在進(jìn)一步加大，此矛盾導(dǎo)致了化石能源價(jià)格的不斷激增，會(huì)對(duì)人類社會(huì)特別是發(fā)展中國(guó)家的發(fā)展帶來(lái)很大阻礙。為了擺脫社會(huì)發(fā)展對(duì)化石能源的過(guò)度依賴，可再生能源的發(fā)展提供了徹底解決能源可持續(xù)發(fā)展的希望。分布式能源是指分散存在且易于利用的各種類型的能源，包括可再生能源（如太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能、波浪能等）和可方便獲取的化石類燃料（如天然氣），將這些能源轉(zhuǎn)換為電能充分加以利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的分布式供電，有助于提升能源的利用效率

9、，更好地滿足用戶的能源需求。在分布式能源中，可再生能源不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，可以被重復(fù)利用，具有可持續(xù)的特點(diǎn)。由于以上特點(diǎn)，分布式可再生能源受到了各國(guó)能源專家的重視，被視為替代傳統(tǒng)能源的可靠途徑。1.3.2智能電網(wǎng)和微網(wǎng)盡管分布式可再生能源具有可持續(xù)可再生的特點(diǎn)，該種能源大多具有能量輸出不穩(wěn)定的特點(diǎn)，如太陽(yáng)能受限于太陽(yáng)光的強(qiáng)弱，風(fēng)能受限于風(fēng)力的大小。同時(shí)由于其分布式的特點(diǎn)，大量能源節(jié)點(diǎn)的無(wú)序接入將對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，會(huì)產(chǎn)生不必要的擾動(dòng)，甚至導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的崩潰。因此，需要采用一定的設(shè)備和結(jié)構(gòu)形式對(duì)分布式能源的接入進(jìn)行處理，而智能電網(wǎng)和微網(wǎng)技術(shù)為解決這一問(wèn)題提供了新的契機(jī)。微網(wǎng)為中小容量分

10、布式能源接入提供了一種新的結(jié)構(gòu)形式，可有效的解決分步式能源的接入和使用。而智能電網(wǎng)借助信息系統(tǒng)的輔助，不但有助于分布式能源的靈活接入，而且能實(shí)現(xiàn)其間的雙向互動(dòng)。1.3.3能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)借助因特網(wǎng)的信息交互和傳輸共享的概念，作為智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展的能源互聯(lián)網(wǎng)概念被提了出來(lái)。通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)，能量能以類似于因特網(wǎng)的方式，在電力線路網(wǎng)絡(luò)中按需流動(dòng)。同時(shí)能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)﹄娏α鲃?dòng)的路徑進(jìn)行優(yōu)化和管理，類似于互聯(lián)網(wǎng)中的路由。通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了能量流在電力網(wǎng)絡(luò)中的雙向按需流動(dòng)。目前開展的智能電網(wǎng)基本是現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)下的信息化、智能化2，能源互聯(lián)網(wǎng)是借鑒互聯(lián)網(wǎng)思維與理念構(gòu)架的新型電網(wǎng)，其中的開放互聯(lián)、能量交換

11、與路由等特征有別于目前一般意義下的智能電網(wǎng)，可以形象的稱為智能電網(wǎng)的2.0版本3?？偟膩?lái)說(shuō)，信息通信與能源電力結(jié)合發(fā)展分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段為數(shù)字化、信息化階段。此時(shí)，信息通信為能源電力行業(yè)提供服務(wù)，帶來(lái)方便、快捷等好處。第二個(gè)階段為智能化階段，也就是智能電網(wǎng)階段。在該階段，信息通信成為能源電力基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的組成部分，以信息流與能量流的結(jié)合為特征。第三個(gè)階段為信息物理融合階段，表現(xiàn)為信息通信基礎(chǔ)設(shè)施與能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的一體化，也就是信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化意義下的能源互聯(lián)網(wǎng)階段。1.4意義與作用1.4.1能源互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)實(shí)意義下能源可持續(xù)發(fā)展提切實(shí)可行的道路能源可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前擺在人類面前最

12、重要的難題，可再生能源的發(fā)展雖然提供了徹底解決能源可持續(xù)發(fā)展的希望，但可再生能源的利用方面仍然存在問(wèn)題。能源互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)意義下提供了一條切實(shí)可行的發(fā)展道路。里夫金在第三次工業(yè)革命一書中做了這樣的描述：“當(dāng)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的建筑實(shí)時(shí)收集可再生能源，并通過(guò)智能互聯(lián)電網(wǎng)將電力與其他幾百萬(wàn)人共享，由此產(chǎn)生的電力使集中式核電與火電站都相形見絀。”41.4.2能源互聯(lián)網(wǎng)天然支持分布式可再生能源的接入歐盟、美國(guó)和中國(guó)相繼分別提出到2050年實(shí)現(xiàn)可再生能源在能源供給中占100%, 80%和60%70%的目標(biāo)。而風(fēng)、光等大部分可再生能源的間歇性和波動(dòng)性決定了僅依賴現(xiàn)在的集中式電網(wǎng)運(yùn)行架構(gòu)是無(wú)法適應(yīng)如此規(guī)模的可再生分布

13、式能源接入的。能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)局域自治消納和廣域?qū)Φ然ヂ?lián)，可最大程度地適應(yīng)可再生能源接入的動(dòng)態(tài)性，通過(guò)分散協(xié)同的管理和調(diào)度實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。1.4.3能源互聯(lián)網(wǎng)在安全、可靠、穩(wěn)定以及利用率等方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)決定了其安全穩(wěn)定性較高，而其冗余方式可保證系統(tǒng)整體的可靠性；同時(shí)通過(guò)分散路由等方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備和線路的動(dòng)態(tài)備用，保持一定的利用率。能源互聯(lián)網(wǎng)可以借鑒其中的機(jī)制，但能量和信息的交換和傳輸是有本質(zhì)不同的。相比現(xiàn)在集中式電網(wǎng)自上而下的緊耦合模式，能源互聯(lián)網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)局域自治，在廣域互聯(lián)中可通過(guò)儲(chǔ)能緩沖、直流輸電等方式實(shí)現(xiàn)解耦，同時(shí)局域不穩(wěn)定問(wèn)題可以通過(guò)廣泛互聯(lián)實(shí)現(xiàn)廣域的動(dòng)態(tài)互備用，達(dá)到安全穩(wěn)定可靠

14、的目標(biāo)，而不是依靠過(guò)大的安全裕度而降低了系統(tǒng)的利用率。1.4.4能源互聯(lián)網(wǎng)是源用混合場(chǎng)景下對(duì)現(xiàn)有輸配網(wǎng)的有益補(bǔ)充能源互聯(lián)網(wǎng)不是取代現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)，而是著重在分布式可再生能源接入越來(lái)越廣泛，源用混合場(chǎng)景越來(lái)越普遍的形勢(shì)下借鑒互聯(lián)網(wǎng)理念提供一種自下而上的新型組網(wǎng)方式，能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)局域自治和廣域能量交換最大限度的適應(yīng)源-用的動(dòng)態(tài)隨機(jī)性，減少對(duì)大電網(wǎng)的影響，大大降低大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，是對(duì)現(xiàn)有大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。2 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)及重要技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要多方關(guān)鍵技術(shù)的支撐，目前技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)主要集中在總體架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)體系、組網(wǎng)與互操作模型與技術(shù)、建模、仿真與分析技術(shù)、運(yùn)行與控制裝

15、備與技術(shù)、安全防護(hù)、質(zhì)量監(jiān)督與認(rèn)證體系、量測(cè)、評(píng)價(jià)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等方面。2.1能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)體系在圖1所示的能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，發(fā)展分層分級(jí)的能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)，大致分為以下四個(gè)層面：能源“局域網(wǎng)”對(duì)應(yīng)目前電網(wǎng)架構(gòu)中的用戶側(cè)，如在微網(wǎng)或智能小區(qū)的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的轉(zhuǎn)化和分享。例如里夫金提到未來(lái)理想的能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景“在即將到來(lái)的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬(wàn)人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣”。這是典型的在需求側(cè)實(shí)現(xiàn)能量的分享。能源“廣域網(wǎng)”對(duì)應(yīng)目前電網(wǎng)架構(gòu)中的配電網(wǎng)，在微網(wǎng)或

16、者分布式能源等能量自治單元基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)之間的能量交換與路由。與美國(guó)FREEDM項(xiàng)目類似，在配網(wǎng)層面上實(shí)現(xiàn)可再生能源接入、儲(chǔ)能已經(jīng)負(fù)荷的“即插即用”。能源“主干網(wǎng)”對(duì)應(yīng)目前電網(wǎng)架構(gòu)中的輸電網(wǎng)，把一個(gè)同步集中控制的大電網(wǎng)逐步轉(zhuǎn)變成一個(gè)異步自治互聯(lián)式電網(wǎng)，如可以大力發(fā)展高壓直流輸電技術(shù)連接區(qū)域交流電網(wǎng)，或者采用直流背靠背技術(shù)，將現(xiàn)有集中統(tǒng)一的交流大電網(wǎng)進(jìn)行分隔，避免由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)靈活的供需平衡而引發(fā)和傳播安全穩(wěn)定性問(wèn)題。全球能源互聯(lián)網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想由國(guó)家電網(wǎng)公司提出，是一個(gè)面向未來(lái)的能源基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)圖。借鑒互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際乃至洲際互聯(lián)，能源互聯(lián)網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)。由于互聯(lián)的電網(wǎng)分屬于不同的地區(qū)

17、、國(guó)家和運(yùn)營(yíng)商，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的要求比較高。沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)潔、有效、易行的全球統(tǒng)一的能源互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。能源互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系共分為4層：第1層是能源互聯(lián)網(wǎng)通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)第2層能源互聯(lián)網(wǎng)的公共支撐性標(biāo)準(zhǔn)包括術(shù)語(yǔ)與縮略語(yǔ)、方法學(xué)、用例分析、概念模型、體系架構(gòu)和技術(shù)指導(dǎo)原則等等。第3層是能源互聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)這是各專業(yè)的共性要求。可以分為八個(gè)專業(yè)，分別是組網(wǎng)、運(yùn)行管理、測(cè)量、互操作、信息集成、安全、市場(chǎng)和技術(shù)支持系統(tǒng)。八個(gè)專業(yè)是目前的分法，以后不排除增加新的專業(yè)，或者在專業(yè)領(lǐng)域增加新的個(gè)性標(biāo)準(zhǔn)。第4層是針對(duì)各專業(yè)的個(gè)性標(biāo)準(zhǔn)這樣，通過(guò)將通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、公共支撐性標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)基

18、礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)提取出來(lái)，既可以避免重復(fù)和不一致，也能使個(gè)性標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)針對(duì)性很強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)化工作是能源行業(yè)的重要基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)化工作是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、提高產(chǎn)品質(zhì)量、工程質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)健康發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。從技術(shù)發(fā)展角度，互聯(lián)網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)顯示，標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)作用顯得非常重要。因此能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也應(yīng)該走標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)進(jìn)而推動(dòng)市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路。2.2能源互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與互操作模型與技術(shù)開放性是能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于以往智能電網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵，要實(shí)現(xiàn)類似互聯(lián)網(wǎng)的開放對(duì)等廣泛互聯(lián)，在能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系中開放的接口定義和互操作模型框架必不可少?；ヂ?lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)模型協(xié)議的主要特點(diǎn)是開放、簡(jiǎn)潔、易行，才導(dǎo)致了大規(guī)模應(yīng)用和迅速發(fā)展

19、。如TCP/IP協(xié)議等奠定了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，廣域互聯(lián)規(guī)避了局域網(wǎng)信息交換底層復(fù)雜協(xié)議和機(jī)制，與局域網(wǎng)協(xié)議有本質(zhì)的不同，因此才能形成大規(guī)模的互聯(lián)發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)開放式的組網(wǎng)，相關(guān)單元如風(fēng)、光、儲(chǔ)、負(fù)荷、能量交換與路由裝置等要實(shí)現(xiàn)“即插即用”，必須滿足相應(yīng)的互操作模型。不但信息模型與交換技術(shù)是必須的，相應(yīng)的能量傳輸、交換乃至路由技術(shù)更加重要。組網(wǎng)與互操作模型是能源互聯(lián)網(wǎng)得以以開放對(duì)等方式實(shí)現(xiàn)廣泛互聯(lián)的基礎(chǔ)。雖然不同層級(jí)互聯(lián)的對(duì)象不同，其相應(yīng)的組網(wǎng)與互操作模型應(yīng)該是一致的。2.3能源互聯(lián)網(wǎng)建模、仿真與分析技術(shù)基于現(xiàn)有的電網(wǎng)仿真環(huán)境，結(jié)合信息物理融合仿真技術(shù)，將信息和能源基礎(chǔ)設(shè)施仿真緊密結(jié)合，

20、開發(fā)適合能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的軟硬件結(jié)合的仿真和開發(fā)環(huán)境，為能源互聯(lián)網(wǎng)研究與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。開發(fā)信息物理多元模型針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)涉及的通信、計(jì)算、儲(chǔ)能、電力電子、可再生能源接入等等開發(fā)相應(yīng)的仿真模型。實(shí)現(xiàn)能源局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和主干網(wǎng)的聯(lián)合仿真與互聯(lián)網(wǎng)類似，能源互聯(lián)網(wǎng)在局域、廣域和主干網(wǎng)的特點(diǎn)不同，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)和管理方式也有本質(zhì)的不同，能量在局域側(cè)重多種形式的快速轉(zhuǎn)化，在廣域傳輸側(cè)重系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的簡(jiǎn)約，在主干網(wǎng)強(qiáng)調(diào)大電網(wǎng)的異步自治解耦互聯(lián)。而聯(lián)合仿真意味著將現(xiàn)有的電網(wǎng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)仿真分析與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)相結(jié)合，得到信息物理融合意義下的電網(wǎng)運(yùn)行和信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行相互作用關(guān)系的分析結(jié)果。實(shí)現(xiàn)分散

21、協(xié)同的能量路由調(diào)度、分析與優(yōu)化首先，能源互聯(lián)網(wǎng)中需要的新型的能量管理系統(tǒng)必須是分散協(xié)同式的，其充分考慮了可再生能源發(fā)電的特點(diǎn)，強(qiáng)化可再生能源發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的鏈接和交互，使得可再生能源發(fā)電被充分利用，最大化整個(gè)電網(wǎng)的收益。其次，在能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電網(wǎng)用戶不僅是電力使用者，也是電力生產(chǎn)者。他們可以將生產(chǎn)的電力無(wú)障礙地傳輸給電網(wǎng)，并獲取相應(yīng)的回報(bào)。通過(guò)電力生產(chǎn)控制、通訊技術(shù)和能源存儲(chǔ)裝置的協(xié)調(diào)工作，能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)可靠的雙向電力傳輸，同時(shí)為普通和工業(yè)用戶提供高質(zhì)量的電力供應(yīng)。另外，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)要求能源互聯(lián)網(wǎng)各分布子系統(tǒng)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行之間的平滑切換，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中

22、樞系統(tǒng)可以基于本地信息對(duì)能源網(wǎng)中的事件做出快速獨(dú)立的響應(yīng)。傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)在消納大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電方面遇到瓶頸，需要在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)能源信息實(shí)時(shí)采集、處理、分析與決策的分散協(xié)同式的新一代能量管理系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)通信信息技術(shù)的支撐，主要包括電能信息采集控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。例如負(fù)荷信息不全和參數(shù)不準(zhǔn)一直是電力系統(tǒng)仿真分析和能量管理的重要問(wèn)題，能源互聯(lián)網(wǎng)與信息基礎(chǔ)設(shè)施緊密結(jié)合，可以為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的收集和處理海量負(fù)荷信息提供最強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，同時(shí)提供智能信息處理和決策支持能力，實(shí)現(xiàn)電源和負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制

23、、電能質(zhì)量控制以及其他高級(jí)能量管理功能和應(yīng)用。如能夠根據(jù)能源需求、市場(chǎng)信息和運(yùn)行約束等條件實(shí)時(shí)決策，自由控制可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)的能量交換；提供分級(jí)服務(wù)，通過(guò)延遲對(duì)彈性負(fù)荷的需求響應(yīng)確保關(guān)鍵負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)電力保證；對(duì)設(shè)備和負(fù)荷進(jìn)行靈活調(diào)度確保系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行等等。2.4能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵裝備-能源路由器能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與控制的具體實(shí)施裝置，在實(shí)際應(yīng)用中執(zhí)行智能管理系統(tǒng)的調(diào)控指令，包括能源的高效傳輸裝置、低損耗轉(zhuǎn)換裝置、高效能源自由路由裝置等。通過(guò)這些裝置實(shí)現(xiàn)能源遠(yuǎn)距離、高功率、低消耗的傳輸和調(diào)配，完成不同地區(qū)上傳能源的全網(wǎng)優(yōu)化分配，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)用能需求的全網(wǎng)調(diào)配。優(yōu)化的能源路由方式與低功耗

24、能量傳輸裝置的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)互通，共享能源生產(chǎn)與分配的核心環(huán)節(jié)。能源互聯(lián)網(wǎng)從根本上是對(duì)能源流的精細(xì)化管理控制，改變傳統(tǒng)單項(xiàng)的能源流流向?yàn)殡p向的流向，在能源網(wǎng)絡(luò)中對(duì)電源、負(fù)荷或儲(chǔ)能容量等進(jìn)行分組，構(gòu)成能源子網(wǎng)，分區(qū)域、分層次的實(shí)現(xiàn)能源的管理控制。因此，可以友好接入到當(dāng)前電網(wǎng)中的能源路由器，完成區(qū)域能源的管理控制，對(duì)實(shí)現(xiàn)覆蓋于當(dāng)前電網(wǎng)上的能源互聯(lián)網(wǎng)是核心的設(shè)備。任何不穩(wěn)定的能源接入（例如風(fēng)能）都需要一個(gè)優(yōu)秀的能源路由器。通過(guò)能源路由器可以管控能源網(wǎng)內(nèi)的能源流，能源路由器提供多種接口對(duì)應(yīng)多種能源流類型的接入和輸出，可以提供對(duì)不同結(jié)構(gòu)為電網(wǎng)的管理，實(shí)現(xiàn)多層次能源網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)式管理控制。能源路由器是能

25、源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的核心，比信息路由要復(fù)雜很多，是智能變壓器的進(jìn)一步發(fā)展，主要技術(shù)包括能源路由器的存儲(chǔ)控制，能源互聯(lián)與路由機(jī)制，在分布式能源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)能源的對(duì)等互聯(lián)、緩存、交換和路由。能源路由器可以根據(jù)信息流完成對(duì)能量流的控制，是電磁技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高水平綜合產(chǎn)物。2.5能源互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)、質(zhì)量監(jiān)督與認(rèn)證體系當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施部署廣泛，已投入高額成本，且技術(shù)為人們所熟知，徹底更換現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的激進(jìn)作法不現(xiàn)實(shí)。但照搬互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)到能源領(lǐng)域的問(wèn)題之一是安全性，現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的最大問(wèn)題是發(fā)展之初沒(méi)有做好安全防護(hù)方面的頂層設(shè)計(jì)，導(dǎo)致大規(guī)模發(fā)展后互聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題成為制約因素。比如

26、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)機(jī)器的連接，而現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)是以內(nèi)容為中心，借鑒內(nèi)容中心架構(gòu)、軟件定義架構(gòu)，可以更好地解決互聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題。因此要在能源互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信息流支撐能源流的安全防護(hù)和管理，可以借鑒未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究的最新成果，從源頭上避免安全方面的問(wèn)題。能源互聯(lián)網(wǎng)的開放并不意味著沒(méi)有監(jiān)管，相反能源互聯(lián)網(wǎng)由于其對(duì)安全可靠性要求更高，而需要加強(qiáng)監(jiān)管和質(zhì)量保障。需要通過(guò)調(diào)查研究相關(guān)領(lǐng)域的質(zhì)量監(jiān)督和認(rèn)證體系，嘗試建立能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的相關(guān)體系架構(gòu)，其中包括能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、組網(wǎng)、實(shí)施、運(yùn)行、服務(wù)、運(yùn)營(yíng)等多個(gè)階段相關(guān)的監(jiān)督和認(rèn)證體系。2.6能源互聯(lián)網(wǎng)量測(cè)、評(píng)價(jià)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析借鑒互聯(lián)網(wǎng)和電網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，量測(cè)和評(píng)價(jià)體系是必

27、不可少的。這包括對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)量測(cè)體系架構(gòu)與一般要求、測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸接口與管理規(guī)范、測(cè)量組件接入能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)要求等等內(nèi)容。能源互聯(lián)網(wǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系將涉及多個(gè)維度：從基礎(chǔ)設(shè)施到上層業(yè)務(wù)服務(wù)；從能源到信息增值服務(wù)；從網(wǎng)絡(luò)性能到傳輸質(zhì)量；從安全可靠性到風(fēng)險(xiǎn)成長(zhǎng)性等等，都需要仔細(xì)梳理，形成對(duì)實(shí)踐具有指導(dǎo)意義的評(píng)價(jià)體系。能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)涉及儲(chǔ)能、電力電子、數(shù)據(jù)中心等，許多技術(shù)仍然處于產(chǎn)業(yè)化前期，尚不具備大規(guī)模推廣的市場(chǎng)前景。能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)可行性如何是一個(gè)被廣泛關(guān)注的問(wèn)題，其中除了關(guān)鍵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性外，還需要考慮能源互聯(lián)網(wǎng)作為整體架構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，進(jìn)行具體研究和詳細(xì)核算。【參考文獻(xiàn)】1曹軍威、

28、孟坤、王繼業(yè)、楊明博、陳震、李文焯、林闖，能源互聯(lián)網(wǎng)與能源路由器，中國(guó)科學(xué): 信息科學(xué)，第44 卷，第6 期，714-727頁(yè)，20142曹軍威，萬(wàn)宇鑫，涂國(guó)煜, 等. 智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究，計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào), 第36卷，第1期，143-167頁(yè)，2013.3J. Cao and M. Yang, Energy Internet - Towards Smart Grid 2.0, Proc. 4th Int. Conf. on Networking and Distributed Computing, Hongkong, China, 2013.4杰里米?里夫金. 第三次工業(yè)革命M. 張?bào)w偉

29、，孫毅寧，譯. 中信出版社，2012.5HUANG A Q. FREEDM System - A Vision for the Future Grid C/ IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2010：1-4.6HUANG A Q, CROW M L, HEYDT G T, et al. The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management (FREEDM) System: The Energy Internet J. Proc. the IEEE，2011,12,1

30、7. Page：133-148.7XU Y, ZHANG J H, WANG W Y, et al. Energy Router: Architectures and Functionalities toward Energy Internet C/ Proc. 2011 IEEE Int. Conf. on Smart Grid Communications, 2011：31-36.8ZHANG J H, WANG W Y, Bhattacharya, S. Architecture of Solid State Tranformer-based Energy Router and Mode

31、ls of Energy Traffic C/ Proc. 2012 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies, 2012：1-8.9KATZ R H, CULLER D E, SANDERS S, et al. An Information-centric Energy Infrastructure: The Berkeley View J. Sustainable Computing: Informatics and Systems, 2011, 1（1）：7-22.10LaMonica M. A Startups Smart Batterie

32、s Reduce Buildings Electric Bills, MIT Technology Review R/OL.  2012-11-06.11VERMESAN O, BLYSTAD L.-C, ZAFALON R. Zafalon A, et al. Internet of Energy - Connecting Energy Anywhere Anytime C/ MEYER G, VALLDORF J (Eds.). Advanced Microsystems for Automotive Applications, Springer-Verlag, 2011.12PERROD P F, GEIDL M, KLOKL B, et al. A Vision of Future Energy Networks