能源互联网信息通信关键技术综述

可再生能源的大规模开发和利用将成为全球能源领域发展的主要趋势,同时也面临如何实现分布式可再生能源的广泛互联、如何提升能源系统效率和灵活性等问题与需求,以互联网理念为基础的能源互联网成为行业主要发展方向。能源互联网将给能源开发、配置、消费和生产生活各环节带来变革,这一系列变革对信息通信系统提出更加全面而严苛的需求。充分分析能源互联网及其信息通信技术的需求,给出以电能为载体的能源互联网信息通信总体架构,并以能源互联网为应用背景,介绍采集监控类、流程作业类、分析决策类、基础资源类、安全保障类和支撑体系类共20余项信息通信关键技术,最后对能源互联网的热点应用及发展方向做出展望。     

能源互联网环境下的多能需求响应技术

提升清洁能源特别是可再生能源在终端的消费比例,及实现多种能源类型的综合互补配置,是能源互联网的发展趋势。能源互联网环境下,对需求响应的要求也从传统方式过渡到多能综合需求响应。首先概述了国内外能源互联网的发展及相关项目与政策;其次,对常用的需求响应技术如自动需求响应技术、储能技术、信息与通信技术、电力计量技术、智能控制技术、负荷聚合技术等进行了梳理介绍与分析。着重分析了能源互联网环境下的自动需求响应技术、储能技术、信息与通信技术的发展重点,其中信息物理系统与接口标准是自动需求响应技术的关键,储能技术的重点是降低成本,信息与通信技术侧重于区块链及5G等新技术的应用。最后,总结各需求响应技术未来的发展方向及面对的问题,并提出促进多能需求响应技术发展建议。     

基于多能互补的综合能源控制系统研究及应用

综合能源系统是实现产业园区内冷、热、电、气多能协同发展的重要手段。以某创新基地多能协同利用控制需求为基础,根据该创新基地的用能特点,构建了一种集多元能源监控、能量管理、能效管控、需求侧响应等功能为一体的综合能源控制系统方案,并得以应用实施。通过创新基地能源互联网的物理架构、供能侧方案以及控制系统的运行方式,展示了基于多能互补的综合能源过程控制系统所实现的功能。     

城市能源互联网的技术架构及在厦门市的实践探索

城市能源互联网可以实现电力网络、天然气网络、电气化交通网络等多种网络的深度融合,是未来城市能源系统转型和发展的方向。首先给出了城市互联网的定义,并阐述了城市能源互联网的核心思想和基本特征。随后,从运行、规划和运营的角度归纳分析了能源互联网的发展现状与面临的挑战。然后根据城市能源互联网互联互通的技术特点,提出了传输层-信息层-价格层三位一体的城市能源互联网技术架构,并对技术架构中涉及的规划、运行、运营和信息等相关技术的未来发展方向进行了分析。最后根据福建省厦门市终端能源网络特点,对城市能源互联网进行了局部的规划和试点建设,为下一步城市能源互联网的全面推广建设提供了建设蓝图。     

能源互联网多能分布式优化研究挑战与展望

在可再生能源发电技术、互联网技术等先进技术的推动下,能源互联网成为传统能源系统发展的必然趋势。考虑到能源互联网的协调运行与控制技术是制约其发展的关键瓶颈之一,从多能协调运行和分布式协同调控2个方面入手,具体分析了能量枢纽建模、多能流网络建模、优化运行策略等基本方法和研究挑战,并在分层分布式控制架构的基础上结合分布式优化算法介绍了多智能体系统在能源互联网运行调控中的应用。最后对能源互联网分布式运行与控制体系、多能流优化调控以及去中心化交易模式的发展前景做了进一步展望。     

面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用

面向新型城镇的能源互联网具有多能协同、交易开放的特点,能源互联网技术可改变城镇用户的用能方式,将成为解决中国城镇化过程中未来城镇能源问题的有效途径之一。从多能耦合综合能源系统规划和优化运行、分布式多能“源荷”预测不确定性与市场化交易两个方面,分析了面向新型城镇的能源互联网面临的关键科学问题。在此基础之上,提出了面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用的研究体系。从多能网络综合规划、面向多主体的优化调度、分布式能源交易与多能市场机制、全环节能源互联网客观综合评价、面向多能接入和协调运行的互动用能装备以及典型示范工程建设思路等5个方面,阐述了面向新型城镇的能源互联网关键技术具体细节及研究路线。     

多能互补、集成优化能源系统关键技术及挑战

有效能源的获取、转换、控制和利用是现代人类文明的核心,能源互联网作为能源系统的新一步革新,将分布式能量转化、存储装置和各类型负荷构成的冷、热、电、气等能源节点连接起来,以实现多种能量双向互补与集成优化。文中选取能源互联网在多能互补集成优化方面的关键技术为研究对象。首先,总结了近年来能源互补集成的研究现状。然后,以多能流混合建模为基础,对多能系统规划、智能调控、协同控制与互动、综合评估、系统信息安全与通信及能源交易和商业服务运行模式等关键技术和挑战进行归纳。最后,对未来能源系统在多能互补优化方面的研究进行展望,以期为多能互补、集成优化提供部分研究思路。     

面向综合能源的信息物理系统体系架构及应用

综合能源系统作为新一代能源系统的重要组成,涵盖了供电、供热、供气等能源系统,多个能源系统间的耦合性强。文章立足于综合能源系统,提出了面向综合能源的信息物理体系架构,阐述了信息物理系统(cyber physical system,CPS)在综合能源系统中的层次化应用及技术特性,并对综合能源信息物理系统的核心关键技术做了深入的探讨。最后为了验证所提出的信息物理体系架构及相关技术,开发了一套多能流综合能源管理及优化系统,实现了能源监控、多能流建模仿真、源荷预测、系统运行优化、故障预测及健康管理五大功能,有力地支撑了综合能源系统的体系架构。     

考虑园区能源互联网接入及其需求响应的配电网规划方法

能源互联网借助互联网信息平台达到能量按需双向流动,但构建园区能源互联网(park energy internet, PEI)是提升能源互联网终端能源利用效率、实现多能互补的重要和关键举措,为此提出含PEI接入及其需求响应的配电网优化规划模型。首先阐述PEI的基本结构,分析PEI对上级配电网的需求响应特性;继而提出含PEI接入并考虑其需求响应的配电网规划思路,其中以等值年投资成本和运行成本为最小目标,以配电网变压器、主线路选型以及需求侧响应容量为决策量,建立了含PEI接入的配电网规划模型;最后以含PEI的10 kV配电网为例进行仿真验证,仿真结果验证了模型的有效性与实用性。     

面向新型城镇的能源互联系统规划关键技术研究及展望

融合“互联网+”的能源互联系统成为新型城镇背景下能源产业发展的新形态。充分考虑城镇资源禀赋与区域供用能特性,因地制宜合理地规划能源互联方式,对新型城镇能源互联系统由理论转化为实际,实现可持续发展具有重要意义。首先对新型城镇能源互联系统进行简要介绍,提出了能源互联系统的基本架构。其次,介绍了能源站、能源网络以及站-网联合系统的建模方法。基于此,从多能负荷预测开始,介绍了能源站、能源网络以及能源互联系统联合规划模型、求解方法,分析了不同规划理论的区别与联系。最后,对新型城镇能源互联系统可能的发展方向进行了展望。     

面向能源互联网的未来配电网优化规划

能源互联网是未来全球能源行业的发展方向,其对电力系统的发展将产生深刻影响。文章分析了未来能源互联网场景下配电网的特殊需求,提出未来配电网将发展为承担多能转换与利用的新型配电网,并给出未来配电网的基本构架,分析其能量流动形态。在此基础上,构建考虑多能转换与存储设备成本构成及运行约束的配电网优化规划模型,在满足多能负荷需求的前提下对多能源接口设备与综合储能设备进行优化设计,并利用粒子群算法对该模型进行求解,仿真算例验证了所提模型的有效性,可为未来配电网的发展与规划提供必要参考。     

考虑可再生能源接入的综合能源系统规划评述与展望

建设多能耦合的综合能源系统是解决可再生能源消纳问题的有效途径之一。可再生能源的接入大大增强了综合能源系统的不确定性,如何合理分析并应对不确定性带来的影响是综合能源系统规划研究中的重要课题。文章首先总结了可再生能源接入下综合能源系统的典型结构。然后,梳理了综合能源系统多能负荷预测方法和多能流分析技术的研究成果,进一步从能源站规划、能源网络规划和站网联合规划3个方面归纳总结了考虑可再生能源接入的综合能源系统规划研究进展。最后,从可再生能源消纳新场景探索、考虑可再生能源接入的多能流分析技术、考虑多重不确定性的综合能源系统规划和考虑多能需求侧管理的综合能源系统规划4个角度展望了未来可能的研究方向。     

基于多能互补的综合能源系统多场景规划案例分析

综合能源系统存在冷热电气多种能源形式、多方利益主体、差异化用能需求等特点,如何统筹协调多种能源互补特性,通过源-网-荷-储等各环节灵活配置,实现可再生能源就地消纳,提升系统综合能效,是综合能源规划所面临的关键问题。结合北方某园区综合能源系统规划实例,对多场景规划理念进行了探讨,分别对能源需求预测分析、综合能源站子系统规划场景设计、建设时序及多能互补协同效益等规划环节进行了深入的分析,可为相关区域综合能源系统规划项目提供参考。     

基于异构区块链的多能系统交易体系及关键技术

能源行业中多种能源的整合对未来市场化交易提出了新的需求,区块链作为一种新型的信息化技术能够有效地支撑能源领域产业新业态的创新服务模式拓展。为了拓宽未来多能互补控制技术的应用,实现多能系统中多方信息资源和物理资源的整合,解决互补集成控制过程中的交易安全问题,文中基于多能系统互联交易需求及现阶段区块链的技术发展现状,重点分析了区块链在多能系统中的应用适用性以及异构区块链所带来的信息互联互通问题,提出了构建基于异构区块链技术的多能系统交易体系的必要性和方法。最后,详细分析了异构区块链技术在多能系统中应用的关键技术以及后续业务发展的局限性,并给出相关问题解决的技术方案和相应的建议,有效地支撑了未来多能系统下多种形式的异构区块链交易结算的工作。     

面向能源互联网的零碳园区优化规划关键技术与发展趋势

碳中和、碳达峰的践行,零碳园区是重点之一。新型电力系统背景下,园区的电力能源供应具有水/电/气/热高度融合、源网荷储强不确定、一二次拓扑结构复杂多样等特点,现有的规划设计技术较难满足其应用需求。为此,以零碳园区为主要研究对象,对其优化规划设计的研究现状、关键技术与未来发展趋势展开讨论。首先,从能源互联的角度阐述了零碳园区的内涵架构与其规划设计技术研究现状;其次,归纳并阐述了零碳园区包括能源-交通系统耦合、多能互补、能量梯级利用、需求响应、渐进式规划等优化规划关键技术;最后,从共享理念、数字孪生与云储能等方面分析了园区规划未来的发展趋势,从理念应用、学科交叉、信息融合与态势感知等角度指明了园区规划的技术挑战与研究方向,以期为我国面向能源互联网的零碳园区的发展提供更有力的技术支撑。     

能源互联网背景下的两阶段风电有功功率控制

能源互联网发展的背景下电网向着与信息系统融合和多电源互联的方向发展。文中提出一种能源互联网背景下的两阶段风电与多能源协调控制优化策略。在日前/日内调度阶段,以平抑波动性为目标给出风场内部的有功分配策略;在实时调度阶段,以优化经济性为目标给出多电源协调调度的调整策略。结合实际系统算例,通过与传统方法比较,说明了控制策略的有效性。     

能源互联网多能扰动识别的数据流处理模型

电能、燃气、热能等多能源融合使能源在生产—调配—使用过程中极易发生多能扰动,传统的离线扰动识别方法很难满足能源互联网实时性的要求,采用数据流处理技术可对多能扰动信号进行在线识别。从能源互联网的能量—信息交互入手,对能源互联网多能扰动问题进行分析,为不同扰动信号建立数学模型。采用小波变换对扰动信号进行分解,并基于滑动窗口构建扰动信号的数据流处理模型。该模型首先构建滑动窗口概要数据结构,其次改进小波树更新算法以实现概要结构快速更新,优化扰动信号特征提取,最后采用决策树算法对信号特征进行分类。构建的数据流处理模型被应用到电能质量扰动和燃气质量扰动的识别中,验证该数据流处理模型的有效性。     

面向能源互联网的多能源局域网两层功率优化分配

针对面向能源互联网的多能源局域网运行调度中的实时功率分配问题,提出一种基于多智能体两层一致性理论的多能源局域网实时动态功率分配策略。将能源互联网划分为若干个能源局域网,同时以各能源局域网和能源局域网内各分布式电源的增量成本作为一致性状态变量设计一致性功率分配算法,使得各能源局域网根据自身情况承担能源互联网系统的功率不平衡量,进一步使得各分布式电源根据自身情况承担能源局域网的功率不平衡量,从而达到降低系统发电成本的目的。该算法通过相邻智能体之间的信息交互,减少了数据通信量,并且能够很好地应对能源互联网和能源局域网拓扑结构的变化。仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

考虑多能流广义储能作用的配电网协调规划

能源互联网背景下配电网内逐渐形成能源耦合、能量交互的区域综合能源系统,对提高可再生能源渗透率、解决环境问题具有重要意义.通过网侧资源协同利用与多能流优化调度达到存储能量的目的,并构建多能流广义储能系统;在此基础上,考虑多能负荷和分布式电源的多重不确定性,采用随机优化和鲁棒优化相结合的方法建立基于分季节多场景的三阶段鲁棒规划模型;将各阶段模型转化为混合整数线性规划模型并采用CPLEX进行交叉迭代求解.以改进的IEEE 14-NGS14系统为例,仿真结果验证了所提模型得到的规划方案能有效降低建设成本和运行成本,提高能源利用效率和可再生能源消纳水平,相较于传统鲁棒优化和随机优化,所提模型在经济性和保守性之间达到了良好的均衡.