能源互联网接入设备关键技术探讨

作为能源系统与信息系统信息-物理深度融合的庞大网络,能源互联网"开放共享"的特征对用户侧能源的接入、控制和传输提出了挑战。针对能源互联网背景下用户侧综合能源管理问题,首先提出了能源互联网接入设备的概念,指明了其区别于能源路由器的特征,并从规划调度、运行管理和能源服务3个维度详细介绍了能源互联网接入设备的应用领域。然后,重点介绍了设备特征识别、需求响应、区块链、大数据、综合能源管理和电力市场等6项关键技术,并深入阐述了能源互联网接入设备与这些关键技术的紧密联系。最后,简要介绍了能源互联网接入设备的实施方案和未来挑战,以期为未来能源互联网下用户设备高效便捷入网提供一些借鉴和参考。     

基于工业互联网的智慧能源服务系统架构研究

简述智慧能源系统及架构设计的现状与问题。提出了基于工业互联网的智慧能源服务系统,实现多元设备泛在接入、监视控制、电动汽车有序充电、储能充放电管理等功能。首先提出基于"泛在物联网+互联网"的智慧能源服务系统的总体架构,接着阐述了其技术架构和集成架构。最后介绍了系统的示范应用,系统已在国网总部部署,与营销业务、智慧车联网平台等系统互联互通,实现数据和资源共享。在平台基础上构建电动汽车和储能设备有序充放电应用,在北京、上海、河南等地试点,验证了该系统的实用性和有效性。     

改进型灰色模型算法的新能源高弹性电网评估

针对现有技术中新能源电网评估不足和能源调配不合理问题,通过设计“主干网” 和“局域网”,将主干网 或者微网设计成分布式能源互联网网络架构,使分布式能源以开放对等的形式构成信息能源一体化系统.研究还实现 了分布式能源互联网双向按需传输和动态平衡使用,从而能够将不同形式的新能源有序接入、转换和应用;设计了配 电数据信息融合算法模型,提高了配电网资产运行效率;通过基于灰色GM(１,１)模型的电网高弹性分析方法,实现 了多种不同能源互联网架构的数据分析与计算.试验表明,所提方法数据融合能力强,评估误差率低.     

面向能源互联网的灵活配电系统关键装备与组网形态研究

提出以柔性控制为基础的电能路由器和电能交换器等关键电气装备为核心的能源互联网体系结构,并提出基于信息物理系统融合的电气信息物理系统设备互联参考模型。在此基础上对面向能源互联网的灵活配电系统关键装备——电能交换器的系统结构进行较详细设计,同时对未来基于电能交换器的配电网组网形态进行研究,提出各种应用场景下的多种组网模型。最后设计了面向能源互联网的配用电侧能源局域网基本结构,并对配电网交流直流供电模型进行计算机仿真和物理装置简化试验,论证了可行性和有效性。     

能源互联网:理念、架构与前沿展望

能源互联网是当前国际学术界和产业界关注的新焦点,其概念还处于讨论和不断发展中。文中从能源网和互联网的关系入手,分析了两者相互借鉴的互助发展历程及形成的不同理念和特点,在此基础上提出了能源互联网的发展目标、主要理念、主要特征和基本架构,并展望了潜在的前沿问题,以及和智能电网概念的关系。能源互联网是能源和互联网深度融合的新型能源系统,开放是其最核心的理念,互联网思维和技术的深度融入是其关键特征。能源互联网的基本架构由"能源系统的类互联网化"和"互联网+"两层组成。前者指能量系统,是互联网思维对现有能源系统的改造,表现为多能源开放互联、能量自由传输和开放对等接入;后者指信息系统,是信息互联网在能源系统的融入,体现在能源物联、能源管理和能源互联网市场等方面,是能源互联网的"操作系统"。     

能源互联网中的关键设备与支撑技术

能源互联网是指各种一次、二次能源的生产、传输、使用、存储和转换装置以及它们的信息、通信、控制和保护装置直接或间接连接而成的以电网为主干的网络化物理系统。从能量的生产、输送、交换和存储4个方面介绍了能源互联网中的关键设备及其发展趋势,跨越电力、天然气、热力、交通4大能量传输网络。分析了这4种能量传输网络的发展现状、各自的特点以及不同的技术需求。介绍了能源网络中的接口及能量转换设备。对多能量载体下的复合储能技术的发展趋势进行了预测。为了能够更好地协调这些关键设备在各能源网络中的应用,从规划和运行两个角度阐述了能源互联网中的支撑技术。最后提出了对于能源互联网发展的一些思考。     

地市级区域能源互联网安全可信防护体系研究

从涵盖能源种类、负荷多样性、网络规模、示范效应和应用效果等方面来看,地市级区域能源互联网应是能源互联网真正落地实施的较佳选择。区域能源互联网在实现"能源流、业务流和信息流"的高度智能融合之际,又具有源端不同类型互补、配用电网传输分配、储能装置与用户动态接入的特性。复杂的接入环境、灵活多样的接入方式,数量庞大的接入终端使得区域能源互联网面临更多的安全隐患。该文针对地市级区域能源互联网的互补耦合和扁平化管理结构需求,定义了基于多级能量–信息路由器和能量–信息交换机的地市级区域能源互联网系统模型,描述了该系统模型的基本架构、网络内部能量流和信息流的传输与分配特点,并通过复杂网络环境下的地市级区域能源互联网的安全需求,提出了地市级区域能源互联网的安全模型,构建了基于可信计算技术的地市级区域能源互联网安全可信防护方案。     

能源互联网背景下5G网络面临的挑战

能源互联网需要将能量流和信息流进行耦合,建立全新的能源体系,分析现有的能源互联网架构及对信息通信技术的需求,结合目前5G网络的研究现状和发展趋势,阐述5G网络在能源互联网背景下面临的大规模传感器接入和组网技术、分布式能源管理、面向能源互联网的应用架构以及网络体验质量(quality of experience,Qo E)和信息安全4个方面的挑战。能源互联网是一次重大的能源变革,信息通信技术是实现能源互联网的关键技术之一,综述能源互联网背景下5G网络面临的挑战,为未来能源互联网中信息通信技术的应用指明方向。     

电力图计算平台及其在能源互联网中的应用

建设能源互联网已经成为提升电力公司客户服务质量、提升企业运营效益、提高能源利用水平和优化可再生能源消纳的必然选择。与智能电网相比,能源互联网的运行规模更大,优化控制更复杂,其对信息管理系统在系统规模和计算分析速度上提出了更高要求。电力企业迫切需要利用互联网领域的最新技术研发能源互联网信息管理系统。针对这些要求,首先介绍在互联网领域已经获得广泛应用的图数据库的基本概念和特点,然后介绍原创的电力图计算平台,接着介绍在此基础上研发的超高速能量管理系统(energy management system,EMS)、"发输变配电网一张图"系统、电力设备管理知识图谱、综合能源服务技术支持系统、电力现货市场模拟仿真系统、以及"能源互联网一张图"信息融合共享系统,最后对图数据库和图计算在能源互联网中的广泛应用场景给出了展望。     

考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化

工业园区是典型的复杂能源系统,通过利用多能源之间的耦合机制,实现多能互补,可显著提升其经济效益与能源利用率。为此,文中针对工业园区提出了一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化模型。首先,介绍工厂综合能源系统架构,再对综合能源系统中的能量生产设备、能量转换设备以及能量存储设备进行独立建模。基于此,以日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。所提模型遵循"品位对口,梯级利用"的科学用能思想,按热品位高低进行能量梯级利用,实现工业生产流程与设备运行参数的综合优化。算例分析表明,所提的优化调度策略更契合工程的实际需求,可降低工业用户的运行费用。     

能源互联网的网络化能源集成探讨

随着能源互联网概念的兴起,不同领域对其内涵具有不同的解读。文中将能源互联网的技术实质归纳为一种网络化能源集成技术,将智能电网定位为能源互联网的核心中枢,提出了能源互联网的三层双向网络架构,并将信息物理系统(cyber physical system)概念扩展为cyber,physical and socioeconomic(CPS)系统。将网络化能源集成的关键技术归纳为统一对等的节点模型、能源集成接口体系、网络化集成条件下的运行与控制,以及基于广义大能源网的能量全生命周期管理。     

基于USB的高速数据采集系统的设计

本文介绍基于ARM7控制芯片S3C44B0X、DSP芯片TMS320VC5409和USB芯片PDIUS-BD12的高速数据采集系统的设计,给出数据采集系统的硬件设计构架,并且阐述各个部分的功能.文中着重讲述系统中USB接口部分的硬件设计、软件开发流程和USB的枚举过程.文中给出USB软件设计分层图,以及USB设备初始化的软件流程图,实现了基于USB接口的高速数据采集系统.     

基于撮合交易的能源互联网最小网损路由算法

能源互联网是基于智能电网和可再生能源发展而来的多种能源共享系统。作为能源互联网的关键设备,由信息流控制的能量路由器(ER)可以较好地实现分布式可再生能源所发电能的高效优化传输。详细介绍了现有ER的结构、功能和设计要求,并考虑了能源互联网中引入ER后电能传输路径的优化选择问题。随着电力市场的放开,分布式能源参与电力市场化交易,使得能量流在能源互联网中灵活双向流动。传统调度方式难以区分能量流的源和方向,也不能保证能量流按照合同路径传输,因此提出一种基于撮合交易的最小网损路由算法,并应用于未来能源互联网。该算法考虑了电能质量的差异性及电力传输的异步性和实时性,同时将阻塞管理直接考虑进优化算法中。最后,通过仿真验证了所提优化算法的有效性。     

能源互联网内多类设备协同运行的能量管理系统软件设计

针对能源互联网中的海量分布式设备和电动汽车的需求，利用C#和Java编程语言设计并开发面向能源互联网的能量管理系统。该系统采用典型B/S 架构，以Asp.Net动态网页开发技术和数据库技术为核心，由云端后台算法、云端服务器的MySQL数据库、前端的网页三大部分构成。详细介绍了软件平台的系统框架，分为上下两层。其中，上层为日前-实时协同的多时间尺度能量管理系统模块，下层包含分布式设备协调控制子系统和电动汽车协调控制子系统。最后，通过仿真算例分析，能量管理系统能对海量的分布式设备和电动汽车进行优化调度，验证了该软件的可移植性、有效性和实用性。     

基于89C51和USB总线的数据采集系统

本文介绍了基于USB总线的数据采集设备的开发方法,包括硬件设计、firmware(固件)设计、基于windows驱动程序模型(WDM)的设备驱动程序设计以及应用软件的设计,同时也介绍了基于USB的远程数据采集系统。     

面向能源互联网的多能流综合能量管理系统:设计与应用

能源互联网是当前国内外学术界和产业界关注的热点和创新方向,其中一个焦点是研制多能流综合能量管理系统(IEMS)。在简要回顾能量管理系统(EMS)发展历程的基础上,设计并研制了面向能源互联网的IEMS,通过多能互补和源网荷储协同,实现安全供能前提下的效益最大化。阐述了所研制的IEMS的主要功能,并通过示例展现了其应用效果,该IEMS系统已经在几个能源互联网的示范项目中得到现场应用。     

能源互联网中H桥直流能源路由器的研究

能源互联网是构建在可再生能源发电和分布式储能装置基础上的新型电网结构,也是未来电网发展的新趋势。能源路由器主要任务在于能量的调节及信息的实时传递,是能源互联网的核心部分。文中提出的H桥型直流能源路由器,既可作为各种分布式能源发电装置和负载接入能源互联网的接口,又可实现能量的双向流动及协调控制,具有结构简单、适用范围广、经济成本低等特点,尤其是对直流微电网形式的能源互联网具有更强的适用性。文章首先介绍了能源路由器的国内外发展动态;然后介绍了能源路由器的应用领域及功能特性;接着对H桥型直流能源路由器的工作原理进行分析,并建立了H桥直流能源路由器的PSCAD仿真模型;最后,通过搭建相应实验平台验证了H桥型能源路由器能量的双向流动。     

多能流能量管理研究:挑战与展望

多能流耦合是能源互联网和综合能源系统区别于智能电网的关键特征之一。多能流能量管理面临三方面挑战:多能流耦合、多时间尺度和多管理主体。总结了国内外的研究现状,展望了多能流能量管理的研究趋势和重点:多能流实时建模与状态估计;多能流多时间尺度安全分析与安全控制;多能流混合时间尺度优化调度;多能流能量管理系统设计、开发和验证。     

基于函数挖掘的能源信息物理系统数据安全风险识别算法

数据安全风险评估对于能源信息物理系统安全稳定运行至关重要。现有的从二次设备、信息等角度来分析数据安全风险已经无法满足能源信息物理系统广泛的能源接入和各能源之间的能量、信息交互需求。首先提出基于粗糙集的数据安全风险要素特征选择算法,对影响能源信息物理系统中数据的安全风险特征集进行特征选择,降低能源信息物理系统数据安全风险要素集的维度;在此基础上,利用基因表达式编程（gene expression programming, GEP）的函数挖掘特性,提出基于混合GEP的能源信息物理系统数据安全风险识别算法,通过设计小生境种群生成策略以及动态自适应变异概率动态调整策略来提高数据安全风险识别的准确率和效率。仿真实验结果表明,所提算法对于复杂高维的能源信息物理系统数据安全风险集的识别和预测具有较高的准确率和较强的实用性,可为下一步制定能源信息物理系统数据安全防护策略提供理论方法支撑。     

RS-232接口转USB接口通信的实现

以IC卡门禁考勤系统为例，提出了一种将传统的RS－232接口转化为通用串行总线（USB）接口与PC机通信的嵌入式转换器的设计方案，先剖析了USB通信内核，然后探讨了系统软、硬件设计方案。