能源互联网下的需求响应研究

基于能源互联网背景,研究了需求侧资源信息流和能量流的双向互动,分析了需求响应与调度控制、数据信息、交易平台等其他能源互联网重要技术的深度融合,并设计了能源互联网下需求响应运作机制,最终实现利用互联网技术,促进以电力系统为核心的大能源网络内各类设备的交互,达到多源互补、节能减排、提高能效的目的。     

能源互联网路由策略研究

能源互联网将可再生能源技术与互联网技术相结合,实现分布式可再生能源的大规模利用与分享。针对在以"能源路由器"为基础、以"微电网"为结构单元的能源互联网中,存在大规模、频繁的能量与信息转移传输现象,即能量信息流的"路由"问题,基于能源互联网理想路由模型,利用复杂网络理论,提出3种路由策略,解决3种考虑不同因素下的能量信息流路由问题。针对"能量传输拥塞"问题,提出基于边权的路由策略;针对"能量负载均衡"问题,提出基于网络邻节点负载的路由策略;在同时考虑"能量传输拥塞"和"能量负载均衡"影响下,提出联合路由策略,并通过仿真实验证明了该策略的可行性与有效性。     

推广储能的共享经济模式 支撑能源互联网的发展

<正>从技术发展断代上看,现有储能系统本质上是模拟系统,其核心特征为储能系统中的能量流是模拟连续的,并且储能系统中模拟能量流和数字信息流是在不同时空尺度上相互独立存在和运行的,缺乏能量流与信息流在相同尺度上的深度融合。能源互联网是一种将互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。能源互联网通过信息物理深度融合技术重新     

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。     

基于能源自组织的能源–信息–交通–社会耦合网络研究综述

该文归纳了复杂网络视角下研究能源–信息–交通–社会耦合网的背景意义、国内外研究现状、面临的研究挑战及亟需解决的关键科学问题。基于自组织理论对亟需解决的关键科学问题进行深入思考,并定义了能源自组织(energy self-organization,ESO)概念。通过ESO个体与集群的复杂特性分析,总结和比较了ESO与现有诸多文献研究类似概念的差别与优势,完善了复杂网络分析在区域能源互联网中的应用理论体系。通过提出ESO个体和集群的复杂网络建模、最优网络流分配、同步控制、故障级联机理分析及利益交互博弈等问题的研究思路与方法,揭示和增强能源–信息–交通–社会耦合网局部和整体在相互作用过程中的独立自治、自优化、自适应等特性。最后,分析展望了基于复杂网络分析研究能源–信息–交通–社会耦合网络的前景。     

考虑运行约束的区域电力–天然气–热力综合能源系统能量流优化分析

能源系统的经济运行与可持续性发展是当今学术界与工业界关注的重点,随着热电联产、热泵、燃气锅炉等低碳技术的发展,区域电力系统、区域天然气系统以及区域热力系统能源耦合愈发紧密,形成了区域电力–天然气–热力综合能源系统,为简单起见,称其为区域电力–天然气–热力系统(regional electricity-gas-heat system,REGHS)。为进一步分析REGHS各能源子系统的互补特性及其协同优化的潜力,首先对上述能源子系统进行建模与求解,基于能源集线器概念,对以区域混合能源站为核心的能源耦合环节进行分析,并形成了REGHS能量流综合求解模型;以经济最优为目标,通过设置合理的运行约束(包括REGHS能源网络约束与HES约束),对REGHS能量流进行优化,为能源供应方案的优选提供了一定的理论根据,引导用户合理、经济用能。经算例验证,通过能源的转换与分配,优化后的REGHS供能成本有效减少,提高了能源综合利用效率,同时,能源子系统均满足其运行约束。     

多能源网络的广义电路分析理论——（一）支路模型

多种能源形式的互补与耦合为多能源系统集成带来巨大价值,但不同能源形式遵循不同的物理规律和数学表征形式,为综合分析与协同优化带来了挑战。文中基于拉普拉斯变换这一分析系统动态过程的有力工具,提出了多能源网络的广义电路分析理论。首先,建立了多能源网络支路层能量流的统一数学方程,提出了以拉普拉斯变换为基础的广义电路建模方法,将多能源网络在时域的复杂传输特性转换为拉普拉斯域简单的代数问题,提出了各能源系统能量流的分布参数电路模型,进一步提出了以"支路"为整体单位的支路层能量流集中参数传输模型。文中提出的多能源网络广义电路支路模型能够科学地分析支路层能量流的稳态与动态特性,揭示多能源网络能量流的共性,为多能源系统全网络分析奠定基础。     

基于区块链的能源互联网智能交易与协同调度体系研究

区块链具有智能合约、分布决策、协同自治、防篡改性等特征,在运行方式、拓扑形态、双边交易和协同调度等方面与能源互联网有天然相似之处,可以很好地支撑能源互联网建设。该文从二者技术融合的角度出发,基于能源互联网的物理拓扑结构和逻辑协议层次分析,提出了基于区块链的能源互联网层次架构模型;设计了交易完全去中心化的能源互联网智能交易模式及信任机制;探讨了在调度部分去中心化下的垂直分级调度系统和多级变电站的协同调度模式,及相应的电网安全校核与物理约束条件;形成了基于区块链技术构建的支撑"横向多源互补,纵向协同调度"体系的能源互联网智能交易与协同调度模式,有利于实现能量流和信息流的高度融合控制与安全传输。     

能源互联网视角下城市配电网与其他能源系统的转化研究

在能源互联网视角下，城市配电网与其他能源系统的转化研究是基于城市配电网的多能互补和需求侧管理，将可再生能源、储能、交通等多种能源系统整合在一起，并在此基础上实现多能互补与协调控制，使其成为城市能源互联网的核心支撑。首先，分析城市配电网与其他能源系统之间的相互转化机理；其次，阐述城市配电网与其他能源系统之间的能量流、信息流和物质流；最后，以某城市配电网为例，对其与风电、光伏等分布式可再生能源的协同控制进行分析。     

考虑网络约束的能量枢纽灵活性价值评估

分布式能源快速增长使配电系统灵活性需求剧增。能量枢纽因其在多能源调度运行和能量管理方面的巨大潜力而得到广泛关注。该文从配电网运行角度建立能量枢纽灵活性价值评估指标为：可再生能源削减量、失负荷量和线路拥塞程度,并基于此分析能量枢纽灵活性为区域配电系统带来的价值。首先,考虑冷热电联供为核心的能量枢纽,基于耦合矩阵建立能量枢纽灵活性耦合关系模型。接着,考虑可再生能源出力的不确定性,计及电–气网潮流约束建立多能源系统运行优化模型。优化模型引入3个评估指标作为松弛变量,既能反映系统的灵活性不足,又能在数学上保证优化问题有解。最后,提出基于惩罚–凸–凹流程的求解算法处理耦合网络约束中的非凸项。算例表明,考虑源侧电–气耦合和荷侧电–热–冷、气–热–冷互补的能量枢纽灵活性在促进可再生能源消纳、避免失负荷和缓解线路拥塞方面起到积极作用。     

适合多元用户互动的信息—物理融合能源USB系统

能源互联网接入设备是用能设施接入能源互联网的媒介。文中阐述了适用于多元用户互动的能源互联网接入设备的基本概念和特征,并基于计算机领域"通用串行总线(USB)"的理念,研发了信息—物理融合的能源互联网接入设备,即能源USB系统(EUSBS)。首先,阐述了EUSBS的信息—物理融合内涵和功能,并设计了总体架构和应用拓扑结构。基于此,对其软硬件系统进行研发,重点介绍了其中的硬件架构搭建、五类主要能源USB装置研发和实验测试。软件研发则简要介绍了其总体架构和主要功能模块。此外,以某商业楼宇为对象,通过安装EUSBS和配置分布式设备,对其进行了能量管理分析,初步验证了EUSBS可对接入设备进行实时监测和协调控制,实现了能量流和信息流的双重流通。最后,对EUSBS未来应用进行了展望。     

基于HLA/Agent的能源系统与信息通信系统联合仿真设计

基于多代理的复杂系统建模方法和高层体系结构标准设计了能源系统与信息通信系统联合仿真架构,利用高层体系结构的高效协调机制和代理仿真模型的交互性和智能性,实现能量流与信息流联合统一仿真。论述了联合仿真的总体架构、各组成部分及其接口方式和时间管理以及仿真流程。联合同步仿真为综合能源系统的信息流与能量流联合仿真提供了有效的实现方式。     

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。     

交通能源互联网体系架构及关键技术

在能源互联网的发展背景下,基于能源互联网的特征,针对电气化交通系统的分布及负荷特性以及存在的问题,构建了交通能源互联网。首先阐述了交通能源互联网的体系架构,通过"源–网–荷–储"系统、传感与通信网络、大数据与云计算以及应用服务平台,实现横向多源互补与纵向"源–网–荷–储"协调。其次阐述了交通能源互联网的关键技术,通过"源–荷–储"协同规划对系统进行统一的规划,通过"源–荷–储"协同运行与控制对系统实现系统功率的动态平衡,构建中压直流牵引供电系统实现可再生能源、储能电源等的即插即用,运用先进储能技术平抑发电–负荷之间的供需差异,通过多级协调式能量管理系统,对系统的能量流进行分级协调管理。最后,以成都未来交通系统发展为背景,阐述了成都市交通能源互联网的协同规划与调度。     

能源互联网多能量枢纽合作议价模型

能源互联网的能量枢纽（energy-hub, EH）是实现区域内多能协调供应、区域间能源互补优化运行的有效途径。为实现区域内多能量枢纽的协调经济运行,保障不同能量枢纽之间的信息流和能量流互联互通,基于传统能量枢纽模型,构建多能量枢纽模型。同时考虑能量枢纽间能量交易的成本问题,提出多能量枢纽运营商间的合作议价模型。仿真分析表明：该模型能有效降低各运营商的运行成本,达到各能量枢纽之间能量流协调流动、资源利用率最大化的目的,减少了能源的浪费。     

能源互联网多能量枢纽合作议价模型

能源互联网的能量枢纽（energy-hub, EH）是实现区域内多能协调供应、区域间能源互补优化运行的有效途径。为实现区域内多能量枢纽的协调经济运行,保障不同能量枢纽之间的信息流和能量流互联互通,基于传统能量枢纽模型,构建多能量枢纽模型。同时考虑能量枢纽间能量交易的成本问题,提出多能量枢纽运营商间的合作议价模型。仿真分析表明：该模型能有效降低各运营商的运行成本,达到各能量枢纽之间能量流协调流动、资源利用率最大化的目的,减少了能源的浪费。     

基于能量路由器的智能型分布式能源网络技术

可再生能源发电系统因其间歇性和波动性特点不适于独立的自发自用供电系统,需要与其他分布式电网或公共电网互联。在传统电网向能源互联网转型过程中将形成基于能量路由器(energy router,E-router)的智能型分布式能源网络。E-router作为该网络的核心,类比信息互联网的路由器,可以实现大量分布式电源接入低压电网后的能量管理和传输控制。该文在综合E-router应用类型和现有技术基础上,绘制了基于多能量路由器的3层树形架构智能型分布式能源网络,归纳分析了智能型分布式能源网络的典型特征,并从配电网层、微电网层和用户层详述了系统架构、接入能源、运行控制、通信调度和关键部件E-router的技术类型及实现方式。     

综合能源并网CPS模型及信息化安全防护方案研究

大量分布式综合能源接入配电网,给配电网安全运行带来了新的问题与挑战,随之产生了对自动化数据接入及信息安全技术应用的新需求。综合能源并网系统是一个典型的信息物理系统。针对综合能源并网信息互联网化接入带来的信息安全问题,提出满足综合能源侧数据采集及电网主站侧应用的信息物理建模需求,并建立了其五元组信息物理模型,进而采用马尔可夫决策过程模型,设计了基于信息物理模型的安全防护方案,以满足面向综合能源的互联网信息接入和业务应用要求,算例分析结果证明了设计的综合能源并网信息物理模型和安全防护方法的有效性。     

分布式信息能源系统的耦合模型、网络架构与节点重要度评估

分布式信息能源系统是能源互联网发展的新阶段和应用的新形态,也是信息和能源深度耦合的分布式复杂信息物理系统。该文在研究电网与电力通信网的耦合网络模型的基础上,借鉴复杂网络理论,采用相关系数法和关联矩阵法建立以能源路由器为节点的分布式信息能源系统网络架构;结合信息流和能量流的不同业务特征,建立考虑双网耦合标度的网架节点重要度评价指标体系,提出一种可由客观因素修正主观赋权的多指标综合评价方法;仿真验证表明通过节点重要度计算可有效优化系统骨干网架的搜索过程,确保覆盖重要度高的节点及关键线路,进而验证节点重要度评估机制的可行性及合理性。     

“分布式信息能源系统”专题特约主编寄语

正分布式信息能源系统(distributed cyber energy system,DCES)是能源互联网(energy Internet,EI)顺应新时代、新机遇与新挑战的产物,是能源发展的新阶段与新形态。能源作为信息的载体催生出海量能源数据,而信息技术的发展又将反哺能源网络的改造和升级。DCES通过信息流与能量流的交互影响,加强能源互联网的计算、优化、控制与管理的深度融合,以安全、高效、可靠和实时的方式感知与管控能源系统,实现多能源系统之间的自治与协作。