面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术

电力物联网是保障电力系统安全可靠、经济高效运行的重要基础,也是支撑城市能源互联网的基础平台。为此,文章对面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术进行了深入探讨和分析。首先,梳理和分析了城市能源互联网和电力物联网的区别,并指出了面向城市能源互联网的电力物联网内涵;其次,分别提出了面向城市能源互联网的电力物联网的体系架构、物理架构和系统架构;最后,结合现有的“云大物移”、电力光纤入户、“四网融合”和“三表集抄”等技术,从信息化和通信化2个角度阐述了面向城市能源互联网的电力物联网关键技术内容及其现存的不足,以期为未来城市能源互联网的发展和研究提供一定的借鉴。     

面向用电负荷精细化调控的需求侧管理平台设计

随着国家能源互联网战略的深入实施,电力需求侧管理被赋予了绿色用电、智能用电等新内涵,研究热度持续不减.首先分析了需求侧管理平台的业务需求;其次,从总体架构、业务架构、应用架构、技术架构4个方面设计了平台架构;然后,分析了支撑平台建设的关键技术及其应用方法;最后,对平台在国网河北省电力有限公司的上线运行效果进行了分析.提出的需求侧管理平台可以有效地缓解区域性电力供需不平衡矛盾,削峰填谷效果显著.     

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。     

国家级开发区基于驻地网的集中式电力智能平台设计

针对上海漕河泾新兴技术开发区存在的各子园区自成系统,数据难以互通和整合的问题,从数据互通、基层系统搭建、大数据平台设计、数据库软件设计、平台数据采集及系统访问架构等方面介绍了基于驻地网的集中式电力智能平台设计,描述了集中式电力智能平台的功能,提出基于驻地网的集中式电力智能平台可整合各子园区内配电系统的监控及能源管控,监控开发区各区域供电系统的运行情况,提升开发区的整体智能化管理水平。     

特约主编寄语

能源互联网是一种互联网理念、技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的新型生态化能源系统,其涵盖了材料、器件、设备、系统、通信、信息等多方面的技术环节,以及政策、金融、运营、管理、标准、市场准入（检测认证）等多方面的非技术环节。作为能源革命与十九大战略思想在能源领域的实现手段和具体形态,能源互联网正在中国受到政、产、学、研、金、用多方的关注。 从2015年6月国家能源局开展“国家能源互联网行动计划战略研究”并于2016年2月国家三部委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》以来,能源互联网成为了国家战略,并且从理念向实际不断深化和落地。三年来,产业界和学术界硕果累累,在国家首批能源互联网示范项目建设的关键时期,《中国电力》杂志社紧密关注该领域的前沿问题和国家重大项目的最新动向,邀请本人作为特约主编,共同策划“能源互联网关键技术及应用”专栏,围绕能源互联网关键技术及应用,征集能源互联网科研及从业人员在该领域的最新理论成果、工程示范、观点视角等,共同促进能源互联网的技术进步和发展。 本专栏共收录17篇论文。论文分为三类：一类是宏观战略研究论文,针对能源互联网的概念、特征、架构和趋势进行阐述,为关键技术和应用提供了基础;一类是关键技术研究论文,针对能源互联网的具体技术进行理论与方法研究;另一类是应用实践研究论文,结合能源互联网具体应用场景和工程进行分析与讨论。 在宏观战略研究论文方面,清华大学能源互联网创新研究院高峰研究员等从源于互联网理念发展而来的能源互联网、源于大电网理念发展而来的能源互联网和源于多种能源综合利用理念发展而来的能源互联网对比剖析了能源互联网的基本内涵,给出了物理基础、实现手段、价值实现和体制保障的能源互联网四层组成架构,并将能源互联网分为互联网形态的能源设施与互联网形态的能源服务两大类。国网能源研究院有限公司鲁刚高级工程师提出了广义能源互联网发展理念,探讨了影响其产业头部格局的关键因素,即互联互通能力、综合能源系统规划设计能力和产业创新生态系统建设能力等。清华大学能源互联网创新研究院张靖副研究员等通过回溯梳理能源互联网架构的发展,以完善能源供需四环节后的技术架构作为工具,对九类示范项目和典型实例进行分析。国网能源研究院有限公司白翠粉博士等以价值域-业务域-信息域-能源域四维坐标为框架,以价值来源、价值形态、价值载体、价值实现为主线,具化了能源互联网在跨洲、国家、城市、局域四种情景下的功能架构。清华大学能源互联网创新研究院马君华研究员等从能量品质、安全可靠性、经济性、社会性、能源结构优化、交互友好性、组织管理与商业模式、合理开放性八个维度建立了能源互联网的评价指标体系,给出了能源互联网综合评价方法。国网能源研究院有限公司陈昕等以互联网视角梳理能源互联网的发展历程,提出综合性定义,并结合对电是能源互联网的核心、电网是能源互联网的基础平台的论证,提出建设能源互联网的基本路径。国网能源研究院有限公司谭雪博士等通过构建电网功能定位模型,运用SWOT-AHP分析电网发展的内外部环境,构建相应的指标体系量化分析电网发展的战略定位,提出电网功能与形态转变的方向。 在关键技术研究论文方面,国网经济技术研究院有限公司李敬如高级工程师（教授级）等从规划设计、关键设备、保护策略和运行控制等方面提出交直流混合配电网系统的技术需求及重点研究方向。国网能源研究院有限公司徐志成工程师等基于调峰评价指标体系分别进行了多区域调峰的确定性分析和不确定性风险评估,给出了典型峰谷互济运行方案,得出了一种多区域联网的协调调峰的典型运行方式及经济性评估结果。中国电力科学研究院有限公司刘畅高级工程师等提出了能够同时抑制联络线峰谷差和充分消纳光伏的综合能源站日前优化调度方法;基于负荷基值的优化调度结果提出了电网联络线功率期望值的确定方法,并在此基础上提出了考虑抑制联络线峰谷差和光伏消纳的综合能源站日前优化调度模型。国网甘肃省电力公司经济技术研究院王仕俊工程师等通过运用协同优化方法对用户用能安排进行了优化,并利用改进PSO算法对所建立模型进行求解,基于用户日能耗量对整体费用进行了重新分配。 在应用实践研究论文方面,国网能源研究院有限公司王雪工程师等从建设条件、整体规划、综合服务平台、政策机制等方面对城市智慧能源系统的顶层设计进行了初步探讨,并对城市智慧能源系统的发展路径进行了展望。广东电网公司东莞供电局黄学劲工程师等归纳并提出了能源互联网规划理念和方法,结合广东省某高新产业开发区的能源互联网规划案例,对能源互联网物理基础层规划作简要分析。国网经济技术研究院有限公司吴志力高级工程师（教授级）等指出园区能源互联网规划面临的关键技术难题,提出系统化的园区能源互联网规划方法的理论框架以及关键要素,并提出了相应的建设思路与原则。国网冀北电力有限公司经济技术研究院赵敏博士等分析出冬奥会建设期初电网现状及期末建设目标,设计出能源互联网的发展技术路径,系统性地梳理评价了17项重大建设工程对系统目标达成的贡献度。国网冀北电力有限公司经济技术研究院岳云力高级工程师等分析张家口某医院电蓄热式清洁供热改造工程的几种方案,并计算得出固体电蓄热方案具有良好的经济性;建议张家口应用互联网+电蓄热技术优化集中式和分布式清洁供暖实施方案。清华大学能源互联网创新研究院訾振宁高级工程师等分析了清洁取暖在实施中存在的突出问题,提出一种基于能源互联网的清洁取暖解决方案（虚拟热电厂）,引领能源互联网时代清洁取暖技术的变革。 本期专栏希望通过集成相关领域专家学者对能源互联网关键技术及应用的最新研究成果与实践经验,为我国进一步推动能源互联网发展提供理论、方法、技术、机制、政策方面的支持与参考。希望本专栏能为读者认知能源互联网带来帮助,对能源互联网的深入研究带来思考和启发。 衷心感谢有关专家学者对本专栏的大力支持,感谢《中国电力》李琼副主编、李博编辑在本专栏的策划和出版过程中给予的大力支持。     

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。     

区域能源互联网多能系统规划决策关键技术及应用

本文在剖析能源互联网发展新趋势基础上,深入分析区域能源互联网多能系统的发展挑战并对多能系统的规划决策技术开展深入研究,针对多能系统中多能能量规划、响应建模、系统多能节点调度分析与系统运行发展评价等现实需求设计了求解办法。同时,构建了基于“大云物移”新技术的信息通信支撑体系,实现多能系统的信息互通与共享。并以浙江能源互联网实际需求为基础,对能源互联网多能系统规划决策关键技术进行了案例验证,以此为基础搭建了能源互联网多能系统综合能源管理系统架构,包括业务架构、数据架构、技术架构与系统布置等,为能源互联网多能协同规划、优化控制与科学评价的系统实现提供了参考。     

能源互联网背景下的新一代电力交易平台设计探讨

发用电计划逐步放开、现货市场建设加快推进、能源互联网快速发展等新形势,对电力交易系统提出了新要求。首先,从新一代电力交易平台总体设计切入,结合能源互联网建设思路,对中长期电力曲线交易、横纵向集成、两级市场协同运营、高性能结算等重点需求进行了分析,提出了基于"云平台+微服务"的总体架构体系,重塑了六大业务应用,设计了优化出清、智能注册、全网通等技术支撑组件。最后,对平台建设需解决的核心支撑能力进行了探讨,并实现初步应用。     

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。     

全球能源互联网(山东)协同创新中心

<正>2015年4月29日,由国网山东省电力公司和山东大学共同发起组建的"全球能源互联网(山东)协同创新中心"合作协议签约暨揭牌仪式在山东大学举行。全球能源互联网(山东)协同创新中心旨在充分发挥校企双方各自的学科、科研、平台和人才等优势资源以及国家、地方政府和行业等方面的政策,为加快创新型国家建设,推动电力能源领域特别是特高压、智能电网与可再生能源的创新发展     

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。     

交通能源融合大数据平台架构与应用

交通系统的深度电气化和新型电力系统的快速发展加强了交通系统和能源系统的耦合,交通网与能源网呈现深度融合的趋势。两网的数据融合是实现两网高效交互及协同运行的关键技术。基于交通能源互联网的理念,提出交通能源融合大数据平台架构。对交通能源融合大数据平台在数据融合、分析、应用、安全方面所面临的挑战与难点进行分析,总结归纳大数据平台建设所需的关键技术。结合交通能源互联网在实际工程项目中的初步探索,给出交通能源融合大数据平台的典型应用方向。最后,对交通能源融合大数据平台的应用前景进行展望。     

多重异构城市能源互联网络实时仿真的顶层设计

城市能源互联网是国家"碳达峰、碳中和"的重要组成部分,也是电网转型规划、建设和运营的重点工作之一.实时仿真平台是城市能源互联网协调控制策略的有效验证手段,通过构建多重异构的城市能源互联网高性能实时仿真平台,可突破现有城市能源互联网协同运行决策依据单一等局限性问题,实现冷、热、电、气的协同、统筹和梯级利用,提高能源利用效...     

城市能源变革下的城市智慧能源系统顶层设计研究

当前中国城市智慧能源系统建设还存在建设内容不明、框架不清、与城市规划建设脱节等系列问题,亟需明确城市智慧能源系统顶层架构。在系统梳理世界主要国家城市智慧能源系统建设情况的基础上,分析了其可供借鉴的建设经验,描绘了中国城市智慧能源系统的总体图景,重点从建设条件、整体规划、综合服务平台、政策机制等方面对城市智慧能源系统的顶层设计进行了初步探讨,并对城市智慧能源系统的发展路径进行了展望,对未来能源互联网和城市智慧能源系统的规划、建设、运行等提供参考。     

基于热电共融的区域分布式能源互联网协同优化研究

针对常规分布式能源"点对点"供应的局限,以互联网思维为导向,基于产能、用能行为的时空互补性,提出以分布式能源产消者为基本节点,耦合电力和热力融通的区域分布式能源互联网理念。在此基础上,以能源流为纽带,以费用流为目标,构建区域分布式能源互联网拓扑结构、设备配置与运行策略的协同优化数学模型。模型可根据产消者的空间布局、以及对电、热多能源流的动态需求,以最低成本满足所有产消者能源需求为目标,对供给侧分布式能源系统的设备配置、运行策略,以及产消者间能量输送网络进行协同优化。针对典型案例的分析表明,通过引入电力和热力融通,各产消者可通过自助与互助,实现多种能源域内调配,微观层面提升网络整体经济收益,宏观层面对整个电力能源系统亦起到削峰填谷的作用。同时,与常规分布式能源的单体利用模式相比,区域分布式能源互联网不但可获得可观的经济收益,亦能取得一定的节能、减排功效。     

电力需求侧能效管理平台建设及应用

依据电力需求侧管理理念,简要介绍了电力需求侧能效管理系统的设计思路及功能架构,提出了节电效益计算分析模型,建立了基于GPRS技术的用电设备在线监测模块,并给出一个系统应用的典型案例,验证了该管理平台在电力需求侧管理工作中的应用效果。     

面向居民智能用电的边缘计算协同架构研究

随着电力系统的快速发展和智能家电的普及,面向居民智能用电的能源互联基于家庭应用环境,重新定义了智能用电系统各终端的功能以及终端之间广泛的互联互通与智能协同内涵。该文为常见的用户侧智能用电相关系统提出了一种边缘计算协同控制架构,可以解决多个大功率负荷同时工作导致负荷过载的问题。在边缘计算参考架构的基础上,分析了居民智能用电协同架构,不同智能用电终端各自的云平台通过统一接口连接入云协同平台,将终端边缘计算的数据信息传入云协同平台,再根据家电优先级排序,由该平台统一控制家电的开关,达到避免负荷功率过载的目的。并提出了基于层次分析法的家电优先级排序思路,对比了分布式协同与集中式协同架构。边缘计算协同架构通过设备边缘计算、协同控制中心的运维管理及云平台的智能协同,分析并处理庞杂的家电负荷数据,优化居民智能用电的运行模式,保障智能家电系统平稳高效运行。     

基于云边端协同的电力客户侧物联网调度系统

针对传统调度系统在电力客户侧物联网环境下运行中,存在完成调度的电力数据量少,无法满足电力客户侧需求问题,开展基于云边端协同的电力客户侧物联网调度系统设计研究.通过主控制芯片选型、无线收发装置结构设计、服务器选型,完成系统硬件设计,并通过基于云边端协同的迁移决策全局搜索目标获取、制定电力客户侧边缘任务边云协同调度策略,完成系统软件设计.试验结果表明,新的调度系统与传统调度系统相比,调度效率得到明显提高,能满足电力数据时效性要求.     

电力需求侧能效管理与需求响应系统的研究与设计

为引导需求侧优化用能管理水平、参与电网高峰负荷削减,实现能源利用效率的整体提升,简述了电力需求侧能效管理与需求响应系统建设的背景、意义;概述了系统在监测用户能源消耗数据、控制用户关键用能系统或设备的运行状态、响应电网侧需求响应事件方面功能;提出了系统的层次结构并描述了各层之间的关系;详细设计了系统的物理架构、功能架构,并分析了系统关键技术。本设计方案已应用于国家电力需求侧管理平台、国家电网公司电能服务管理平台的研发建设,为国家电力需求侧管理工作提供了技术支撑。未来,将对为能效管理与需求响应业务在国内的推广实施奠定技术基础。     

考虑多能协同的工厂综合需求侧响应模型

在能源互联网背景下,分散化的能源市场和能源网络结构使得传统的电力需求侧响应(DR)将逐步向综合需求侧响应(IDR)的方向发展。IDR是能源互联网中实现用户深度参与系统调控、传递能源市场价格信号、参与能源市场的重要切入点,是电力DR理论在能源互联网中的扩展。针对工业园区提出了一种工厂IDR模型,同时将光伏、电储能、冰蓄冷和水蓄冷等分布式资源考虑在内。建立园区内能源系统IDR的物理和数学模型,并将其转换为混合整数线性规划用分支定界法进行求解。仿真结果表明,通过IDR模型的优化,多种能源协同互补,并引导用户制定合理的综合能源利用方案,提高了用户侧的用能效率,减少了用户的用能成本;所提模型在工厂的经济性、灵活性以及系统运行方面均带来了一定的效益。