能源互联网的关键技术研究

戴瑞 王金梅

摘 要：能源互联网是互联网技术和新能源技术结合的产物，能够更好地解决所面临的能源危机和环境恶化。本文阐述了能源互联网的概念和特点，重点讨论了能源互联网的关键技术。

关键词：能源互联网；可再生能源发电技术；互联网技术

互联网迎来了创新的时代，使互联网信息技术得以发展，创造了很多新的商业模式。美国未来学家杰里米·里夫金已经提出了能源互联网，就是以 “互联网+”为核心，从而实现分布式发电和和电动车接入。[ 1 ]国内外学者研究了能源互联网的内涵及特征，详细探讨了能源互联网的概念、技術构架、关键技术等，同时也使越来越多的学者对能源互联网感兴趣了。[ 2-4 ]

中国领导人在纽约联合国总部出席联合国发展峰会上也提到了推进能源互联网，能源互联网已经受到国内外学者的特别关注了。

能源互联网是互联网技术和新能源技术结合的产物，能够更好地解决所面临的能源危机和环境恶化。与当前研究的智能电网，微电网等相比，无论在概念上，还是在技术和方法上都有独特的特点。所以说，对于促进能源互联网的发展，使传统的电网向能源互联网逐渐演化，研究能源互联网的定义、特征及各种关键技术是有必要的。

1 能源互联网的概念和特征

1）能源互联网的概念。能源互联网是一种清洁替代和电能替代为重点，其以特高压电网为骨干网架，结合先进的电力电子技术及可再生能源发电技术等，实现双向的能源和信息接入和切断的高效电网。（如图1所示）。能源互联网的构想是以智能电网为基础来研究的。美国北卡莱罗纳州立大学黄勤教授主持2008年美国国家科学基金项目 FREEDM提出过能源互联网类似的概念。

2）能源互联网的特征。能源互联网是是大电网技术、储能技术、电力电子技术、信息技术、可再生能源发电技术、需求响应技术等有机的结合。与一般电网比较，其具有6个特点：分布性、联结互动、开放性、安全性、基础设施继承性、健壮性。

2 能源互联网关键技术

2.1 储能技术[ 5 ]

目前，随着社会不断的进步，已经开发了很多不同形式的储能方式，其中代表的有化学储能和物理储能。若选用新型的储能装置，可以使分布式能源发电达到稳定性和容量要求；通过对储能控制策略的优化，使系统具有强大的竞争力。

2.2大电网技术

大容量远距离输电是全世界各国的基础能源技术，也是大型能源基地中的分布式发电的有力保障。大容量远距离输电技术有直流输电、直流电网、海底电缆、超导输电等技术。其次，新型的智能传感器件、先进的电力电子器件、高温超导材料、储能设备等能源互联网的新型器件与材料的研究探索也是有必要的。

2.3信息技术

先进的信息技术包括传感器、云计算、物联网等技术，是能源领域的指南针。能源互联网的构建平台是大数据分析和云计算，从而实现数据的采集、管理、分析、服务、安全等功能，支持电源的配额、电能的教育、节能、监控、运行和维护等业务。[ 6 ]

1）传感器技术。传感器是一种检测装置，是信息采集的关键技术。通过智能传感器获取能源互联网中的数据状态、可再生能源发电状态及用户测设备用电状态参数等，将这些数据进行分析、处理并提供改进控制策略。2）云计算与云存储技术。云计算（cloud computing） 是一种通过网络安全、方便的获取计算资源，实现随时随地，按需方式的高效计算模式，为电力业务提供高质量的云服务。 [ 6 ]3）大数据。大数据是指不能在一定的时间内采用数据库软件对其进行数据提取、管理等。可以实现大数据采集、预处理、存储及管理、分析、检索、可视化、安全等功能。4）泛在互联。互联网是重要的信息平台，泛在网络是在传统的互联网基础上扩大了覆盖范围，实现了无论在时间上还是空间上的人或物的信息交换，也就是物物之间、人与物之间信息想通的互联网。

2.4电力电子技术

利用新型半导体材料制成的电力电子新器件（如 SiC 功率器件）比利用硅半导体器件具有更好的耐高温、反向截止电压高、低开关损耗等优点，成为新一代的先进电力电子装置。一些复杂的控制算法、故障检测、模糊控制、神经网络控制等控制策略都被整合到DSP内实现，提高了新型电力电子设备的功能。

2.5 智能能量管理技术

能源互联网中具有多种能量生产、传输、消耗设备，具有典型的非线性随机特征与多尺度动态特征，智能能量管理技术可以实现能源局域网内能量设备的 “ 即插即用 ” 管理，多种能源之间的分布式协同控制，提高可再生能源高渗透率下的鲁棒性。其控制设备包含继电保护装置、DG控制器等，当网内出现一系列故障时，能源互联网系统可以自主实现孤岛运行与并网运行之间的平滑切换。

2.6 可再生能源发电技术

可再生能源发电主要包括风力发电、太阳能发电、水力发电、地热能发电、生物质能发电、潮汐能发电等多种方式，其中水力发电、生物质能发电已经较为成熟的技术，而风力发电、太阳能发电、地热能发电及潮汐能发电等都属于新兴的发电技术，当前的热门话题就是风力发电和光伏发电。

a. 风力发电技术是一种将风能转化为电能的发电技术，其工作原理是利用风力带动风车的叶片进行旋转，再通过增速机将所旋转的速度提高，最终发电。风力发电是新型发电中规模较大、较成熟的一种。

b.太阳能光伏发电技术是通过半导体硅等材料的光电效应直接将太阳能转换为电能，其具有清洁安全、可靠性高、不消耗燃料、能源到处可取、成本低、不收地域时间的限制等特点，所以具有较为广阔的前景。

2.7 需求响应技术

需求响应是用户通过电价或其他激励做出响应来调整用电。通过需求响应来优化调整用电负荷实现削峰填谷，从而提高了能源的利用率。

2.8 微网技术

微网是通过各种可再生能源对一栋楼、一个小区等进行独立发电、供热，也可与公共能源连接的微型能源网络。微网使用可再生清洁能源发电，可灵活便利对设备进行充电。微网可实现能源协调规划、多种能源之间相互转换、分布式发电预测等功能。

2.9 标准化技术

能源互联网首要任务是构建标准化体系，其标准化体系由交易服务、规划设计、运行维护、相应的规范、法规等标准构成。这些标准需要跟进，保证互联网的安全运行、健康发展。

3 结论

本文阐述了能源互联网概念及特征，重点探讨了能源互联网的关键技术的研究。主要结论是：

1）能源互联网是一种清洁替代和电能替代为重点，其以特高压电网为骨干网架，结合先进的电力电子技术及可再生能源发电技术等，实现双向的能源和信息接入和切断的高效电网，并结合多种能源网形成高效、多元化的能源共享互联网。激活新型商业模式。2）能源互联网的特征是分布性、联结互动、开放性、安全性、基础设施继承性、健壮性。3）能源互联网构成要素包括市场域能源互联网、用户域能源互联网、智慧城市能源互联网、国家级骨干能源互联网及跨国广域能源互联网。4）能源互联网关键技术是包括新能源发电技术、电网技术、先进电力电子技术、先进储能技术、先进信息通信技术、智能能量管理技术、需求响应技术、微网技术、关键装备技术和标准化技术。5）能源互联网开放平台是通过云计算和大数据分析技术构建开放性服务平台。可以支持新能源分配交易、、用电交易、电动汽车充电设备监控及维护、节能等新型业务。6）能源路由器实现多种能源如：天然气、冷热气、用电等的连接、存储、转换等功能。7）能源互联网涉及多种能源的生产、输送、转换、交易等，相应的规范、标准、法规需配套跟进，保障能源互联网安全运行、健康发展。

参考文献：

[1] 杰里米·里夫金，张体伟，孙毅宁，译.第三次工业革命[M].北京：中信出版社，2012.

[2] 查亚兵，张涛，黄卓等.能源互联网关键技术分析[J].中国科学：信息科学，2014，44（6）：702-713.

[3] 董朝阳，赵俊华，文福拴等.從智能电网到能源互联网： 基本概念与研究框架[J].电力系统自动化，2014，38（15）：1-11.

[4] 周海明，刘广一，刘超群.能源互联网技术框架研究[J].中国电力，2014，47（11）：140-144.

[5] 于慎航，孙莹，牛晓娜，赵传辉.基于分布式可再生能源发电的能源互联网系统[J].电力自动化设备，2010，05.

[6] 李晓强， 王超等. 能源互联网架构及电力相关关键技术研究综述[J]. 科技风，2015.

作者简介：

戴瑞（1984-），女，汉族，宁夏人，助教，研究生在读，研究方向：电力系统及通信技术。