浅析信息通信技术在能源互联网中的应用

◆夏 飞 邹昊东 徐晓海

（1.国网江苏省电力公司信息通信分公司 江苏 210008；2.国网江苏镇江供电公司 江苏 212001）

浅析信息通信技术在能源互联网中的应用

◆夏 飞1邹昊东1徐晓海2

（1.国网江苏省电力公司信息通信分公司 江苏 210008；2.国网江苏镇江供电公司 江苏 212001）

本文引用“能源互联网”的概念，探讨未来能源互联网的发展方向，总结信息通信技术在能源互联网中的作用，从信息采集、处理，共享、决策等层面探讨能源互联网建设过程中涉及的关键技术需求，分析信息通信在其中的技术发展路线。

能源互联网；信息通信；分布式能源；微网

0 引言

近期，在《全球能源互联网》一书中，国家电网公司对全球能源互联网的发展进行了深入研究，重点谋求构建全球特高压骨干网架，推动智能电网的广泛应用。书中描述的能源互联网对分布式电源具有很强的适应性，能够保障各类能源友好的接入和各种用能设备即接即用；在信息通信方面，能够与互联网、物联网、智能移动终端相互融合，满足用户多样化需求。

能源互联网的建设以优化能源的消费模式为最终目标，即联通骨干网络、分布式能源网络与用户网络，完善全网的信息共享，协调主干供电与分布式供电，根据用户实时用电需求智能配电，实现能源的高效利用。

为联通骨干网络与分布式网络，能源互联网需具备复杂的网络架构；同时要求采集、共享、分析庞大的数据集，网络通信的可靠性和稳定性也是巨大的挑战；此外还需具备完善的网络运行管理和故障恢复机制。

1 能源互联网的发展方向

我国在未来智能电网[1]的发展规划中，将智能电网定义为基于物理电网，以通信信息平台为支撑，涉及电力系统的发电、输电、变电、配电、用电环节，实现“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的现代电网。本文描述的能源互联网发展方向与此吻合，借助互联网收集信息，分析决策后指导电力能源网络的运行调度。

德国 E-energy[2]提出的能源互联网原型为其中一个典型代表：从发电厂、电力运输，到电力分配、电力消费各个环节都成为利益相关者，每个与电网连接的设备或装置如即插即用的应用程序一般，被添加到控制系统中，形成具有全新结构和功能的综合数据网络。

借鉴 E-Energy的核心思想，我们可将能源互联网的发展归纳为：维持电力骨干网不变，借鉴互联网开发对等的理论，融合局域网（分布式能源生产、用电方）进行信息共享与协作，达到最高效益的发电与用电。

2 能源互联网对信息通信的建设需求

为实现电力能源生产-消费均衡、传输损耗降低、信息高效共享、满足用户需求，能源互联网的建设应覆盖生产、传输、监控、调度等方面，这就要求信息通信满足一系列的信息化建设，具体表现在：

信息化辅助能源生产：将分布式能源和微网（由电源、负荷、储能、控制构成的独立自治系统）以局域网的方式加入。将原有的电力骨干网络与微网有效配合、合理规划，由分布式能源实现局部范围的能源供应，将有效降低骨干网络的传输压力。而合理规划的前提是完整的信息采集，快捷的数据计算，可靠的传输机制和实时的信息分享，从而达到对全网（骨干网、微网及分布式能源网）精确地负荷辨识。

信息化控制能源传输：能源的高效传输需要精确控制能源流动、调节能源类型以满足消费需求。这就需要先进的通信技术，能够把用户实时变更的需求、线路状况等信息及时汇总到决策中心。电力路由器为能源互联网的信息传输提供了思路，路由器连接骨干电网、负荷、可再生能源电力生产单元、电力存储单元，以及由其他电力路由器承担连接功能的微网，实现信息传递与电能调配的整合，使得骨干网与微网的交互成为可能。

信息化指导能源调度：利用信息技术采集电能信息，监测电能质量，控制电网能量，管理用户电量需求。具体可描述为：在并网分布式能源时，实时采集各类能源的特性和时间特征等因素，设计协调策略维持系统整体平稳；监测可再生能源发电的电压波形、频率、功率等因素，实时反馈电能质量；获取用户动态的能源需求，变更实时决策，控制能源生产与能源交换，对设备和符合进行灵活调度，确保系统最优化运行。

3 信息通信关键技术在能源互联网中的应用

信息通信是能源互联网架构中的中枢神经，其负责信息收集、传输和处理，是能源合理调配以满足用电需求的前提和保障。为实现能源互联网对用户消费模式的新需求，信息通信的技术发展需涉及高效的网络架构、可靠的网络通信和健壮的网络运行管理等各方面，具体可描述为：

（1）独特的网络结构

因融入了电力骨干网与各局域网（分布式能源生产方、用电方），其网络架构具有跨地域、多节点、动态性、异构等特征，类似于计算机网络的P2P网络和无线通信中的自组织网络。为保障信息传输、共享的及时性、有效性和可靠性，通信网络是重要的技术职称。文献中提出的总线结构有效地融入了微网，以骨干传输通道（包括电力骨干网能源传输和信息传输专用网络）为基础，接入单元（微网、用户消费端、分布式能源产生端），通过即插即用的方式接入，接入单元通过电力路由器实现符合、能源状况和信息的共享，为整个网络控制决策提供支撑。

（2）可靠的通信网络技术

能源互联网通信网络架构需要充分利用现有的电网通信网络，配置边缘标准化智能交换设备，要求其定义的接口涵盖多元化底层技术、易扩展、便维护、能支持多业务。能源互联网中的通信网络要求具备负荷感知功能，通过汇总负荷和电力供应，利用储能和调度管理使得供需平衡，支持独立供电、分布式发电和电力交易等业务。

（3）智能的网络运行管理和故障管理技术

网络的运行管理使得能源互联网具备系统运行的高效性，利用先进的 IT和监控技术，可以对能源互联网运行状态进行精确估计，也可以对负荷、发电端、储能装置等进行实时监控和管理，合理分配网络资源，提高单个资产的利用效率，降低运行成本。从功能角度看，运行管理功能主要包括网络的接入识别、管理策略的远程部署、异常处理和修复、以及日志文件的设定与管理等。

故障管理对于能源互联网运行的稳定性至关重要，能源互联网要具有很强的自愈功能，要求在电网出现故障时能自动隔离故障，使供电中断最小化或恢复其业务，必要时允许孤岛运行。因此，通信模块需要与管理模块联动，通过指令的传输，保障远动、继电保护、测距等业务功能实施，规定和开发相应的管理协议是实现远程控制管理的关键。

（4）兼容的信息传输协议

信息采集和处理过程中应考虑不同类型的数据传输、存储和处理。电力系统协议规范如IEC61970、IEC61850、IEC61968仅提供了电力业务的数据存储与传输处理耦合的网络层面模型。但能源互联网业务种类差异较大，需融入用户用电数据、分布式可再生能源（不同类型能源）的因素特征数据。这就需要设计面向不同业务的传输层协议，并且在电力路由器端开发相应的各类接口以识别不同协议传输的数据。

（5）能源互联网大数据分析

能源互联网承载业务类型的多样化要求信息的采集、传输、处理、分发都有很高的可靠性和及时性。需借用云计算模式提供高效的计算能力，如利用Map-Reduce的并行计算模型提供计算效率；尽量避免集中式的数据汇集，将云计算资源调度策略用于分布式存储单元的部署，并减少信息之间的耦合程度。

4 总结

本文结合我国当前的能源形势和相关信息技术领域的发展状况，分析了能源互联网的实现原型，从主体的功能模块、网络架构、相关支撑技术方面阐述了能源互联网对信息通信体系的要求。可总结归纳为利用信息通信技术，融合电力骨干网、分布式能源网、互联网、智能移动终端，完成信息的全面共享，满足用户的多样化需求，谋求能源的高效利用。

[1]刘振亚.全球能源互联网[M].中国电力出版社，2015.

[2]Liu Zhenya. Smart Grid Techniques[M].Beijing: China Electric Power Press，2010.