探析智能电网到能源互联网的概念与框架

罗文俊

摘 要：随着社会的不断发展，经济发展模式也在不断改变，新能源技术是未来经济发展中的主流技术，与此同时，互联网技术也将进一步普及，其应用范围以及应用深度亦将进一步加深。第三次科技革命已经到来，能源技术逐步与互联网技术结合，其最终目的是改变目前能源利用模式，为整个社会的可持续发展提供了支持。

关键词：经济发展 新能源技术 互联网技术 能源互联网 能源利用

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0046-02

从20世纪80年代开始，我国各行业都在悄然发生着变化，尤其是能源行业，无论是技术基础，还是组织结构，或是经济模式，都在不断地发展和变化。导致其变化的因素众多，例如：化石能源的过分应用，导致环境日益恶化；在发展中国家向前发展的过程中，单纯依靠石油、煤炭等不可再生能源的经济发展模式，已经日渐枯萎、无以为继。随着可再生能源的发展，以及在信息科技的推动下，建立起一个能够符合持续发展的能源利用模式，是当前人类社会发展中迫切需要解决的问题。

1 能源互联网的基本概念、架构及其组成

立夫金理论提出能源互联网应包含以下5个方面：一是由再生能源取代不可再生的，并且具有严重污染的化石能源；二是支持分布式电源的接入；三是支持氢储能以及其他储能的接入；四是通过互联网技术，对电力系统进行改善和优化；五是鼓励逐步转向电气化交通转变。在立夫金理论的基础上，笔者对能源互联网进行定义：它是一种依托前沿互联网信息技术，以电力系统为中心技术支持，将大规模分布的可再生能源视作一次性能源，并与交通以及天然气等等网络系统紧密结合的多网流系统。

其基本框架以及组成元素如图1所示。

2 广域内分布式设备的协调和控制

2.1 广域内分布式设备的协调优化

对于能源互联网而言，最关键的核心便是可再生能源，特别是对分布式的可再生能源的充分利用和广泛共享。再生能源具有一定的间歇性，其中储能、可控负荷两项是能源互联网中的重要构成。因此，分布式设备的接入，应将其作为主要的、关键的研究内容。现阶段，对设备接入的研究包括以下几点：（1）设备接入对配电系统所产生的影响，最为重要的是对系统稳定性、供电质量以及其他方面的影响。（2）设备规划问题，其需要重点研究的较为单一，即电源，以及设备在整个配电系统中的选址、定容，此项研究的目的是想要通过对设备的合理规划，最终达到优化电压轮廓，减少网络损耗，以及提升系统稳定性的目标。（3）设备的协调和控制，重点是电源和设备的配网，亦或是能量管理、电压控制、无功控制等[1]。

2.2 广域负荷侧控制

可控负荷优势明显，不仅反映时间快，而且其地域分布也较为广泛，可以预见，其必将成为未来电力系统中最为重要、应用最多的设备，能够有效地应对可再生能源间歇性问题，并且是在发生故障的状况下，保证系统功率平衡的重要方法。鉴于在能源互联网中，可再生能源是最为主要的部分，占有极高的比例，因此，协调、控制可控负荷，显得十分重要。

实验证明，控制负荷的手段最為主要、最为有效的有两种：第一种是直接负荷控制；第二种是价格响应，两种方法相比，用户对价格响应的接受程度更高，因此，实施也较为容易，应用性更强。再生能源也有一定弊端，即发电波动不稳定，十分的频繁，但实践证明，如果价格变化十分频繁，则无法起到引导用户行为的作用，所以要想通过加价格响应的方式来应对再生能源发电，其难度较大，由此可见，直接负荷控制手段可操作性更强，也更为简单[2]。

2.3 分布式设备的即插即用

鉴于分布式设备，特别是可控负荷数量过于巨大，那么，将接入系统问题全部交由电网公司负责，其显然无力承担。客观上对能源互联网提出了更高要求，需要有一定的可扩展性。所以，电网公司要进行转型，尤其是多个业务内容的调整，具体而言，要承担输配电系统的相关工作，包括系统的升级，以及系统的扩容，与此同时，要保证用户侧能量管理系统，以及调度机构两者之间有满足要求的信息沟通能力，并要不会影响到分布式设备的接入。要想达到这一目标，则能源互联网需要能够满足设备的一插即可用的能力[3]。

3 电力系统与天然气网络的融合

天然气对环境造成的不利影响不大，除此以外，新兴的联合循环燃气机组优势显著，不仅高效，而且反应速度快，更为重要的是建设时间更短。燃气发电的比重在逐渐提升，可以预测，在未来会有大幅度提升。尤其是美国页岩气革命，产生巨大影响，也将进一步推动燃气发电发展。在未来，燃气将成为主要的一次能源。由此可见，能源互联网，必然是天然气网络和电力系统两者相互融合共同发展的产物[4]。

4 电力系统与电气化交通系统的融合

在化石能源消耗中，除了发电行业用量巨大外，交通行业的消耗量也十分巨大。随着经济科技的发展，电池技术越加成熟，同时，电池成本也在不断减少，促进了电动汽车的发展。电气化交通作为新兴产业在快速发展。未来电力系统和交通系统两者将有着更深层次的契合发展，其耦合的桥梁就是电动汽车。电气化交通系统，特别是电动汽车，将是未来能源互联网中的重要构成部分[5]。

电动汽车与其用电设备相比，更具特殊性。首先，当其多数量的接入电力系统后，必然无法做到在规定时间、规定地点以及规定程度下充电。这种情况，必然会对电力系统造成不利的影响。举例而言，导致电力系统峰荷大量增加，系统网络受到损害，还可能导致电能质量的下降。其次，如对车载电池进行充分利用，又形成一个规模分布式电能储存网络，可以支持再生能源的接入，并且能够发挥出减峰补谷的作用。当前，无论是国内还是国外，都对将电动汽车接入电力系统这一问题进行了深入研究，主要的研究内容包括3点：一是对电力系统所产生的影响；二是针对电力系统进行控制，还有调度方面的问题；三是充电设施的规划问题。但是，目前所进行的研究，将主要目光集中在电力系统，忽视了电动汽车自身的特征，对电力系统、交通系统两者之间的相互关系缺乏一个明确、适合的描述说明。

5 能源互联网的信息物理建模及安全性

5.1 信息质量及能源互联网的信息物理建模

能源互联网的建立，从本质上而言，是为了对广域内的能量生产，以及大量的消耗设备进行调度和协调。而要想真正地实现协调，则要求信息能够在各种设备中进行双向传递。所以，信息技术的重要性不言而喻，在能源互联网中有着至关重要的作用。

长期以来，针对信息系统和物理系统两者之间的研究，更多的是停留在浅层次的研究，通常在研究过程中，会假定信息系统所提供的信息是符合要求，不仅完整，而且是及时准确的。实际上，在发展过程中，物理系统的调控，对于信息系统的依赖性在逐渐增强，所以，上述假定是不成立的。鉴于此，必须要更深层次的展开针对信息质量对物理系统性能所具有的影响的研究。

5.2 能源互联网的信息物理安全性

在经济社会发展中，信息系统和一次能源系统这两者之间在不断融合，同时，融合的程度也在不断加深。对于能源互联网而言，信息安全问题显得尤为重要和紧迫。实际上，在供水系统、电力系统以及天然气系统中，信息安全问题已经不是新生问题，政府和行业内都已对其有了长期的关注和研究，例如：电力系统，通常人们认为电力信息系统与外部信息网络之间是彼此独立的，因此，安全性能高，不会轻易受到威胁和攻击，但是在2010年，专门性的计算机病毒出现，打破了人们的认识。

网络攻击不会对物理系统进行直接性的破坏，而是以影响其功能的形式进行破坏，这一问题已经成为电网研究部中的焦点。想要解決这一问题，还需要专业人士不断地进行思考和探究。

6 结语

综上所述，能源互联网的发展，是智能电网发展的主流趋势，其核心是电力系统。从本质上来讲，能源互联网的发展，能够推动能源结构的转变，同时，石化能源的利用方式也将发生一定改变，向分布式可再生能源利用转变。可以这么说，未来能源互联网的发展，能够预示能源产业的发展方向。

参考文献

[1] 董朝阳，赵俊华，文福拴，等.从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.

[2] 曾鸣，杨雍琦，刘敦楠，等.能源互联网“源—网—荷—储”协调优化运营模式及关键技术[J].电网技术，2016， 40（1）：114-124.

[3] 曾鸣，杨雍琦，李源非，等.能源互联网背景下新能源电力系统运营模式及关键技术初探[J].中国电机工程学报，2016，36（3）：681-691.

[4] 李柏青，刘道伟，秦晓辉，等.信息驱动的大电网全景安全防御概念及理论框架[J].中国电机工程学报，2016，36（21）：5796-5805，6022.

[5] 蒲天骄，刘克文，陈乃仕，等.基于主动配电网的城市能源互联网体系架构及其关键技术[J].中国电机工程学报，2015，35（14）：3511-3521.