科学与技术前沿论坛
中国科学:信息科学2014年第44卷第6期:702–713
能源互联网关键技术分析
查亚兵xy ,张涛xy ?,黄卓x ,张彦x ,刘宝龙x ,黄生俊x
x 国防科技大学信息系统与管理学院,长沙410073y 国防科技大学高性能计算国家重点实验室,长沙410073*通信作者.E-mail:zhangtao@https://www.doczj.com/doc/2516035291.html, 收稿日期:2014–01–20;接受日期:2014–03–31
摘要能源互联网是解决未来可再生能源大规模有效利用的重要基础设施,围绕着这一新型电力网络的设计、实现、运行和管理中所面临的新问题,提出了实现能源互联网的六大关键技术:先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可靠安全通信技术和系统规划分析技术,并对各项关键技术所涉及的科学问题进行了分析与探讨.关键词
能源互联网能源局域网分布式发电储能系统固态变压器
1引言
能源是现代社会赖以生存和发展的基础.为了应对能源危机,各国积极研究新能源技术,特别是太阳能、风能、生物能等可再生能源.可再生能源具有取之不竭,清洁环保等特点,受到世界各国的高度重视.科学家指出,太阳光线一个小时的照射所产生的能量足以支撑全球经济运行一整年[1].欧洲光伏工业协会预测,在所有适合的建筑物表面安装光伏系统就能够产生1.5万亿度电,能满足欧盟所需电力总数的40%.2009年在《科学》杂志称只要中国提高补贴和改善传输网络,至2030年风力发电就可以满足中国所有的电力需求[2],可见可再生能源对于解决能源问题具有巨大的潜力.
可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点,传统电力网络的集中统一的管理方式,难于适应可再生能源大规模利用的要求.对于可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集,就地存储,就地使用”[3～5].
但微电网和分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量,故障检测,故障隔离的影响,也难于实现可再生能源的最大化利用,只有实现可再生能源发电信息的共享,以信息流控制能量流,实现可再生能源所发电能的高效传输与共享,才能克服可再生能源不稳定的问题,实现可再生能源的真正有效利用[6,7].
信息技术与可再生能源相结合的产物——能源互联网为解决可再生能源的有效利用问题,提供了可行的技术方案.与目前开展的智能电网,分布式发电,微电网研究相比,能源互联网在概念,技术,方法上都有一定的独特之处.因此,研究能源互联网的特征及内涵,探讨实现能源互联网的各种关键技术,对于推动能源互联网的发展,并逐步使传统电网向能源互联网演化,具有重要理论意义和实用价值.
中国科学:信息科学第44卷第6期
图1能源互联网结构示意图
Figure1Architecture of energy internet
2能源互联网的特征及内涵
参考美国国家自然科学基金委支持的未来可再生电力能源转换与管理(FREEDM)项目对能源互联网的相关叙述[8],能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术,信息技术和智能管理技术,将大量由分布式能量采集装置,分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来,以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络[9],典型结构如图1所示.
能源互联网由若干个能源局域网相互连接构成.能源局域网由能量路由器、发电设备、储能设备、交直流负载组成,可并网工作,也可脱网独立运行.能量路由器由固态变压器(solid state transformer, SST)和智能能量管理组成;智能能量管理根据收集的能源局域网中发电设备,储能设备和负载等信息做出能量控制决策,然后将控制指令发送给固态变压器执行,即智能能量管理控制信息流,固态变压器控制能量流.为保证能源互联网的可靠安全工作,能源局域网的上一级母线具有智能故障管理功能,提供能源互联网故障的实时检测,快速隔离等功能.能源互联网与其他形式的电力系统相比,具有以下4个关键特征[8,10～13].
?可再生能源高渗透率能源互联网中将接入大量各类分布式可再生能源发电系统,在可再生能源高渗透率的环境下,能源互联网的控制管理与传统电网之间存在很大不同,需要研究由此带来的一系列新的科学与技术问题.
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?非线性随机特性分布式可再生能源是未来能源互联网的主体,但可再生能源具有很大的不确定性和不可控性,同时考虑实时电价,运行模式变化,用户侧响应,负载变化等因素的随机特性,能源互联网将呈现复杂的随机特性,其控制,优化和调度将面临更大挑战.
?多源大数据特性能源互联网工作在高度信息化的环境中,随着分布式电源并网,储能及需求侧响应的实施,包括气象信息,用户用电特征,储能状态等多种来源的海量信息.而且,随着高级量测技术的普及和应用,能源互联网中具有量测功能的智能终端的数量将会大大增加,所产生的数据量也将急剧增大.
?多尺度动态特性能源互联网是一个物质,能量与信息深度耦合的系统,是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域,多层次关联,包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统.作为社会/信息/物理相互依存的超大规模复合网络,与传统电网相比,具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性,呈现出复杂的,不同尺度的动态特性.
3能源互联网关键技术分析
为了解决以上特性所带来的问题,发展能源互联网需要解决6项关键技术:先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可靠安全通信技术和系统规划分析技术.
3.1先进储能技术
与传统电网的用户侧节点不同,能源互联网中的用户侧节点(如家庭或小区等)一般都具有发电能力,因此需要配备一定规模的分布式储能系统.另一方面能源互联网的电网侧或发电侧,因为可再生能源的高渗透率,所以为了维持系统的稳定运行,必须配备较大规模的集中储能系统.可以看出,分布式和大规模同时并存是能源互联网储能的重要特点.
分布式储能主要面向用户,经济效益非常关键,对储能系统的存储效率、能量密度、使用寿命等提出了较高要求,新型储能材料是提高这些性能的关键;目前实现大规模存储的主要手段是电池成组技术,电池成组后储能单元的科学管理是储能系统高效,长寿命运行的重要保证;不论是分布式储能还是集中式储能的布局与建设,都会对整个能源互联网产生较大影响,因此进行科学合理的储能系统规划意义重大.先进储能相关技术的逻辑关系如图2所示.
3.1.1新型储能材料
目前,能源互联网中应用最广泛的储能方式是电池储能,为了满足能源互联网对储能的需求,国内外学者对新型储能材料进行了深入研究,以获取更高能量密度,更大的存储容量,更好的转换效率和更稳定的性能.新型储能材料的研究主要集中在以下3个方面.
(1)高比容量合金负极材料.传统的碳系材料虽然具有良好的层状结构,电极位低,制成电池电压较高,但在反复充放电时,可能会发生表面析出化合物现象和与电解液发生共嵌反应,成为电池循环寿命提升的瓶颈,未来的研究方向是硅合金与其他形式的合金材料.
(2)大功率,低成本,高容量和高安全性正极材料.正极材料性能对储能电池安全性,循环寿命,成本等的影响极大,目前的正极材料以固相法为主,液相法有待发展[14,15].
(3)燃料电池关键材料,燃料电池堆,固体氧化物燃料电池的电极材料.
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Interaction analysis between ELAN and PDN Renewable energy production prediction
Load prediction
ESS planning technology
(all scales ESS)
Effect analysis
between ESS and ELAN
ESS: energy storage system ES: energy storage
ES material
(small-scale distributed ESS)Cathode material
Anode material
Fuel cell material
图2
先进储能技术逻辑关系图
Figure 2
Advanced storage technology logic relationship
3.1.2储能管理技术
储能单元大规模成组后,由于储能单元的差异性大,数量较多,连接复杂,如果管理混乱,将严重影响系统的寿命和性能[16],因此国内外学者对储能单元的成组管理开展了大量研究工作,主要集中于以下3个方面.
(1)拓扑结构优化与设计技术.能源互联网的非线性随机特性给储能系统带来较大冲击,为了提
高储能系统灵活应对和处理随机波动的能力,科学合理的拓扑结构是基础.目前,动态化,网络化拓扑结构是研究的主要方向.
(2)性能监控技术.对储能系统性能的精确监控是保证对其合理调度使用的基础,然而目前储能
单元的性能监控技术仍不够成熟,大规模成组之后储能系统的性能监控更难以实现.目前,监控的主要参数为温度、电压、电流、内阻、荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)等,其中SOC 和SOH 不可直接测量,其精确估算模型是研究的重点.
(3)状态均衡技术.储能单元成组之前,因为生产工艺等原因,不可避免地存在差异性;成组之后,
差异性随着循环次数增加将越来越大.为减小差异性,目前已开发了几种常用的储能系统状态均衡技术,分别基于电阻、电容、电感和二极管等耗能和储能元件,但均衡效果仍不够理想,均衡电路与均衡元件的有效搭配是状态均衡的热点.
3.1.3
储能系统规划技术
储能系统的接入对提高电网的稳压调频能力,拉低电网功率峰谷差,改善用户在电网事务中的参与度具有重要意义,但储能系统的单位投入成本较高,有必要开展储能系统规划研究,目的是以最小的成本实现寿命长,安全可靠,经济效益高的储能系统.储能系统规划研究过程中面临的主要问题有:(1)不同的储能技术在成本、额定功率、充放电速率有所不同;(2)发电站侧、传输线侧、变电站侧、用户侧对储能系统的功能要求不同;(3)同一储能系统具有多种使用策略;(4)可再生能源发电和负载需求具有随机性、波动性和间歇性.因此,为了更好的开展储能系统规划技术研究,需要从以下3个方面进行突破.
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H-bridge DC/DC Converter
H-bridge H-bridge H-bridge
图3
固态变压器电路拓扑
Figure 3
Topology of solid state transformer
(1)各种待选储能技术评价分析.全面分析各种储能技术的各项性能指标,如额定功率、使用寿
命、初始投资成本、年平均维护成本、功率密度、比能量等,经过指标初选,指标筛选建立对储能技术评价的指标体系,为开展不同储能技术筛选提供理论依据.
(2)储能系统使用环境及作用机理分析.主要进行微电网与大电网相互作用机理分析,储能系统对微电网稳定运行作用机理分析,负荷特性分析,可再生能源发电功率预测分析,为快速准确的进行储能系统规划提供保障.
(3)储能系统规划权衡分析.确定储能系统的优化使用目标与约束条件,运用线性规划,非线性规划,动态规划,智能优化等方法选出最适合的储能系统组成,最佳的配置位置,最优化的使用策略.
3.2
固态变压器技术
随着高渗透率下可再生能源发电设备及储能设备接入,传统变压器的供电质量等方面难以满足能源互联网建设和发展的需求,而固态变压器作为一种利用电力电子器件进行高频的能量和功率控制的变换器,被认为是能源互联网的核心技术,其原理如图3所示,该固态变压器由3部分组成,分别是:AC/DC 整流器、DC/DC 变换器和DC/AC 逆变器.固态变压器可实现可再生能源发电设备和储能设备和负载的有效管理,固态变压器具有双向能量流动能力,可以控制有功功率和无功功率,具有更大的控制带宽提供即插即用功能.
固态变压器是将固态技术整合到变压器中,通过电力电子控制和中间直流总线能量存储功能,这种变压器具有很多新的功能[17].
(1)电压下陷补偿.当电网输入电压短期下降时,固态变压器可以补偿功率差额维持输出电压稳定,这种直流总线的能量存储功能可以作为满足用户的特定需求.
(2)断电补偿.和电压下陷补偿原理类似,在外电网断电时,固态变压器可以通过内置储能设备提供全电压补偿.
(3)瞬时电压调整.当电力系统或者负载出现波动时,固态变压器因为具有的能量缓冲功能可以维持输出电压恒定.
(4)故障隔离.固态变压器能起到电网和负载故障相互隔离的作用.
(5)单位功率因数校正(无功功率补偿).固态变压器能在一定功率范围内保持单位功率因数运行,也可以根据系统需要产生或吸收一定的无功功率.
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表1固态变压器与传统变压器比较a)
Table1Comparisons of solid state transformer and traditional
Evaluation indicator Conventional transformer SST Eliminating oil×
√
Reducing weight and size×
√
Reactive power compensation×
√
Voltage sag compensation×
√Voltage regulation Limited,slow
√Outage compensation×
√Harmonic isolation×
√DC output×
√Energy storage option×
√Fault isolation×
√Bidirectional power?ow×
√
a)表注:√
有此优点;×无此优点
(6)谐波隔离.非线性负载产生的畸变电流会积累到变压器的主边,而固态变压器能维持输入电流不畸变,能运行在单位功率因数下.
(7)直流输出.固态变压器具有400V直流输出,使得分布式能源的接入更方便.
(8)分布式信息量自动测量.固态变压器能自动测量包括瞬时电压、电流、功率因数、谐波量、功率、故障电流和故障电压等.
(9)环境效益.传统变压器需要绝缘油等液体,而固态变压器不需要绝缘油,对环境友好,且因为中间采用变压器的高工作频率,变压器体积大幅度减小.
固态变压器和传统变压器的具体性能比较如表1所示.
固态变压器作为能源互联网关键设备之一,其研究领域主要有:(1)基于SiC的新型宽禁带材料的研制,固态变压器要工作在高温、高压、高频的环境下,并且小型化也要求固态变压器具有高的功率密度,而SiC材料在高压、高温、高频环境下将表现出比Si材料更优异的性能:3倍于Si的禁带宽度,更大幅度的工作温度,比Si高一个数量级的击穿电场,有很高的功率密度.比Si高3倍的热导率,能在更高温度下长时间稳定工作[17,18],所以SiC材料将逐渐取代Si材料,成为固态变压器中功率半导体的主要材料;(2)基于SiC的固态功率器件和固态变压器设计与实现,文献[19]中利用10KV SiC 功率设备成功研制出270KVA的固态变压器,文献[20]中利用SiC MOSFET研制出FREEDM研究中心的第2代固态变压器,实现AC-DC的变换,效率达97%,体积仅为第1代的1/5,为未来能源互联网的大规模应用奠定了重要基础;(3)固态变压器的鲁棒性控制,传统的PID控制方法只具有小信号稳定性,不能保证固态变压器在元器件参数摄动、负载突变、可再生能源功率波动、电网波动等不确定性,大信号干扰下具有很好的稳定性,很多先进的控制方法如滑模控制、自适应控制、鲁棒控制、反演控制等非线性控制方法表现出了很好的大信号稳定性,另外也可以应用模糊控制、神经网络等智能控制方法提高固态变压器的鲁棒性.
3.3智能能量管理技术
能源互联网中具有多种能量产生设备,能量传输设备,能量消耗设备,拓扑结构动态变化,具有典
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1000
100
050100150
图4智能能量管理技术的系统架构
Figure4System architecture of the intelligent energy management technology
型的非线性随机特征与多尺度动态特征,如图4所示,为了实现对能源局域网内能量设备的“即插即用”管理,多能源局域网之间的分布式协同控制,以及针对可再生能源高渗透率下的控制策略高鲁棒性,需要在能源互联网的各层引入智能能量管理技术.
3.3.1能量设备“即插即用”管理技术
随着太阳能电池模块,小型风力发电机组与分布式发电设备成本的持续下降,繁琐的设备安装,互连等非硬件成本占到分布式电源总成本的比例越来越大,固定的拓扑结构也降低了系统的安全性与灵活性.为了降低分布式发电设备的非硬件成本,提高能源互联网的动态拓扑性,灵活性和安全性,要求能源互联网中能量设备满足“即插即用”的特性.能量设备的“即插即用”管理技术应具备:(1)类似于计算机的“USB”接口协议,能够快速感知与描述负载、储能、发电等设备;(2)具有开放的硬件平台,能与现有电网很好连接;(3)能量设备接入或脱离时能自动快速进行能量与信息的接入与断开.
为了实现能量设备的“即插即用”,应突破以下3个方面的技术:(1)各种能量设备的自动识别技术;(2)能量设备“即插即用”标准与协议的制定;(3)能量设备集成管理技术.
3.3.2分布式能量管理与协同控制技术
多能源局域网之间的能量管理与协同控制主要有主从控制与对等控制两类.主从控制的拓扑结构较为僵化,且主控中心计算量巨大,一旦崩溃会波及整个能源互联网系统;分布式对等控制没有控制中心,能量控制主要采用多能源局域网间的协同与配合,采用的是动态拓扑结构,具有能源网与信息网叠加的特点.为了最大化的利用可再生能源,提高能源互联网的可靠性与安全性,要求能源互联网运用多层交叉,集中与分布结合的分布式能量管理与协同控制技术.由于对等控制结构比较复杂,接口较多,响应速度相对集中控制稍慢,需要探索能够快速、高效和不以牺牲单个能源局部利益全局最优分布式能量管理与协同控制技术.
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分布式能量管理与协同控制技术实现中主要有以下几个方面的困难:(1)节点异质和通信时延等情况;(2)适应“即插即用”的动态网络拓扑结构;(3)保证系统整体的一致性.可以从以下几个方面进行技术突破:(1)设计物理结构简单,逻辑快速的控制网络拓扑结构;(2)采用动态性,适应性较强的分布式人工智能控制技术,对能源互联网中的多个微电网节点进行并行地,相互协作地控制;(3)借助agent技术的突出优势,构建基于agent的分布式多层交叉能量控制架构.
3.3.3基于可再生能源预测的控制策略优化技术
为了提高能源互联网中各种设备合理配置与优化调度能力,需要提高控制策略鲁棒性与适应性,而可再生能源发电功率作为最大的不确定因素,对储能系统的配置,充电使用策略和网内电压的稳定有重大影响,因此,有必要开展基于可再生能源预测的控制策略优化研究.目前,由于可再生能源发电高度的随机性和间歇,传统的预测方法难以实现精确预测,更难以研究出一套与之相适应的控制优化算法.
因此,开展基于可再生能源预测的控制策略优化研究主要从以下两个方面进行突破:(1)小偏差的短期,超短期可再生能源输出功率预测方法.探索运用气象预报数值结合神经网络或模糊自适应等大规模数据处理优化模型对可再生能源的输出功率进行预测.(2)高鲁棒性和动态性的控制优化方法.以可再生能源利用率、经济性、电网能量满足充裕度等为目标,以负载能耗需求、成本约束、光照与风力条件等为约束,采用混合动态规划算法、遗传算法、粒子群算法等实现高鲁棒性和动态性的基于可再生能源预测的控制策略优化.
3.4智能故障管理技术
智能故障管理技术在能源互联网中,固态变压器提供分布式能源和负载的有效管理,因其具有强烈的限流作用,能大幅度改善短路电流波形,提高电网的稳定性,与传统电网相比,能源互联网故障电流很小,最多只能提供两倍额定电流的故障电流,传统的通过检测电流大小的故障检测设备和方法将失效,需要设计新型故障识别和定位方法.这就需要设计一种新的电路断路器,保证当系统发生故障时,断路器可以快速的隔离故障单元,使得固态变压器能快速的恢复系统电压.而传统的机械式断路器会使系统在发生故障时,功率流动出现短暂的中断,会很大程度上干扰系统中的关键负载运行.而用固态电力半导体器件代替机械式断路器而研制的固态短路器可以满足能源互联网的需求[21].固态断路器利用IGBT等电力半导体器件作为无触点开关,大幅度提高相应速度.同时起到重合器和分段器的双重作用[22].
在能源互联网中主要采用环路供电策略,提高了系统的柔性操作能力和供电可靠性,能源互联网提出识别和定位技术,提出区域化系统保护方案,如图5所示,利用Kirchho?电流定律,根据线路两侧判别量的特定关系作为判断依据,即区域两侧均将判别量借助通道传送到对策,然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区域故障或区域外故障.利用纵连差动的思想,将能源互联网分割成若干个区域,每个区域两端都接有固态断路器,负责清除故障,由固态变压器提供后备保护,每个区域连接若干个固态变压器拓扑分支,每个分支上都有电流流入或流出,显然不能仅仅必先区域两侧的判别量,可以将在差动保护基础上,由Kirchho?定律去判断,若图中闭合线圈内支路电流之和为零,则区域内无故障;若电流之和不为零,则区域内有故障.由于电流传感器的励磁特性不可能完全一致,且在采用通信传输电流采样值时,也不能完全保证实时性和同步性,使得电流累加结果不为零,因此设定一个阈值,当累加电流大于此阈值时,判定区域内有故障,相关区域的固态断路器断开,反之则判
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10 k V B u s
图5
区域化系统保护方案
Figure 5
Zone system protection scheme
定无故障,固态断路器无动作
[23]
.
3.5
可靠安全通信技术
安全可靠的通信骨干网是能源互联网正常工作的重要保证.由于能源局域网内能量设备具有易接触性与高动态拓扑变化性,能源互联网的多尺度动态性,如图6(修改自文献[24])所示,使得能源互联网中的通信结构复杂,数据处理量大;为了保证能源互联网的稳定运行,要求通信网络满足网络时延小、数据传输优先级分类、可靠传输、时间同步以及支持多点传输等多种功能.实现正常,高效的能源互联网通信网络,需要处理好以下几个方面的问题:(1)通信的设备繁多(IEM 、IFM 、发电设备、各种智能负载);(2)通信层级各异(广域网、区域网、家域网);(3)通信时延要求较高(<20ms)[24].因此,主要可从以下几个方面进行突破.
(1)可靠安全通信网络架构分析.主要从地理上与控制关系上将通信网络进行合理的层次划分,对
影响各层通信时延,可靠性和网络安全的影响因素进行分析,包括可靠安全通信网络软硬件结构设计、通信优先级设计、通信安全措施分类、通信性能要求确定、通信媒介选择与确定等.
(2)协议改进与标准分析.主要通过对传统电网通信网络的通信协议分析,根据能源互联网的体系
结构改进或重新设计通信协议,分析IEC61970与IEC61968协议选择能量管理与分布式管理系统协议,分析IEC60870-6、DNP3、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC 62445-2等协议标准控制中心间通信协议,分析IEC62445-1、IEC61850等协议变电站间通信协议,最后根据分析结果、构建能源互联网可靠安全通信的物理层、数据链路层、伪传输层和应用层协议标准.
(3)通信实验平台设计与实验评估.主要是通过建立实验平台评估网络通信的功能是否满足要求,
需要完成软件系统设计、系统实验与评估、系统改进等工作.
3.6
系统规划分析技术
能源互联网是一个物质,能量与信息深度耦合的系统,是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会
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WIFI
ZigBee
control centre
Intelligent energy managent (IEM)
图6
能源互联网通信架构
Figure 6
Communication architecture of the energy internet
空间耦合的多域、多层次关联,包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统.作为社会/信息/物理相互依存的超大规模复合网络,与传统电网相比,具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性.能源互联网系统在协同控制过程中各个节点间存在着博弈过程和较强的社会性,能量的流动与网络拓扑的变化受市场电价和政府政策的影响,结构与单元异质,行为复杂,能量与信息深度融合,能量供需不确定等特征,表现出混杂多尺度动态与复杂网络特性.因此,开展能源互联网系统规划分析技术研究,分析并揭示能源互联网的控制,运行和演化机理,研究能源互联网系统中的体系结构设计与优化,能源互联网系统规划等方面的基础理论和关键技术具有重要的意义.
能源互联网系统规划技术以构建双向互动,自治高效和安全可信的能源互联网系统为目标,考虑能源互联网行为复杂,能量与信息深度融合,能量供需不确定等特征,主要从以下几个方面开展研究:(1)能源互联网系统中的体系结构设计与优化;(2)能源互联网系统可靠性、安全性和抗毁性分析与评估;(3)政策对能源互联网的影响分析等问题.
4结论
能源互联网是互联网信息技术与可再生能源相结合的产物,涉及的学科领域非常广泛,如材料科学、生物科学、控制科学、信息科学、管理科学、经济学等,是典型的交叉学科问题.能源互联网为解决可再生能源的有效利用问题,提供了可行的思路与技术方案.本文分析了能源互联网的六大关键技术:先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可靠安全通信技术、系统规划分析技术,初步讨论了每项关键技术需要解决的科学问题,目的在于引起学术界对能源互联网研究的关注,共同推动能源互联网的发展,为解决中国乃至世界能源问题做出贡献.
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21Watterson J,White L,Bhattacharya S,et al.Operation and design considerations of FID at distribution voltages.In: Proceedings of IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition,Long Beach,2013.2206–2211
22Zhang M R,Liu J H,Jin X.Research on the FREEDM micro-grid and its relay protection.Power Syst Protect Control, 2011,39:95–100[张明锐,刘金辉,金鑫.FREEDM微型电网及其继电保护研究.电力系统保护与控制,2011,39:95–100] 23Tatcho P,Jiang Y,Li H.A novel line section protection for the FREEDM system based on the solid state transformer.
In:Proceedings of IEEE Power and Energy Society General Meeting,San Diego,2011.1–8
24Xiang L,Wen Y W,Jian F M.An empirical study of communication infrastructures towards the smart grid:design, implementation,and evaluation.IEEE Trans Smart Grid,2013,4:170–183
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中国科学:信息科学第44卷第6期Analysis of energy internet key technologies
ZHA YaBing1,2,ZHANG Tao1,2?,HUANG Zhuo1,ZHANG Yan1,LIU BaoLong1&HUANG ShengJun1
1College of Information System and Management,National University of Defense Technology,Changsha410073, China;
2State Key Laboratory of High Performance Computing,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China
*E-mail:zhangtao@https://www.doczj.com/doc/2516035291.html,
Abstract Energy internet is an important infrastructure to solve high-permeability of renewable energy gener-ation in the future grid.A series of major issues about design,production,operation and management of this new grid.Six key technologies are proposed to realize the energy internet:advanced energy storage technology,solid state transformer technology,intelligent energy management technology,intelligent fault management technology, reliable and secure communications technology and system planning and analysis technology.Then the science problems of these technical issues are analyzed and discussed in this study.
Keywords energy internet,energy LAN,distributed generation,energy storage,solid state
transformer
ZHA YaBing received his Ph.D.de-gree in system simulation from Na-tional University of Defense Technol-ogy(NUDT)in1995.Now he is the dean of College of Information System and Management,NUDT.His research interests include conceptual modeling, system simulation and integration,sim-ulation Veri?cation,Validation and Ac-
creditation
(VV&A).
HUANG Zhuo received his Ph.D. degree in management science and en-gineering from NUDT in2007.His re-search interests include energy systems engineering and management,and sys-tem reliability
analysis.ZHANG Tao received his Ph.D.de-gree in management science and engi-neering from NUDT in2004.Now he is the deputy director of the depart-ment of system engineering,College of Information System and Management, NUDT.His research interests include complex system modeling and opti-mization,battery management technol-ogy,energy internet technology.
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全球能源互联网研究院有限公司创新思维火花项目管理工作规范（试行） 第一章总则 第一条为加强全球能源互联网研究院有限公司（以下简称“联研院”）基础性、前瞻性研究布局，着力培育源头创新能力，激励青年员工创新活力，特设立联研院创新思维火花项目（以下简称“火花项目”），并制定本规范。 第二条火花项目的设立旨在鼓励自由探索、激发原创思想、营造创新环境、培养创新人才。项目主要支持但不限于：新概念、新构思、新方法、新工具的发明创造、生产应用以及对现有材料、器件、设备、系统、工具的改进优化。 第三条火花项目列入联研院自筹研究开发项目计划，项目预算纳入年度研究开发费财务预算管理。 第四条火花项目的遴选、立项和管理工作遵循“鼓励原创、尊重首创、包容多元、宽容失败”的原则。 第五条本规范是《全球能源互联网研究院有限公司自筹科技项目管理办法（筹）》的重要补充。
第二章职责 第六条科技部是火花项目的归口管理部门，其职责是：（一）组织项目的申请、论证和储备； （二）开展项目申报单位和申请人的科研诚信审核； （三）制定项目的年度资助计划； （四）审核项目的可行性研究报告或项目建议书、计划任务书，下达项目任务； （五）组织项目的合同签订、实施及验收评价； （六）组织项目承担单位和负责人诚信履责评价。 第七条知识产权运营中心是火花项目成果和知识产权的管理部门，其职责是： （一）组织项目成果转化和知识产权运营相关工作； （二）审核项目团队知识产权、成果转化收益分配等相关约定； （三）参与项目申报单位和申请人的科研诚信审核； （四）参与项目的立项、验收、评价等工作； （五）参与项目承担单位和申请人诚信履责评价。 第八条财务资产部是项目经费的管理部门，其职责是：（一）审核火花项目的可研经济性和财务合规性； （二）负责火花项目经费财务核算；
B.不可再生能源；一次能源 D.化石能源；一次能源 全球能源互联网题库 一、单选题 1、 全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等（）和水能、风能、太阳 能、 海洋能等（）。 A.一次能源；二次能源 C.化石能源；清洁能源 答 案：c 2、 受电网输电能力等因素限 制，电力主要以 （）平衡为主。 A.国内和区域内 B.区域内 C.洲内 D.国内 答案：A 3、 北极地区（）资源丰富且分布广，技术可发量约1000亿千瓦。 A.水能 B.太阳能 C.风能 D.海洋能 答案：c 4、 （）是相对清洁的化石能源。 A.煤炭 B.石油 C.天然气 D.沼气 答案：c 5、 北极圈及其周边地区（）资源十分丰富，简称“一极， A.风能 B.太阳能 C.水能 D.天然气 答案：A 6、 （）是全球互联程度最高的洲际电网。 A.欧洲电网 B.亚洲电网 C.美洲电网 D.欧亚电网 答案：A 7、 中国（）太阳能资源比很多低纬度地区丰富。 A.甘肃北部 B.宁夏北部 C.新疆 D.青藏高原 答案：D 8、 （）是亚洲理论装机容量最大的水电基地。
A.长江 B.黄河C?恒河D.印度河 答案：A 9、能源供应面临的挑战是总量增长、（）、供应成本。 A.供应类型B资源制约C全球气候变暖D.生态环境破坏 答案：B 10、适应清洁能源大规模开发需要，应加快构建（）。 A.智能电网B特高压电网C全球电力高效配置平台D洲际电网 答案：C 11、能源供应是影响能源发展的重要经济因素，目前化石能源与清洁能源成本总体呈现出（）的趋势。 A.共同上升B共同下降C. 一升一降D. —降一升 答案：C 12、根据国际能源署预测，从2000年到2030年，世界一次能源需求增长的60%以上将来自（）。 A.北美地区 B.欧洲地区 C.发展中国家 D.南美地区 答案：C 13、中国石油对外依存度已超过（）。 A. 70% B. 60% C. 80% D. 75% 答案：B 14、现阶段，世界（）规模有限，不能适应未来能源清洁化发展要求。 A.电力生产 B.电力输送 C.电力开发 D.电力配置 答案：D 15、提高（）在终端能源消费中的比重，可以增加经济产出，提高全社会整体能效。 A.电能 B.石油 C.煤炭 D.天然气 答案：A
能源互联网发展趋势及展望 一、导论 能源互联网是互联网技术、能源技术与现代电力系统的结合，是信息技术与能源电力技术融合发展的必然趋势。因此如果以开放、互联、对等、分享的原则对电力系统网络进行重构，可以提高电网安全性和电力生产的效率，使得能源互联网内可以跟互联网一样信息分享无比便捷。在能源互联网提出来前，智能电网概念已经得到业内认可，智能电网的理论都已经非常成熟，从手段、理念到目标都非常清晰。正因如此，去年国家发改委和能源局出台了智能电网的有关指导性文件。 在智能电网的基础上，让互联网和智能电网深度融合，才会走向能源互联网。能源互联网不能简单认为是能源修饰互联网。如果简单从字面理解，能源互联网更多指向二次能源甚至新能源的互联网，这不全面。能源互联网应该是让包括新能源、非化石能源在内的更多的创新性能源技术，在互联网背景下的信息时代，整合得更坚实有力。能源互联网是互联网理念在能源领域的应用，但其并非能源与互联网的简单相加，而是一种新型的信息与能源深度融合的“广域网”，它以现有的大电网作为“主干网”，并以微网和分布式能源等能量自治单元为“局域网”，构建开放、互联、对等和分享的信息与能源一体化架构，以真正实现能量的按需分配与动态平衡使用，最大限度地灵活接入分布式可再生能源。通过信息化和智能化，智能电网力图在一定程度上解决电力系统自身的问题，提高设备的利用率、安全可靠性、电能质量等等，而能源互联网的基本出发点则是要解决未来大规模分布式能源和可再生能源与用户之间的开放互联问题，互联式的电网是最可行的方式。因此，能源互联网的核心在于能量的交换，信息通信控制是为了更好地支撑，信息物理融合在能源互联网中也非常重要。 形象地说，其实未来能源互联网的场景也很容易理解，就是源的极端动态（如间歇性的可再生能源达到50%以上）、负载动态加上个性化需求（如电能质量等），那么应如何构建能源互联网？能源互联网在一定程度上可以借鉴互联网的理念和技术，实现能量的交换。事实上，互联网从一开始面对的就是这样的需求——信息随时要求开放的接入（“源”是动态且开放的）、用户要求随时随地获取信息（“用”是动态且内容不断变化的），而且互联网需求的增长也非常迅速，应该说互联网架构演进到今天，虽然还存在很多问题，但基本上满足了这样的需求。 二、用户端 能源互联网，首先用户端就要联上网。“智能电表”的概念应运而生。智能电表是什么？智能电表是智能电网的智能终端和数据入口，为了适应智能电网，智能电表具有双向多种费率计量、用户端实时控制、多种数据传输模式、智能交互等多种应用功能。智能电表在智能电网数据资源整合中扮演着重要角色。在国家的“十二五”规划明确提出，物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流等十大领域重点部署，其中智能电网总投资预计达2万亿元，位居首位。2015年8月，发改委7个物联网立项中首个验收工程“国家智能电网管理物联网应用示范工程”验收成功。之后国家能源局印发的《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)》提出“推进用电信息采集全覆盖”、“2020年，智能电表覆盖率达到90%”以及“以智能电表为载体，建设智能
能源互联网背景下综合智慧能源的发展 行宇2016.09.18 什么是能源互联网？能源互联网可以理解为:“综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型 电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享”。能源互联网有三大内涵：从化石能源走向可再生能源；从集中式产能走向分布式产能；从封闭走向开放。这也意味着，未来能源行业的发、输、用、储及金融交易等环节都将会发生巨大变化。 实际上，能源互联网看似美好，但具体操作起来，从电网公司、发电企业、专门的调度机构等电力从业者，到国家发展改革委、国家能源局等监管部门，都会觉得很头疼。因为新的电力价值链需要新的技术，更需要新的体制以及商业模式来支撑，而这恰恰都是目前能源行业所缺乏的。 综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，根据地理因素与能源发/输/配/用特性，综合能源系统分为跨区级、区域级和用户级。区域综合能源系统是探究不同能源内部运行机理、推广能源先进技术的前沿阵地，具有重要的研究意义；稳态分析是该领域研究的基础，是探究多能互补特性、能量优化调度、协同规划、安全管理等方面的核心所在。
综合智慧能源只做一件事情，就是用积极的方式开发建设全新的综合能源，运用互联网创新技术让综合能源系统拥有智慧。综合智慧能源以功能区为单元，对不同能源品种，提供一体化解决方案，实现横向“电热冷气水”多类能源互补，纵向“源网荷储用”多种供应环节的生产协同、管廊协同、需求协同以及生产和消费间的互动。 一、综合智慧能源解决的问题 《关于推进“互联网＋”智慧能源发展的指导意见》提出，“互联网＋”智慧能源（能源互联网）是一种互联网与能源生产、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，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，推动能源市场开放和产业升级具有重要意义“。同时明确能源互联网建设的10大重点任务，一是推动建设智能化能源生产消费基础设施。二是加强多能协同综合能源网络建设。三是推动能源与信息通信基础设施深度融合。四是营造开放共享的能源互联网生态体系，培育售电商、综合能源运营商和第三方增值服务供应商等新型市场主体。五是发展储能和电动汽车应用新模式。六是发展智慧用能新模式。七是培育绿色能源灵活交易市场模式。八是发展能源大数据服务应用。九是推动能源互联网的关键技术攻关。十是建设国际领先的能源互联网标准体系。 作为区域综合能源系统的典型能源形式，源端与受端的能源多样化发展以及能源传输与设备的革新促使能源系统进一步耦合。简单的讲综合智慧能源=多类供能技术集成+分布式能源+互联网技术的创新。本
全球能源互联网读后感_读后感 全球能源互联网读后感（一） 国家电网公司董事长刘振亚在会上发表署名文章《构建全球能源互联网，服务人类社会可持续发展》。文章指出，只有树立全球能源观，构建全球能源互联网，统筹全球能源资源开发、配置和利用，才能保障能源安全、清洁、高效和可持续供应。 由此，《能源评论》组织召开第19次学术沙龙，中国科学院院士何祚庥、国家电网公司能源研究院总经济师魏玢、埃森哲公司大中华区副总裁兼能源资源事业部董事总经理丁民丞等专家一同为读者描绘出”全球能源互联网”未来图景…… 一场急剧气候变化之后，地球一片苍茫，空气稀薄，植物枯萎，到处是一眼望不到边废墟，幸存者们为了生存，争夺紧缺资源和食物，在无望中苦苦挣扎…… 这是以《后天》为代表一系列灾难电影中常常上演镜头和情节，反映出人们对于持续恶化气候担忧，对资源耗尽后生存恐慌。也许有人会说，这完全是杞人忧天，这样日子只是电影为了博取票房噱头。然而，越来越多数据和事实显示，电影中资源耗尽、气候恶化情形，已经在现实中逐步向我们逼近。 20世纪70年代两次石油危机以及90年代第三次石油危机，引发了世界能源长期结构性变化。能源生产和消费总量持续增大，化石能源大量开发和利用，导致能源资源紧张、环境污染以及全球气候变化等问题日益突出，长期被化石燃料主宰全球能源经济，正在步入一个危险而不稳定困局。 BP最新发布《2014年世界能源统计年鉴》显示，截至2013年年底，世界石油探明储量为1.6879万亿桶，可以满足全球53.3年生产需要；全球天然气探明储量为185.7万亿立方米，可以保证全球54.8年生产需要；全球煤炭探明储量为8915亿吨，可以保证全球113年生产需要。 与支撑当前世界经济化石能源供应危机重重相伴随，是人类生产、生活对能源不曾消减旺盛需求。过去十年中，全球一次能源消费量年平均增速为2.5％，虽然由于世界经济整体疲软原因，2013年全球一次能源消费量只增加了2.3％，低于过去十年平均值，但这种增长势头并没有改变。 有人将消除能源供应紧缺和能源需求增长之间矛盾希望寄托在化石能源开采量增 长之上，寄托在以页岩气为主新型化石能源开发利用上。然而，地球容量有限，所蕴含矿产资源更为有限，化石能源开发利用过程中对地球环境破坏、对气候变化恶劣影响不容忽视。如若要以榨干地球最后一滴”油水”，来换取支撑人类社会经济发展能源动力，那无异于饮鸩止渴。 因此，要缓解能源危机，保障能源安全，保护人类赖以生存自然环境，有效遏制和推迟”后天”到来，必须更多地将未来能源希望，未来经济社会发展动力，寄托在清洁能源开发利用和新能源变革上。 而全球能源互联网为正在步入困局世界，构建了一种全新能源结构和能源经济模式。 全球能源互联网读后感（二） 作为一名工作在新能源战线基层员工，近日，有幸拜读了国家电网公司董事长、党组书记刘振亚同志《全球能源互联网》一书，这是作者继《中国电力与能源》之后推出又一力作。树立全球能源观，构建全球能源互联网，统筹全球能源资源开发、配置和利用，保障能源安全、清洁、高效和可持续供应……8章30节、42万字、这部堪称重量
全球能源互联网 第一章 1.19世纪中叶，能源以薪柴为主，工业革命的推进，煤炭比重大，60年代,石油成为世界 第一大能源，1973年石油比重达到峰值，近20年世界能源形成煤炭、石油、天然气三分天下。 2.全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等化石能源和水能、风能、太阳能、海洋能 等清洁能源。 3.截至2013年，全球煤炭可开采113年，石油可开采53年，天然气可开采55年。 4.水能资源主要分布在亚洲、南美洲、北美洲、非洲中部；风能资源主要分布在北极及 其附近地区与亚洲、欧洲、北美洲的高纬度地区；太阳能资源主要分布在东非、北非、中东、澳大利亚、智利等赤道附近的中低纬度地区。 5.全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持续“双增”态势。亚太地区逐渐成为世界能 源消费总量最大、增速最快的地区。 6.全球能源贸易以石化能源为主，总量稳步增加。石油是全球贸易量最大的能源品种。石 油是支撑现代工业体系的主导能源，世界石油资源分布中东、中南美和北美地区石油资源最为丰富。 7. 8.石化能源主要是指煤炭、石油、天然气等由远古生物质经过亿万年演化形成的不可再生 资源。 9.煤炭是世界上蕴含量最丰富的化石能源。煤炭国际贸易以海运为主。亚太地区市场的煤 炭出口国主要有澳大利亚、印度尼西亚等，进口国主要有中国、日本、韩国、印度等； 欧美大西洋市场出口国主要有南非、俄罗斯等，进口国主要有英国、法国、德国等。 10.全球天然气产量持续增长，欧洲及欧亚大陆和北美是主要产区，目前，美国、俄罗斯 和中东是世界天然气产量最多的国家和地区。2013年中国天然气产量1170.5亿立方米，位居世界第六位。 11.非常规油气主要包括重油、油砂、页岩油等。非常规天然气包括可燃冰、页岩气、煤 层气、致密砂岩气、浅层生物气、水溶气、无机成因气等，全球可燃冰资源总量约为20000万亿立方米，全球页岩气主要分布在亚洲、北美洲等地区。 12.清洁能源主要包括水能、风能、太阳能、核能、海洋能、生物质能等。水能资源蕴含量 前五位：中国、巴西、印度、俄罗斯、印度尼西亚；水能可开发量前五位：中国、俄罗斯、美国、巴西、加拿大。 13.未来大型水电基地的开发重点集中在亚洲、非洲和南美洲等地区。中国是世界上谁能资 源最为丰富的国家。从各大洲看，2013年水电装机容量最大的是亚洲，达到3.7亿千瓦。 从国家看，水电装机容量前五位国家：中国、美国、巴西、加拿大、俄罗斯。亚洲前三：中国、俄罗斯、日本，北美洲：美国、加拿大、墨西哥，南美洲：巴西、委内瑞拉、哥伦比亚，欧洲：挪威、法国、意大利，非洲：埃及、民主刚果、莫桑比克，大洋洲：澳大利亚、新西兰、巴布新几内亚。 14.亚洲风能资源理论蕴藏量500万亿千瓦·时/年，主要分布在俄罗斯、中国、哈萨克斯 坦等国家。中国风能资源主要集中在“三北”地区（西北、东北、华北）、东南沿海及附近岛屿。欧洲风能在丹麦、挪威等北欧国家；北美洲风能在美国、加拿大、墨西哥等国家；南美洲风能在巴西、阿根廷、智利等国家；非洲风能在苏丹、索马里、埃及等国家；大洋洲风能资源在澳大利亚、新西兰等国家。 15.目前，风能是全球增长速度最快的清洁能源发电品种之一，已经成为仅次于水电、核电 的第三大清洁能源发电品种。
能源互联网的关键技术有哪些？ 2015-11-05 能源互联网关键技术是包括新能源发电技术、大容量远距离输电技术、先进电力电子技术、先进储能技术、先进信息技术、需求响应技术、微能源网技术，也包括关键装备技术和标准化技术。其中先进电力电子技术、先进信息技术是关键技术中的共性技术。 新能源发电技术 能源互联网关键技术是指可再生能源的生产、转换、输送、利用、服务环节中的核心技术，包括新能源发电技术、大容量远距离输电技术、先进电力电子技术、先进储能技术、先进信息技术、需求响应技术、微能源网技术，也包括关键装备技术和标准化技术。其中先进电力电子技术、先进信息技术是关键技术中的共性技术。 新能源不仅包括风能、太阳能和生物质能等传统可再生能源，还包括页岩气和小堆核电等新型能源或资源。新能源发电技术包括各种高效发电技术、运行控制技术、能量转换技术等。 在新能源发电技术方面，研究规模光伏发电技术和太阳能集热发电技术、变速恒频风力发电系统的商业化开发，微型燃气轮机分布式电源技术，以及燃料电池功率调节技术、谐波抑制技术、高精度新能源发电预测技术、新能源电力系统保护技术；研究动力与能源转换设备、资源深度利用技术、智能控制与群控优化技术和综合优化技术。 大容量远距离输电技术 大容量远距离输电是我国及世界能源革命的基础技术，是解决大型能源基地可再生能源发电外送的支撑手段。我国可以发展建设以特高压骨干网为基础，利用高压直流互联可再生能源基地，实现覆盖全国范围的交直流混合超级电网，提高我国供电的灵活性、互补性、安全性与可靠性。大容量远距离输电技术包括：灵活可控的多端直流输电技术、柔性直流输电技术、直流电网技术、海底电缆技术、运行控制技术等。直流电网技术是解决我国能源资源分布不均带来的电能大容量远距离传输问题、大规模陆上及海上新能源消纳及广域并网问题、以及区域交流电网互联带来的安全稳定运行问题有效的技术手段之一。 先进电力电子技术 先进电力电子技术包括高电压、大容量或小容量、低损耗电力电子器件技术、控制技术及新型装备技术。以SiC、GaN为代表的宽禁带半导体材料的发
全球能源互联网知识测试 一、单选 1.全球清洁能源资源丰富，水能资源超过（）亿万千瓦，陆地风能资源超过（）亿千 瓦，太阳能资源超过（）亿千瓦。A A．100 1万100万 B. 100 100万1万 C. 100万100 1万 D. 1万100 100万 2.（）是实施“两个替代”的关键。D A．智能电网 B. 特高压电网 C. 可再生能源 D. 全球能源互联网 3.截止2013年，全球煤炭、石油、天然气剩余探明可采储量分别为8915亿吨、2382亿 吨和186万亿立方米，折合标准煤共计1.2万亿吨，全球煤炭、石油和天然气分别可开采（）年，（）年和（）年。D A．53 55 113 B. 55 53 113 C. 113 55 53 D. 113 53 55 4.目前,全球能源生产与消费结构目前仍以（）为主，清洁能源和电力比重增长较快； 由于能源分布不均衡，能源供需分离程度不断加深，全球能源贸易不断扩大。A A．化石能源 B. 可再生能源 C. 清洁能源 D. 分布式能源 5.（）是相对洁净的化石能源。世界天然气资源分布很不均匀。天然气资源主要集中在 中东、欧洲及欧亚大陆地区。B A．煤炭 B. 天然气 C. 石油 D. 风能 6.（）又称为天然气水合物，具有储量丰富、能量密度大、燃烧利用污染排放少等优点， 通常分布海洋大陆架外的陆坡、深海、深湖及永久冻土带上。中国已先后在南海、东海及青藏高原冻土带发现。页岩质地坚硬，具有孔隙度小、渗透率低等特点。目前全球只有美国等少数国家实现了大规模开发。A A．可燃冰 B. 石油 C. 天然气 D. 页岩气 7.目前，风电是全球增长速度最快的清洁能源发电品种之一，已经成为仅次于水电、核电
读全球能源互联网有感 本文是关于心得体会的读全球能源互联网有感，感谢您的阅读！ 读全球能源互联网有感 ——技术创新 对于一个从小对电力耳濡目染，大学学了电子信息，又用心的搞过电气自动化的孩子来说，《全球能源互联网》的第六章乃至于第七章简直就是财富。那么咱们这一篇，就说说技术。 老爷子的技术，那是后援团多少个各领域的专家学者支撑着的，跟咱着平常小打小闹的可不一样。老爷子直接从电是怎么来的，又是怎么没的，给你一五一十的摆出来，咱们平时嘴里说的什么"发、输、配、变、送",自然也要包含其中。 先说发电部分。可能上面"发、输、配、变、送"里面，我最熟悉的就是发电部分了，发电部分最熟悉的就是火力发电，你是问我锅炉还是汽机，燃料还是电气，还有化学。这些车间咱都呆过，咱还干过俩月的电气运行检修呢，就算我不行，还有我家老爷子呢。当然了，火力发电，不算是技术创新，但是机械能切割磁感线，转化成电能，这事还是大同小异的。 创新技术，刘振亚老爷子以从已经稳定发展的技术到未来趋势技术的顺序讲起。第一个说风电，范哥现在研究的就是风电，风电听起来很高大上，实际操作起来，啊，也很高大上。以前我对风电的认识就只是，大风车转呀转悠悠，然后底下是齿轮或者皮带啥的，带动底下的转子，然后切割磁感线，发电。但是看了这本书，在咨询咨询，又稍稍的多懂了那么一点点的皮毛。风电可不是说玩就玩的，你得有风啊，风大风小，那风车的转速也不一样啊，以前我以为风大就多发呗，风小就少发点呗，那不是扯犊子吗，哈哈。首先，你得有风力，风向预测的系统，和气象局也得整明白了，并且这是实时追踪反馈显示的，不能像天气预报似的。然后，风车也不是死的，得变浆距，来适应风力，从而最大限度的发电。那风实在是太小了，带不起来咋办，得有低俗风机，就像骑山地自行车换档一样，上坡的时候，却换轮子，多转，慢爬！这样一下来，发电这块，就又明白点了。再往后就是各种监控，反馈，控制，巡检，检修，维护，故障自恢复，那都是二次的事了。二次，想门清那是学几辈子都不够学的，当然了万变不离其宗嘛。 所以，风电说完，就说光电了。光电比较高大上，主要是贵啊。现在谁玩光
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2516035291.html, 浅谈能源互联网信息技术的应用 作者：唐熙辰 来源：《科学导报·学术》2018年第13期 摘要：能源互联网是近几年提出来的概念，它是我国能源结构改革的重要途径之一，信息技术作为其重要技术支持，在其实现过程中发挥巨大作用。本文先介绍了能源互联网的相关概念，然后说明了信息技术在能源智能化方面的应用，并分析了它在能源互联网中的具体应用功能。 关键词：能源互联网;信息技术 【中图分类号】TP393 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2018）13-0166-01 引言 随着社会的发展和进步，我国面临着严峻的能源需求和环境问题，石油、煤炭等化石能源为主的能源结构已满足不了现代社会的需求，我们需要大力发展以分布式新能源为主、化石能源为辅的混合能源结构。能源互联网作为一个未来的重要发展方向，是多种能源的交互枢纽，通过将超大范围内的分布式发电设备、电网和用电设备连接起来，可实现电源一电网一负荷一存储的协调高效运行，对我国能源革命具有极大推动作用。信息技术是能源互联網的关键技术之一，对于实现能源互联网具有非常重要的意义。 一、能源互联网相关概念 能源互联网以电力技术和电子技术为基础，将多种能源节点通过电网的形式连接起来，实现各个能源节点的协调运作，其网络结构中不仅包含了石油天然气等传统的不可再生能源，还包含了风能、太阳能等新能源，他们被转为电能的形式在节点间传输。另外，能源互联网还能让发电一传输一用电一存储等各个环节高效运行，实现生产与消费的平衡，以及能源网络的集中和分布互补。它具有开放、互联、对等、分享等特点，将能源行业与其他各个行业相互融合，连通各类设备，实现能量的供需平衡和信息的平等双向互通。 二、信息技术在能源智能化方面的应用
能源互联网的关键技术 要真正实现能源的互联互通，涉及到众多的技术应用。与传统电网不同，能源互联网是由多个微电网互联而成。每个微电网内部又包括发电（各种形式的发电）、储能、用户、输配电以及并网系统。因此，能源互联网涉及的技术要比传统电网的面更为宽广。例如，能源转化、能源的收集、电网与互联网融合、能源存储等诸多方面。为了方便起见，我们分为智能微电网和广域的能源互联网两部分介绍相关技术。 一、智能微电网的关键技术 作为能源互联网的细胞，大量微电网的建设和运营是能源互联网存在的基础。而微电网中的许多关键技术与现有的电网技术也大不相同。 （一）各类新能源发电设备 能够作为微电网的电源的其它可再生能源有如下几种： 光伏发电，风力发电，小型水力电站，生物质能电站（主要是沼气发电，可与垃圾处理、有机肥的生产相结合），采用天然气的微型燃气轮机。 上述各种形式的新能源技术现在基本成熟，但在如何提高能源的转换效率方面还有许多可以改进的地方。 （二）储能技术 微电网的储能系统要满足以下三种情况的要求：1）在电源或电网事故情况下，储能系统能够迅速替代电源；2）在微网内大型负荷启动时，由于电流往往数倍于运行电流，需要储能系统提供瞬时大电流；3）在光伏以及其它电网发电不足时，起到为微网内负荷供电的功能。 目前，较为成熟的储能技术是铅酸蓄电池，但有寿命短和铅污染的问题。能够适用于智能光伏微电网的新型储能系统有如下几种：钒流体电池，飞轮储能，超级电容。这几种新型储能系统各有优缺点，随着产业化程度的不断成熟，相信产品的质量、性能、稳定性均将有大幅提高，成本也可以大幅度下降。 （三）微网控制技术 与传统电网不同，智能微电网的网内有多个电源和多处负荷。负载的变化、电源的波动，都需要通过储能系统或外部电网进行调节。这些电源的调节、切换和控
南瑞研究院/ 全球能源互联网研究中心（国重实验室） [ 2018-12-25 ] ? 配电技术研究工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 嵌入式软件研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电力市场技术研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 市场拓展工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 数据分析工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 系统分析工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 移动应用研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? AMI工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电力系统建模与仿真分析[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 机械设计高级工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 物联网技术研发工程师（方案）[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 智能制造信息化高级工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电力系统仿真研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电力系统分析研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电池本体建模仿真技术研究工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 电池管理技术研究工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 蓄热产品研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 综合能源建模仿真研究工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 综合能源运行控制技术研究工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT模块产品工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT模块工程总监[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT模块焊接工艺工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT模块可靠性测试工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT模块在线测试工程师[ 南京] [ 2018-09-20 ] ? IGBT器件封装设计工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? IGBT芯片设计工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? PLC软件开发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 人工智能算法开发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 容器(虚拟化)研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 网络通信研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 数据库技术研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 微服务研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 物联网平台研发工程师[ 南京] [ 2018-12-25 ] ? 计算框架研发工程师[ 南京]
我看全球能源互联网 伴随着经济水平的高速发展，人类社会对化石能源依赖愈发严重，随之而来的是化石能源储备日渐枯竭，雾霾、汽车尾气等环境污染触目惊心，人类生存环境遭受严重挑战。因此构建全球能源互联网，是实现人类可持续发展的必由之路。 全球能源互联网将深刻改变世界能源发展格局，突破能源发展的资源约束、环境约束和时空约束，根本解决煤油气开采与储运、火电厂减排、核废料处理、碳封存等问题，让人人享有充足廉价的清洁能源和智慧服务，享受更舒适的生活、更繁荣的经济、更宜居的环境、更和谐的社会，为全人类带来巨大福祉。构建全球能源互联网，是人类共同的事业。 全球能源互联网的本质就是互联电网，构建全球能源互联网的根本目的是满足电力需求，全球能源互联网是“智能电网+特高压电网+清洁能源”，是永续供应、绿色低碳、经济高效、开放共享的能源系统。智能电网是基础，特高压电网是关键，清洁能源是根本。创新、协调、绿色、开放、共享，这些新的发展理念将对中国以至整个人类社会可持续发展具有深远意义。 一、生活方面 全球能源互联网让人人享受智能生活。未来，人类生产生活各个方面无不打上全球能源互联网的印记。在生产领域，信息技术与清洁能源系统的更好结合，使整个能源系统实现智能化，信息技术系统与能源系统联手，推动难以计数的各种机械、自动化生产线运转，共同调节建筑、汽车、工厂、电源间的联动运行。在生活领域，全球能源互联网给人类带来了空前便利。从汽车奔驰、火车运行、通信畅通，再到空调、微波炉、冰箱、洗衣机等家用电器，全部实现智能化运行。人们可以网络遥控打开家中的空调、制作美味的晚餐;可以自动控制洗衣机等各种用能设备，最大限度方便用户，节省用能成本;可以自动开启家庭储能设备、分布式电源、电动汽车充电设施等，成为亿万电力供应商的一员。普通家庭都能够通过全球能源互联网平台实现用户能源管理、移动终端购电、水电气多表集抄、综合信息服务、远程家电控制等，全面提高生活智能化水平。
谈谈全球能源互联网 前言 全球能源互联网的理念是‘电从远方来，来的是清洁电’，其中最大胆的设想是将分布在世界各地的清洁能源，包括一极一道(北极、赤道)的风能、太阳能，应用特高压输电技术，去中心化的调配算法，通过跨国骨干电网互联，按需输送到世界各地。我们每个人不仅是能源的消费者，在未来会成为能源的生产者，我们也许会迎来一个更加激动人心的能源互联网时代。 能源互联网概述 能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。 物联是基础，能源互联网用先进的传感器、控制和软件应用程序，将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来，形成了能源互联网的物联基础。
大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑：能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等，进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习，打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率，需求和供应将可以进行随时的动态调整。 能源互联网将有助于形成一个巨大的能源资产市场，实现能源资产的全生命周期管理，通过这个市场可有效整合产业链上下游各方，形成供需互动和交易，也可以让更多的低风险资本进入能源投资开发领域，并有效控制新能源投资的风险。 能源互联网的发展阶段 能源行业正处在这样的一个启蒙阶段，叫能源自由化的阶段。“能源+互联网”实现能源自主可控。我们可以有一个集中的运行控制中心，这个控制中心甚至可以在手机上来操控，这样的意义就是能源的自主可控，这些都是能源互联网展现给我们的未来场景 未来如果这种分布式的光伏或者风能，能够逐渐地以分布式、互联网的形式普及，就可以通过区域能源的形式，推出一种自下而上构建的能源基础设施，以区域为中心来运营的能源形式。 能源互联网建设需要能量路由器。建互联网时有很多路由器在底层分发信息，
能源互联网概念和发展分析 人类的生存和发展离不开能源，其推动着经济发展和社会进步，每一次工业革命都伴随着能源类型的变化和能源使用方式的革新。目前，第三次工业革命正在世界范围内发生，而能源互联网是第三次工业革命的核心之一。以深入融合可再生能源与互联网信息技术为主要特征的能源互联网是未来能源行业 发展的方向，将成为开启能源革命的重要战略支点[1-3]。 目前，对能源互联网的概念及特征有多种理解及认知，为了辨识能源互联网的概念与特征，有效推进能源互联网实质性发展，有必要深入辨析能源互联网的概念、辨识能源互联网的特征。 本文首先调研分析了能源互联网的发展过程，提出到目前为止能源互联网大致经过3个发展阶段；进而，从3个角度对比剖析能源互联网的基本内涵，提出了能源互联网的定义；最后，给出了能源互联网的4层组成构架与两大分类，进一步对能源互联网进行特征辨识。 1 能源互联网发展历程 1.1 能源互联网概念孕育及提出阶段 能源互联网概念孕育及提出阶段始于20世纪70年代。巴克敏斯特·富勒首先提出“全球能源互联网战略”。1986年，彼得·迈森创立了Global Ener gy Network Institute（GENI-全球能源网络学会），旨在通过国与国之间的电力输电线路充分利用全球丰富的可再生能源[4]。20世纪80年代，清华大学
前校长高景德提出了现代电力系统是一个深度融合的系统，其将深度融合计算机技术、通信技术、控制技术与电力电子技术。 能源互联网概念孕育及提出阶段仅提出了能源互联网的初步概念及愿景，缺少对能源互联网内涵、结构、特征和形态等方面的探讨。 1.2 能源互联网系统结构及功能研究阶段 2004年3月11日，《经济学人》发表了《建设能源互联网》[5]，首次提出了基于互联网特点及技术建设智能化、自动化、自愈化的能源互联网。这是能源互联网系统结构及功能研究阶段的起点，标志着现代能源互联网研究的开始。 2008年，德国联邦政府发起E-Energy项目，致力于建设高效的能源系统，主要通过ICT技术实现能源的生产、传输、转换、应用和储能全环节的智能化，德国成为首个实践能源互联网的国家[6-7]。2008年，美国北卡州立大学启动“未来可再生电能传输与管理系统”项目，研究高效智能化的配电系统，可有效支撑高渗透率分布式可再生能源的接入以及分布式储能的并网，并将其称为能源互联网[8-10]。2010年，日本开始实施“数字电网”计划，通过该计划的实施试图建立一种新型能源网[11-12]，能源网络中各种设备可以通过IP来实现信息和能量的传递。2010年，瑞士联邦政府能源办公室和产业部门发起Vision of Future Energy Networks，重点研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储[13-14]。
能源互联网尚处于“初级阶段” 进入21世纪，全球能源生产消费持续增长，化石能源大量开发利用，导致资源紧张、环境污染、气候变化诸多全球性难题，对人类生存和发展构成严重威胁。面对严峻挑战，建立在传统化石能源基础上的能源发展方式已经难以为继，由清洁能源全面取代化石能源是大势所趋，加快建立安全可靠、经济高效、清洁环保的现代能源供应体系，成为世界各国共同的战略目标。 国家电网董事长刘振亚2月3日在北京提出到2050年将基本建成全球能源互联网，如果将刘振亚董事长提出的全球能源互联网目标定义为能源互联网的“共产主义”，那么中国的能源互联网实现就是“社会主义”，然而，我国的能源互联网发展目前还处于“社会主义的初级阶段”。 本文仅就能源互联网在“初级阶段”的发展形态、以及在能源互联网的实践工作遇到的问题及困难与大家分享，并以此尝试探寻解决之路。 一、“初级阶段”的能源互联网发展形态能源互联网是互联网和新能源技术相融合的全新的能源生态系统。具体说来，能源互联网是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”，以开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度地适应新能源的接入，依托能源物理网和互联网相融合的开放平台，自主、平等地进行能源相关产品和服务的多边交易，实现能源系统效率最优和能源价值的最大化利用，是能源结构生态化、产能用能一体化、资源配置高效化的全新能源生态系统。未来能源互联网基本上是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、单向的电网，转变成和更多的消费者互动的电网。在我国，互联网技术与能源的结合尚处于探索阶段。在能源互联网的“初级阶段”将主要形成以下几方面的能源互联形态： 1、应用互联网形成对发电设备、技术、服务进行在线评价及选型，培育电子商务及O2O服务业态、并以此促进装备技术的生态化发展。 2、形成以气象大数据为基础的可再生能源资源评估、规划、综合利用体系，实现对电网建设、区域新能源发展的一体化发展。 3、通过互联网对发电侧进行远程智能管理，提升运营效率，实现无人值守或少人值守，通过对发电场的数据监控，提升资源配置最优化。 4、以互联网为手段对分布式电源的发展、利用、运行、维护进行监控与管理。 5、基于互联网的智能配电网建设，提升配电网的智能化与互联网化程度是能源互联网的基础。 6、在需求侧依托互联网模式形成智能用电服务市场。
【行业知识】什么是“能源互联网”？ 能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。 从政府管理者视角来看，能源互联网是兼容传统电网的，可以充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源的、满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构；从运营者视角来看，能源互联网是能够与消费者互动的、存在竞争的一个能源消费市场，只有提高能源服务质量，才能赢得市场竞争；从消费者视角来看，能源互联网不仅具备传统电网所具备的供电功能，还为各类消费者提供了一个公共的能源交换与共享平台。 能源企业普遍认为，能源的市场化、民主化、去中心化、智能化、物联化等趋势将注定要颠覆现有的能源行业。新的能源体系特征需要“能源互联网”，同时“能源互联网”将具备“智慧、能自学习、能进化”的生命体特征。 物联是基础 “能源互联网”用先进的传感器、控制和软件应用程序，将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来，形成了能源互联网的“物联基础”。大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑：能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等，进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习，打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率，需求和供应将可以进行随时的动态调整。 “能源互联网”将有助于形成一个巨大的“能源资产市场” (Market place)，实现能源资产的全生命周期管理，通过这个“市场”可有效整合产业链上下游各方，形成供需互动和交易，也可以让更多的低风险资本进入能源投资开发领域，并有效控制新能源投资的风险。 “能源互联网”还将实时匹配供需信息，整合分散需求，形成能源交易和需求响应。当每一个家庭都变成能源的消费者和供应者的时候，无时无刻不在交易电力，比如屋顶分布式光伏电站发电、当为电动汽车充放电的时候。 能源互联网的特征 能源互联网具备如下五大特征 可再生：可再生能源是能源互联网的主要能量供应来源。可再生能源发电具有间歇性、波动性，其大规模接入对电网的稳定性产生冲击，从而促使传统的能源网络转型为能源互联网。 分布式：由于可再生能源的分散特性，为了最大效率的收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存储和使用能源的网络，这些能源网络单个规模小，分布范围广，每个微型能源网络构成能源互联网的一个节点。 互联性：大范围分布式的微型能源网络并不能全部保证自给自足，需要联起来进行能量交换才能平衡能量的供给与需求。能源互联网关注将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来，而传统电网更关注如何将这些要素“接进来”。 开放性：能源互联网应该是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络，发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”，只要符合互操作标准，这种接入是自主的，从能量交换的角度看没有一个网络节点比其它节点更重要。 智能化：能源互联网中能源的产生、传输、转换和使用都应该具备一定的智能。 能源互联网与传统电力系统的对比 能源互联网与其他形式的电力系统相比, 具有以下4 个关键技术特征： 1可再生能源高渗透率 能源互联网中将接入大量各类分布式可再生能源发电系统, 在可再生能源高渗透率的环境下, 能源互联网的控制管理与传统电网之间存在很大不同, 需要研究由此带来的一系列新的科学与技术问题。 2非线性随机特性 分布式可再生能源是未来能源互联网的主体, 但可再生能源具有很大的不确定性和不可控性, 同时考虑实时电价, 运行模式变化, 用户侧响应, 负载变化等因素的随机特性, 能源互联网将呈现复杂的随机特性, 其控制, 优化和调度将面临更大挑战。 3多源大数据特性 能源互联网工作在高度信息化的环境中, 随着分布式电源并网, 储能及需求侧响应的实施, 包括气象信息, 用户用电特征, 储能状态等多种来源的海量信息。而且, 随着高级量测技术的普及和应用, 能源互联网中具有量测功能的智能终端的数量将会大大增加, 所产生的数据量也将急剧增大。 4多尺度动态特性 能源互联网是一个物质, 能量与信息深度耦合的系统, 是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域, 多层次关联, 包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统。作为社会/信息/物理相互依存的超大规模复合网络, 与传统电网相比,具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性, 呈现出复杂的, 不同尺度的动态特性。
2020全球能源互联网（亚洲）大会会议议程2020Global Energy Interconnection Conference(Asia) Agenda 11月1日嘉宾报到 November1st Registration 11月2日上午8:30-11:50（北京时间）三场技术论坛（地点：会议厅AB）Morning of November2nd8:30-11:50(GMT+8)Technical Forum(Venue:
时间Time 内容Agenda 10:50-11:50专题三：全球能源互联网破解气候环境危机（主讲人：全球能源互联网发展合作组织研究院副院长黄瀚） Topic3：Global Energy Interconnection Solves the Climate and Environmental Crisis(Keynote Speaker:Mr.Huang Han,Deputy Director of GEIDCO Economic&Technology Research Institute)提问环节（10分钟） Q&A Session(10minutes) 11月2日下午 Afternoon of November2nd 14:30-18:10全体大会（地点：会议厅ABC）
时间Time 内容 Agenda 4.上海合作组织秘书长诺罗夫致辞 Mr.VLADIMIR NOROV,Secretary-General of the Shanghai Cooperation Organisation(SCO) 5.世界气象组织秘书长塔拉斯致辞 Mr.Petteri Taalas,Secretary-General of World Meteorological Organization(WMO) 6.中国国家电网有限公司董事长毛伟明致辞 Mr.Mao Weiming,Executive Chairman of State Grid Corporation of China(State Grid) 7.播放联合国副秘书长刘振民视频致辞 Mr.Liu Zhenmin,Under-Secretary-General for Economic and Social Affairs of United Nations 8.播放联合国秘书长“人人享有可持续能源”特别代表达米罗拉视频致辞 Mrs.Damilola Ogunbiyi,CEO and Special Representative of the UN Secretary-General for Sustainable Energy for All and Co-Chair of UN-Energy 全球能源互联网发展合作组织主席、中国电力企业联合会理事长、瑞典皇家工程科学院院士、英国皇家工程院院士、德国国家工程院院士刘振亚致辞并发表主旨演讲 Remarks and Keynote Address by Mr.Liu Zhenya,Chairman of Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization(GEIDCO),Chairman of China Electricity Council (CEC),Foreign Member of the Royal Swedish Academy of Engineering Sciences(IVA),International Fellow of the UK Royal Academy of Engineering(RAEng),and Member of the German Academy of Science and Engineering(Acatech)