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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


第 36 卷 第 3 期 2016 年 2 月 5 日



国 电 机 工 程 学 Proceedings of the CSEE



Vol.36 No.3 Feb.5, 2016 ?2016 Chin.Soc.for Elec.Eng. 中图分类号:TM 721

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1

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.03.011

文章编号:0258-8013 (2016) 03-0681-11

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
曾鸣,杨雍琦,李源非,曾博,程俊,白学祥
(华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京市 昌平区 102206)  

The Preliminary Research for Key Operation Mode and Technologies of Electrical Power System With Renewable Energy Sources Under Energy Internet
ZENG Ming, YANG Yongqi, LI Yuanfei, ZENG Bo, CHENG Jun, BAI Xuexiang
(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China) ABSTRACT: To further promote the development and utilization of renewable energy is one of the critical goals of energy revolution in China while Energy Internet is the key solution to accomplish that task. This paper has firstly analyzed the impetus given to energy revolution and especially the development of alternate electrical power system with renewable energy sources by Energy Internet, meanwhile the compatibility between Energy Internet and alternate electrical power system with renewable energy sources has been discussed. In addition, the coordinative optimization mode of Energy Internet considering all parts of alternate electrical power system with renewable energy sources was proposed. Related key technologies and policy suggestions were derived at last. KEY WORDS: alternate electrical power system with renewable energy sources; energy internet; coordinative optimization; operation mode 摘要: 促进新能源开发利用是我国能源革命的重要目标, 而 能源互联网则是实现这一革命目标的关键手段。 该文首先分 析了能源互联网对能源革命、 尤其是促进新能源电力系统建 设发展的推动作用, 分析了能源互联网与新能源电力系统的 兼容性, 其次提出了能源互联网背景下考虑新能源电力系统 各环节协调优化的运营模式, 最后研究了将能源互联网与新 能源电力系统相整合的关键技术并提出了未来研究建议。
基金项目:国家软科学研究计划项目(2012GXS4B064);国家自然 科学基金项目(51277067,71271082);中央高校基本科研业务费专项资 金资助(2015XS43)。 Project Supported by the National Soft Science Research Plan of China (2012GXS4B064); Project Supported by National Natural Science Foundation of China(71271082,51277067); The Fundamental Research Funds for the Central Universities(2015XS43).

关键词:新能源电力系统;能源互联网;协调优化;运营 模式

0 引言
目前我国正处在能源行业的关键转型阶段,随 着化石能源的枯竭以及环境的不断恶化,传统的以 化石能源为核心的能源生产消费体系已经难以为 继,因此构建以风能、太阳能等新能源为核心的能 源供需体系、引导能源行业转型升级,已经成为我 国能源领域的重要发展方向[1-2]。 而电力作为二次能 源的核心,能够将新能源转化成为直接可用能量, 因此引导传统电力系统向着新能源电力系统转化 是实现上述能源转型的关键途径,实现这种转型也 是我国能源革命的重要目标[3-4]。 在实现上述能源革命目标的过程中,能源互联 网将起到重要作用。能源互联网这一概念是杰里 米?里夫金在其著作《第三次工业革命》中首次提 出的,是一种以可再生能源为主要能量单元,利用 互联网技术实现能量流与信息流实时流动,各类能 源网络与交通运输网络高度耦合的新型能源供用 体系[5]。能源互联网对能源革命的推动作用,主要 体现在以下几个方面: 第一,融合。能源互联网能够进一步促进实现 能源行业内部各环节以及不同能源行业之间、能源 行业与其他行业之间的相互融合。这种行业融合将 跨越多个时间、空间尺度,实现传统气网、电网、 热网、油网与交通网等多种能源网络互联互通,成 为一体化的新型能源供应输送网络,具有完整的能

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源资源利用和能量循环耦合结构。这种结构能够加 强能源资源之间的有效互动,使能源在跨省、跨区 域之间实现高速传导和协同优化 。 第二,开放。能源互联网秉承互联网思维,在 信息层面上,将促进多种能源系统的信息共享,信 息 流 与能 量流 通 过信 息物 理 系统 (cyber physical systems,CPS)紧密耦合,信息流将贯穿于能源互联 网的全生命周期
[7-8] [6]

于电力是二次能源的核心,具备将风能、太阳能等 可再生能源以及石油、天然气等传统化石能源转化 成为可用能量的能力,因此电力系统将是整个能源 互联网的核心,通过能源互联网技术推动新能源电 力系统的完善、发展将是本文的主要研究目 标[16-17]。因此本文将在分析能源互联网与新能源电 力系统兼容性的基础上,提出能源互联网与新能源 电力系统协同优化运营模式,分析使两者相互衔接 的关键技术并提出相应的政策建议及展望。

。 在物理层面上, 能源互联网对

所有能源主体开放,分散式和集中式的能源模块都 能自由接入,实现能量流的双向互通、协同互补。 第三,智能。能源互联网具有高度智能化特征,以 区域和广域能源互联网络为物理依托,实现能源网 络的自控制、自适应、自优化,同时,基于互联网 技术的管控运营平台将具备多种能源系统供需互 动、有序配置等职能,从而实现多能互联、协同调 度,提升能源系统整体效率
[9-10]

1 能源互联网与新能源电力系统的兼容性 分析
1.1 能源互联网的基本架构 能量流与信息流的相互融合、传导是能源互联 网的基本特征之一。按照能量流与信息流的流动方 向,能源互联网的基本架构如图 1 所示。 从信息流传导的角度看,在传统能源供应网络 的基础上,能源互联网将通过互联网技术实现信息 资源在能源开发利用环节的实时共享,这种资源共 享机制具有双向传导特性,用户与信息控制系统、 能源供应模块、多元智能输送模块之间都存在信息 双向传导能力,用户与用户之间也可实现用能信息 共享。在这种信息高度共享化、开放式的信息网络 架构下,未来能源供需信息的发布者将更加多元 化,信息共享量将出现几何级增长[18]。
能源利用



综上所述,能源互联网将是推动能源革命的重 要手段,因此也将进一步促进新能源电力系统的建 设和发展。 在这方面, 目前国内外已经有相关研究。 如能源互联网的技术形态与关键技术 现架构 器
[14] [12] [11]

、价值、实 。目前来

与拓扑结构

[13]

,能源互联网与能源路由
[15]

,能源互联网优化控制技术体系等

看,有关能源互联网与新能源电力的相关研究主要 集中在物理技术、信息技术等方面,对能源互联网 与新能源电力系统协同运营等方面的探讨较少。由

信息传导

智能优化控制系统

信息云端存储系统 云端信息储存、分析、决 策、控制系统

智能信息分析处理系统 用户信息共享 用户 用户 用户 用户 信息互联网络

分布式能源供应模块 分布式光伏发电 小型风机 电力输送网 油气网 交通运输网 多元 智能 输送 网络

微网系统

供热网络 小型燃油发电机 …… 集中式能源供应模块 光伏 储能设备 火电 核电 风电

煤炭产销网

……

油气开采

煤炭运输 能量流 信息流

图1

能源互联网的基本架构

Fig. 1 Basic structure of energy internet

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从能量流传导的角度看,能源互联网将传统相 对单一化的能源输送网络拓宽成为多元智能输送 网络,该网络具有普适性的能源接入端口,分布式 与集中式能源供应模块都可实现即插即用
[19-20]

源大规模接入带来的系统运行可控性降低。 综上所述,能源互联网将是构建和发展新能源 电力系统的关键手段,而这种关键作用必须要有先 进的信息技术、系统优化技术作为支撑,也需要相 应的协同优化运营模式来整合各市场元素、系统元 素等。

。同

时,能量流与信息流的融合度提高,能源携带信息 的能力提升,进一步提升能源资源在广域范围内的 优化配置能力。 1.2 能源互联网与新能源电力系统的互补协同性 在我国,引导传统电力系统向新能源电力系统 发展转变,仍然存在若干问题亟待解决。而能源互 联网则是解决这些问题的关键手段: 1)双侧随机问题。 电力系统传统运营模式下,用户用电需求的随 机性较强,发电出力则相对可控。新能源电力系统 背景下可再生能源发电大规模并网,这显著增加了 发电出力的随机性,造成供需双侧的不匹配问题, 能源互联网 从而严重影响系统的安全稳定运行[21]。 使得能源生产与消费的界限模糊化,以分布式发电 为主的分散式能源模块将使用户有能力实现能源 供需的自我平衡,并且与集中模块、能源输送模块 等实现互补协调,从而提高供需双侧的匹配度[22]。 2)规划设计问题。 当前我国电力系统整体规划失调,具体表现为 电源与电网规划不协调、多类型电源规划不协调、 分布式电源规划不协调等问题[23-24]。在系统规划阶 段的失调严重影响了新能源电力系统整体可控性、 新能源与多种能源之间的协调互补。在这方面,能 源互联网技术能够突破空间限制,实现各规划基本 要素的可视化展示,多时间尺度下模拟各规划方案 的实际运行效果,兼顾“源–网–荷–储”四个方面 的互补协调,并从中选择最优规划方案[25-26]。 3)系统运行可控性问题。 电力系统的各个组成环节既高度相关又相对 独立,新能源电力模块的大规模并网使得系统中发 电单元的数量急剧增长,系统中受控设备受到随机 因素扰动的可能性进一步增加,造成系统可控性降 低,系统各单元之间协调、控制难度加大。能源互 联网通过互联网技术与广域能源系统优化运行控 制技术,依托多元智能能源输送网络,实现新能源 发电与传统灵活可控发电资源的互补协调,进一步 加深其他能源模块(天然气、石油、水资源等)与电 力系统之间的相互融合,从而实现广域范围内的多 能源协同互补。通过这种互补协同来弥补由于新能

2 能源互联网背景下新能源电力系统协同 优化运营模式
在能源互联网环境下,能源开发、利用和管理 模式都将发生本质变化,能源供应体系将呈现分散 和集中能源模块相结合的形式,在每个分散能源模 块自平衡、自优化的基础上,实现分散模块与集中 模块的协调互补,进而在能源供应端自身以及能源 供需双侧都达到协同优化,上述思路将是对新能源 电力系统运营思路的一种提升。 为提高能源互联网与新能源电力系统之间的 衔接特性,本节所提出的优化运营模式与关键技术 及 1.2 节的问题密切相关,三者之间的相互关系见 图 2。
能源模块信息能量交互技术 广域综合能源协同调度技术 分散模块自平衡模式 广域能源资源协调优化 规划技术 双侧随机问题 规划设计问题 系统运行可控性问题 能源供需协调优化 规划模式 广域能源供需协同优化模 式

图2

现存问题、运营模式与关键技术之间的相互关系 Fig. 2 Relationship among present problems, operation modes and key technologies

2.1

分散模块自平衡与交互协作模式 分散能源模块主要包括能源生产与供应、能源

传输、能源利用 3 个基本组成部分,是整个能源互 联网框架的能源供应基础模块。各个能源模块之间 紧密相连,各自具备自平衡能力,同时又具备自身 独有的特点,因此还应当在自平衡的基础上实现交 互协作。 在能源互联网的规划设计与运营过程中,每一 个分散能源模块的能源供需自平衡是整个系统优 化协调的基础。分布式发电遵循“自发自用、余量 上网”的能源供用模式,在分散能源模块中,用户

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既是能源的“生产者” ,又是能源的“消费者” ,两 者之间的界限变得模糊化。在系统运营过程中,分 布式光伏发电、小型风电等发电出力随机性较强的 发电资源与小型柴油机组等灵活性较强的发电机 组相协调,同时配合储能设备的有序充放电,实现 分散式模块内部发电侧出力的协调可控,用这种相 对可控去应对用户侧用电的随机性,从而实现分散 模块内部的能源供需自平衡 模式如图 3 所示。
供应侧优化协调 小型燃油发电机 其他 灵活发电机组 光伏发电 风电 用户

术,模拟运行各系统规划方案,对不同方案的运行 结果进行分析评价,选择最优规划方案。 此外,能源供需协同优化规划还包括电力系统 与其他能源系统之间的互补协调,目前主要有电力 系统和燃气系统、供热系统的协同配合等。在这方 面已经有部分相关研究,文献[31]构建家庭能源局 域网能量管理的混合整数二次规划模型,并运用模 型预测控制方法实现该能源局域网内对供热、供电 等能源供应的在线能量管理。文献[32]从能源互联 网的角度介绍电转气技术的基本理论,并提出电转 气应用于电力系统与天然气网络的规划与运行的 可能方式。文献[33]基于能源集线器理论,给出区 域综合能源系统的完全解耦、部分耦合以及完全耦 合 3 种运行模式,并提出适用的混合潮流算法。从 目前国内已有的研究来看,在微观层面上有以家庭 为基础单位的多能互补规划研究,也有广域范围内

[27-28]

。分散模块自平衡

有序充放电

电力系统与天然气网络协调优化的相关研究。 2.3 广域能源供需协同优化运行模式 除分散模块外,能源互联网的能源供应侧还包 括大量集中模块。能源集中模块与分散模块、能源

电动汽车

储能设备

图3 Fig. 3

分散模块内部自平衡模式

需求之间的协调互补是能源互联网的关键运营模 式——广域能源供需协同优化模式的核心内容。与 分散模块不同,集中模块的能源供应容量较大,并 且也更为多元化,其主要构成包括传统化石燃料发 电机组、大型风电基地、光伏发电基地等[34-35]。除 电力供应外,还包括煤炭生产、石油和天然气等其 他能源形式的开采与开发。在集中模块层面上,能 源供应与生产变得更为广域化,集中模块与分散模 块在信息交换、能量互联互通方面有着密切的相互 关系,如图 4 所示。
集中模块 能源供应 能源传输 能源管理

Self-balance mode of distributed modules

由于分布式能源以清洁能源为主,受到其间歇 性、随机性等问题影响,在某些情况下,自平衡模 式不一定是最优的运行模式,各模块可能会为了实 现自平衡而以较高的经济成本、污染排放代价来实 现能源供需平衡的结果。因此在能源互联网框架 下,各个模块之间还存在交互协作模式,当某个分 散能源模块无法实现自平衡,或者为实现自平衡而 付出较大代价时,可在若干个能源模块之间进行交 互协作、能量互通、互补协调,从而降低达到全局 最优所需付出的代价。 2.2 能源供需协调优化规划模式 能源供需协调优化规划模式是针对目前能源 系统规划设计问题的解决方案之一,该规划模式分 为两个层面:第一,分散能源模块层面,在规划阶 段就要求充分考虑分布式发电及灵活可控发电资 源的选址定容优化,为分散模块内部的运营优化提 供基础[29-30]。同时规划设计与分散式能源供应模块 相适应的配套设备,包括微网、储能设备等; 第二, 广域能源供需层面,对广域范围内未来能源供需发 展情况进行定量分析预测,以此为依据规划设计和 构建能源供应模块、能源输送模块。 在得到系统规划方案后,应当通过模拟仿真技

用户1

用户2

用户3

… 用户n

分散 模块

分散 模块

分散 模块



分散 模块

分散模块

图4 Fig. 4

集中模块与分散模块的相互关系 Relationship between centralized and distributed modules

在能源互联网框架下,集中能源模块也包括能 源供应、能源传输、能源管理 3 个组成部分。能源 分散模块在实现自平衡的基础上,与能源集中模块

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中的能源供应部分形成协调互补,充分发挥分散模 块可控性强的特点,弥补新能源发电的间歇性与随 机性特征,从而降低发电侧出力的随机性,降低新 能源电力系统中为新能源发电提供调峰的化石能 源发电的数量,提高新能源电力系统运行的安全可 靠性,降低系统运行成本。 同时,传统的电力需求侧管理将被进一步放大 为全能源领域的综合用能管理。将需求侧的节能降

荷效果视为与供应侧相同等的资源,通过需求侧管 理模拟分析技术,分析单种政策、技术影响下用户 的负荷曲线和最高峰负荷变化情况;对这些需求侧 资源进行优化组合、对政策和技术等调控手段进行 优化组合,配合储能设备的有序充放电,使用户的 负荷曲线主动追踪分散式能源模块与集中式能源 模块的发电出力,这种优化模式也称为“源–网–荷 –储”协调优化模式[36-37]。其优化过程如图 5 所示。

单种政策影响

需求侧资源1 节能效果 负荷曲线效果

需求侧资源2 节能效果 负荷曲线效果



需求侧资源n 节能效果 负荷曲线效果

单种技术调控

需求侧资源1 节能效果 负荷曲线效果

需求侧资源2 节能效果 负荷曲线效果 ……



需求侧资源n 节能效果 负荷曲线效果

分析单种政策、 单种技术调控下 需求侧资源的负 荷调整效果

多种政策、技术等调控手段之 间优化组合

多种需求侧资源之间优化组合

负荷曲线 风电出力 光伏出力 用电负荷主动追 踪可再生能源发 电出力

负荷曲线 风电出力 光伏出力

用户用电负荷与可再生能源发电出力协同 性明显增强

图5 Fig. 5

供需双侧协调优化过程

Optimization process of energy supply and demand

2.4

能源互联网与新能源电力系统协同优化运营 本文所提到的供需协同优化模式主要包括系

微网和分布式能源集成的系统运营商通过获取用 户用电信息、分布式电源出力信息等,自动化、智 能化地调用模块内的能量流,实现模块内部自平 衡;在集中式能源模块层面,通过电力系统的“源 –网–荷–储”协调优化,使新能源发电与传统化石 能源发电有机结合,实现发电侧出力的协调可控, 通过需求侧管理手段与分布式发电及储能设备,促 使用户负荷主动追踪发电侧出力,从而将“双侧随 机”转变成为“双侧协调” ,同时使电力系统与其 他能源系统(如石油、天然气等)协调,使不同能源 种类之间的界限模糊化,从而实现广域范围内的 “源–网–荷–储”优化互补。 3)系统反馈阶段。 设计系统调度运行评价指标体系,包括输电线 路阻塞灵敏度、调峰容量充足率、负荷率等指标, 在每日调度运行结束后对调度运行方案的实施效 果进行评价分析,对调度方案进行循环修正;设计

模式实施控制流程 统规划、系统运行、和系统反馈阶段: 1)系统规划阶段。 主要遵循能源供需协调优化规划模式,综合考 虑分散式与集中式能源模块特点,建立多目标优化 模型,利用能源互联网大数据分析技术实现系统最 优容量配比及电源点选址、网架结构优化等目标, 包括分散式能源模块内部容量配比、分散式与集中 式能源模块容量配比及集中式能源模块内部最优 容量配比等。建议选取多组最优解作为规划方案备 选,并采用大数据模拟仿真技术模拟未来 10 年内 系统运行场景,根据模拟仿真结果选择最优方案。 2)系统运行阶段。 主要遵循分散式模块自平衡模式与广域能源 供需协同优化运行模式。在分散式能源模块层面,

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系统规划方案评价指标体系,包括新能源接入比 例、新能源电力穿透功率极限、多类型电源配比系 数等指标,对规划方案实施一段时间内的总体效果 进行评价,并在下一阶段的系统扩张方案设计中实 现优化提升。 具体的实施控制流程如图 6 所示。
系统规划 遵循能源供需协调优化 规划模式 ?分散能源模块规划 大数据平台 统计分析 机器学习 大数据解读技术 大数据模拟分析技术 大数据采集技术 识别技术 数据挖掘技术 机器学习 模式识别 大数据分析 趋势预测与建模技术

式[39-40]。对于集中式能源模块,可从云端系统获取 系统调度计划安排、实时状态数据等,参与调度计 划制定等过程,对系统能量流动进行动态调整。 在能量交互方面,依托主动式配电网等技术, 将分布式发电、储能设备、电动汽车等视为能源生 产与消费相结合的能量单元,建立分散能源模块与 集中能源模块之间的双向能量流动渠道, “能量携 带信息”将是未来的重点研究方向[41]。在这方面, 目前日本东京大学与日本国家仪器公司、日立横滨 研究实验室、日本电气公司等合作研究的“数字电 网”工程已经初步具备使电力本身携带信息进行电 力调度和系统协调优化的功能[42]。 从目前国内外相关研究基础来看,能源供应和 需求的信息流交互已经相对成熟,但是能量流交互 还比较欠缺,尤其是保证电、气、油等能源之间的 交互安全性、降低能量损失方面仍然是技术难点。 3.2 广域能源资源协调优化规划技术 能源互联网以电力系统为核心,同时还包括石 油、天然气、煤炭等多种一次能源系统,这些能源 系统与电力系统乃至新能源电力系统有许多共性 特点,在能源互联网的建设过程中,必须重点考虑 能源系统长期性、多样性、大量性等特征,因此要 充分发挥能源互联网相关技术对新能源电力系统 建设的推动作用,必须要在系统规划阶段就实现优 化协调,并将其作为系统优化运行的基础。因此广 域能源资源协调优化规划技术也是能源互联网的 关键技术支撑之一,与能源供需协调优化规划模式 相对应。 在宏观层面上,利用大数据平台搜集分析我国 未来消费结构转型、能源供需结构调整等具体数 据,通过数据解读分析技术,采用统计分析、机器 学习等手段挖掘推导大数据中有价值的规则及关 系,实现能源供应规划、能源网络规划与整个经济 社会发展体系的相互融合(包括将多种能源网络规 划与城乡发展规划相结合、能源消费结构变化相结 合等)[43-44]。 在微观层面上,借助地理信息系统(geographic information system,GIS),绘制区域能源地图,通 过大数据解读技术对大数据本身及其分析过程进 行深层次的剖析以及多维度的展示,分析区域能源 网络拓扑结构,运用大数据整合分析技术整合人口 数据、 区域经济社会数据、 节能数据、 能源消费等, 可视化地展现区域能源供应点及供应网络基础设 施情况,为未来的扩张规划提供直观数据支撑和理

?集中能源模块规划 ?模型求解与方案备选 ?规划方案模拟仿真
分散模块自平衡模式与广域能 源供需协同优化运行模式

系统运行

?分散能源模块内部自平衡 ?“源-网-荷-储”双侧协调 ?广域能源系统协同优化

系统反馈

?系统调度方案运行反馈 ?系统规划方案运行反馈

图6 Fig. 6

系统实施控制流程

Implementation and control process

3 能源互联网与新能源电力系统衔接关键 技术
为进一步强化能源互联网技术在推动新能源 并网、构建新能源电力系统方面的推动作用,应当 在目前已有的智能电网技术基础上,嵌套更为先进 的互联网技术,建设能源互联网与新能源电力系统 之间的能量信息连接桥梁,同时配合广域能源规划 技术、运营技术,实现能源系统的整体优化。 3.1 能源模块信息能量交互分析技术 能源互联网框架下,各个模块之间信息能量充 分互联互通,这需要以强有力的交互技术为基础, 该技术也是分散模块自平衡模式、广域能源供需协 同优化运行模式的关键技术支撑。主要包括以下两 个方面[38]。 在信息交互方面,未来主要的技术研发方向为 云端大数据信息交互,包括大数据采集技术、识别 技术、 数据挖掘技术等。 将这些技术与云计算技术、 云存储技术等相结合,将能源大数据采集到云端 后,通过数据识别技术筛选有用数据,并对异常数 据进行修正,通过数据挖掘技术对多能源模块的能 源信息进行深度信息挖掘。各方面用户都可通过具 有普适性的接口接入该云存储系统,从而获取能源 数据信息。对于分散式能源模块,用户可根据自身 需求订制适合的能源信息服务,根据系统优化计算 结果进行用电安排,调整分布式发电自用和上网方

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论依据。 遵循能源供需协调优化规划模式,求解优化模 型可得多个系统规划方案,采用大数据认知技术、 模拟仿真技术对每个规划方案的运行效果进行模 拟仿真,设计评价指标体系对每个仿真结果进行评 价并选择最优的系统规划方案。因此如何提高模拟 仿真精度,缩小模拟仿真结果与解析值之间的差 距,或者将解析法的范围进一步扩大,通过大数据 处理技术使之能应用于规模较大的系统的分析测 算,是未来的技术难点。 3.3 广域综合能源协同调度技术 在系统运行方面,能源系统的共性特征和区别 也较多,其中电力系统“发–输–配–售”瞬间完成 的特性是其区别于其他能源系统最显著的特征。这 个特征使得电力系统运行过程的精细化程度要超 过其他能源系统。目前多种能源系统之间相互结合 的关键点主要是能源的供需双侧:在供应侧有风电 制氢、电气互联等多能源协同方式;能源需求侧则 可实现在多种能源之间自由切换、自由选择,因此 能源供需两端是能源互联网中多种能源之间的相 互结合点,该结合点需要广域综合能源协同调度技 术来实现,该技术与广域能源供需协同优化运行模 式相对应,主要包括两方面: 在能源供应侧,通过机器学习、模式识别、大 数据分析、趋势预测与建模技术,建立新能源发电 出力与周边环境因素之间的相关关系分析模型,以 聚类分析结果为基础,更好地管理新能源的多变特 性,形成优化的机组出力组合。 在能源需求侧,利用大数据技术对宏观能源消 费数据及区域用能数据进行精细化预测分析,寻找 能源消费数据与其他信息数据之间的相互关系,建 立差异化的大数据分析模型。利用大数据技术对用 户的需求侧响应过程进行动态模拟仿真,对不同用 户的负荷响应速率、响应负荷进行分层分析,预测 不同需求侧响应措施的实施效果,为系统运行过程 中的动态需求侧响应方案设计提供数据支撑。 在调度方案设计及执行的过程中,分散与集中 模块的系统运营商都可根据云技术及大数据技术 分析结果制定及执行调度计划,综合能源供应侧及 需求侧的先进技术,引导用户负荷主动追踪清洁能 源发电出力。 目前已有部分关于能源互联网协同调度运行 方面的研究。文献[45]在全球电力能源互联网和配 电电力能源互联网的框架下提出全新的虚拟电力

系统概念,并阐述了其运营模式与关键运营技术。 文献[46]围绕风柴储生物质独立微网系统,基于各 分布式电源运行特性,提出一种包含正常运行时的 经济运行调度和大扰动时的紧急功率控制的双模 式优化控制方案。目前在微观层面上,有用户侧冷 热负荷预测模型研究[47],在宏观层面上,有关于风 光气储互补发电[48]、 利用供热网络提高机组调峰调 频能力及其控制方法方面[49]、 电热能源集成系统运 行优化[50]、 物联网与能源供应网协调优化[51]等方面 的研究。未来的研究重点和难点是能源互联网系统 的安全保护方面。主要包括两方面:第一是能源传 输和使用的保护,将电力系统的控制保护等手段扩 大到全能源系统,将大数据分析处理技术引入安全 隐患探测过程;第二是能源信息安全保护,检查并 防止利用安全漏洞发送错误能源调配指令的入侵 行为,以及在错误发生后防止影响扩大化,同时还 应加强对用户用能隐私信息的防护。

4 建议及展望
要推动能源互联网的建设发展,尤其发挥能源 互联网对新能源电力系统发展的促进作用,应当进 一步完善目前的政策体系,制定具有针对性的相关 产业政策,促进能源互联网产业健康、有序、可持 续发展。 第一,制定能源互联网相关规范和标准体系。 建立统一的规范和标准体系是推动我国能源互联 网建设的关键,也是未来能源互联网能够实现多能 源互联以及信息实时交互的重要保证[52]。因此,建 议由国家统一部署制定能源互联网的规范和标准 体系。 组织各方面的力量集中科研攻关, 依托电力、 石油和天然气、传统互联网等相关行业现有的标准 体系,完善融合后纳入到我国能源互联网体系框架 中,形成完整的能源互联网规范和标准体系[53]。 第二,构建并完善能源互联网市场体系。能源 互联网形成的关键是开放的市场,因此有必要深化 能源体制改革,建立统一开放、有序竞争的现代能 源互联网市场体系,发挥市场在优化资源配置的作 用[54-55]。同时,应进一步深入研究应对开放性市场 的电网关键技术,包括三个方面:第一,融合三种 关键技术, 通过储能技术(分散与集中的储能设备)、 智能家居技术(促进数据搜集管道下沉到用户设备 侧)、 需求侧资源综合调控技术等调动用户侧参与市 场的积极性和能力水平;第二,运营两个平台:主 动配电网平台、在线互动服务平台,将柔性的理念

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贯穿整个电网规划运营过程,加深服务业、互联网 思维和电网调控的相互融合; 第三, 提供一种方案: 综合能源解决方案,而不仅仅是用电方案。 第三,推动示范性工程建设。积极争取国家支 持在相关领域先行先试,通过试点示范,形成带动 引领效应;结合区域特色、领域特点和各自基础, 组织开展能源互联网试点示范区建设,探索新型建 设推广模式;推动云计算、物联网等新一代信息技 术和智能微电网系统等智能化物理通道的协调规 划,加快应用示范点和产业化基地建设
[56-57]

系统有序健康发展。

参考文献
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第四,构建能源互联网投资收益评估机制。作 为重要的能源输送和配置平台,能源互联网相关产 业从投资建设到生产运营的全过程都将对国民经 济、 能源生产和利用方式、 环境等带来显著效益[58]。 建议构建能源互联网投资收益评估机制,对能源互 联网投资、建设、运行和效益进行科学评估,在此 基础上,加大财政扶持力度、优化税收减免政策和 投融资政策。在开展评估工作时,还应充分考虑各 利益相关方价值,设计试点项目的评估方法和评估 标准。一般来说,在设计评估方法和标准时,社会 价值、企业价值和用户价值是设计者考虑的核心内 容,同时试点项目中其他合作主体的价值诉求也应 该被纳入考虑范畴,这样的评估结果才有助于充分 调动各方的积极性,从而得出更容易被认可的评估 结论。

5 结论
促进新能源的开发利用、提高新能源在我国终 端能源消费的比重,目前是我国能源行业改革的主 要目标。作为二次能源的核心,电力将在此次能源 行业变革中起到至关重要的作用,建设与发展新能 源电力系统将是实现改革目标的关键手段。而能源 互联网的建设能够推动我国能源行业的产业技术 升级和结构调整,通过对能源供需结构的根本性变 革,在分散和集中两个层面提高新能源的渗透率, 因此能源互联网与新能源电力系统两者在设计层 面上和实施层面上都密切相关,能源互联网能够推 动新能源电力系统的建设发展。 因此,要进一步发挥这种促进作用,必须在运 营模式上实现分散能源模块和集中能源模块的优 化协调,实现广域层面上的各能源系统协同互补; 在技术层面上将互联网技术引入传统能源行业,加 强能量流与信息流的广泛交互;在政策层面上尽快 完善各项机制政策,促进能源互联网与新能源电力

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