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　　在２００８年，Ｂｒｏｗｎ就列举了智能电网建设必须关注的功能模块，类似地，能源互联网也应涉及生产、储存、传输、监控、调度等功能模块．实现能源生产－消费均衡、传输损耗降低、信息高效共享、满足用户需求是能源互联网的建设目标．

　　２．３．１能源生产智能化

　　微网技术探索了分布式可再生能源支撑局部范围能源供需平衡的可能性．骨干网络与微网有效配合、合理规划，由分布式可再生能源实现局部范围的能源供应是降低骨干网络传输压力和生产智能化的途径．信息分享能提高预测准确度，从而提高生产规模设计、生产成本控制及消费需求满足水平．为实现生产和传输的精准安排，对全网精确地负荷辨识是关键，亟需突破现有信息采集、计算、传输机制．

　　２．３．２能源存储智能化

　　储能装置既是负荷也是能源供给，是能源互联网必不可少的部分．文献指出了多种提高可再生能源利用效率的能源存储方式，文献强调氢储能是未来重要储能方式．数据中心、电动汽车等拥有的储能设备都可能成为储能单元，能源互联网中优化和管理的范围将大幅度增加．构造虚拟电厂、能源的最小区域消纳等给信息处理和控制提出了挑战．文献探讨了一种依赖信息技术的混杂电力能源存储装置架构．

　　２．３．３能源传输智能化

　　能源高效传输需要及时消纳具有间歇、突发等特点的可再生能源；控制能源流动、调节能源类型以满足消费需求需要更有效的计算设备．电子、通信等技术是上述目标实现的支撑．电子电路技术旨在实现对电压?电流的智能控制，保证用户所需的能源类型；通信技术能够把需求、线路状况等信息及时发送到决策计算中心，为优化电力调度和配电策略设计提供支撑．电力路由器为电力能源互联网示范建设提供了思路，涉及的信息技术包括路由器的部署、控制、安全保护等．此外，能源互联网单元间实现能源供给协同，实时、高效的监控和调配等都需要信息技术支撑．

　　２．３．４能源消费智能化

　　能源消费智能化要求所有终端都应包含智能通信模块，并具备对信息整合分析、合理配置能源、实现市场需求迅速响应、公正准确计量、数据实时采集、多途径收缴费用等能力，与信息技术密切相关．在当前实践中，文献针对智能家居应用，给出了一种基于电池阵列的智能用电装置，较好地实现了能源流、信息流和控制流的统一，是在微网范围内实现智能消费的有益探讨．

　　２．３．５能源调度智能化

　　信息技术将被广泛应用于电能信息采集、电能质量监测分析、电网能量管理、及用户侧能量管理等．功能至少包括：

　　１）电源协调控制．支撑多个分布式、异构能源的并网，依赖能源内在特性和时间特征等因素设计策略保证系统平稳．

　　２）电能质量控制．在电压波形、频率、功率因数等多个角度加强综合控制，适应如太阳能、风能等随机性能源的频繁启停操作和功率输出变化．

　　３）高级能量管理．根据能源需求、市场信息和运行约束等实时决策，控制能源生产与能源交换，对设备和负荷进行灵活调度确保系统的最优化运行．

　　３、能源互联网的支撑信息技术

　　３．１能源互联网的支撑技术框架

　　为了满足能源互联网各方面的要求，支撑技术可以分为５个组成部分：系统规划技术、电子控制技术、信息通信网络技术、能源技术、管理调度技术．每类技术衍生分支都对应相应的技术创新要求，具体内容如下：

　　１）系统规划技术．能源互联网是由多个复杂系统组成的复杂体系（ｓｙｓｔｅｍｏｆｓｙｓｔｅｍｓ），需要用系统的思想进行顶层谋划．主要包括体系架构设计、方法学与接口设计、发展规划设计、相关协议标准筛选等．

　　２）能源技术．涉及能源生产、传输、调配、储存、使用等环节，包括分布式可再生能源利用、清洁高效的传统能源生产、新兴能源探索，降低传输损耗、延长传输距离，稳定能源供应，实现能源高效合理流动，以及用能安全保障、个性化支撑等．

　　３）信息通信技术．信息通信是系统的中枢神经，负责信息收集、传输和处理，是能源合理调配的前提和保障．涉及智能计量、信息平台、人工智能、分布计算、高性能计算以及通信网络等．

　　４）管理调度技术．对网络进行系统管理、资源优化与综合调度，信息收集、分析、反馈与预判断能力是优化管理调度的前提和支撑．功能包括能源利用管理、需求响应管理、费用效用价格管理以及排放管理等，涉及方法包括优化方法、机器学习、博弈论、决策理论等．

　　５）电子控制技术．能源传输、调配、控制元器件和程序的设计与开发，直接决定策略的实施效果．生产过程中的工控系统、传输过程中的安全保障设备、消费阶段的能源计量和信息采集等都属于该类技术的支撑内容．

　　一般地，可以把涉及的信息技术分为系统优化技术、信息传输和共享技术、能源调配和控制技术、能源－信息融合技术．

　　３．２组织与优化———网络结构设计

　　在能源互联网中，实现能源供给和消费的均衡是能源流性质的要求，建立各组成单元间信息交互和能源传输的高效通道成为了必须解决的问题．不同的网络结构对应各异的管理规范和组网模式，在可扩展性、健壮性和安全性等方面都拥有各自的特性．根据能源类型和运行需求选取相应的网络结构将是能源互联网结构的发展趋势．

　　以电力系统为例，灵活、健壮的拓扑结构一直是电力网络系统追求的目标，也是未来智能电网的支撑技术之一．各级电网的优化配置和协同部署成为了实现电力互联网优化运行的硬件基础，目前采用的典型网络结构包括总线结构、层次化结构和自组织结构．在未来能源互联网中，３种结构根据时间、事件等因素持续演化、合理组合，将为网络优化运行提供坚实的物理基础．

　　３．２．１总线结构

　　文献指出，智能电网是微网的智能化融合，总线结构是可选择的典型网络架构之一，如图４所示．骨干传输通道（包括能源配送网络和信息传输高速公路）是基础，接入单元（包括微网、消费终端、电力生产企业等）通过即插即用方式接入．接入单元通过信息设施实现负荷或能量状况信息的共享，为调整控制策略提供支撑．

　　该结构在网络可扩展性、资产继承性等方面具有无可比拟的优势：一方面，当前具有相当规模的骨干电力网（尤其是高压、超高压或特高压线路）为未来能源互联网骨干线路提供了可行选择，能源和信息传输耦合的电力配送网络为构建能源互联网提供了便利；另一方面，分区域建设的配、变电设施天然地适应了该结构的要求，只需智能的边界交换装置即可方便地实现能源互联网组建．

　　一般地，为适应能源定向流动，交换装置可以选择或配置为双向或单向，方便网络接入、能源个性化供给和消费等．但是，随着接入单元数量的增加，处理交互信息流给总线结构带来巨大挑战，与其他结构的协同方法是重要研究方向．

　　３．２．２层次化结构

　　尽力实现能源本地化供应、降低能源传输损耗是能源互联网建设的目标之一．互联网成功经验表明：层次化（树形）网络结构是一种有效方法．针对微网能源管理，文献提出了树形结构，该结构中，簇控制器是核心部件，控制器通过智能电表等信息采集设备获知底层单元能源需求和生产信息，根据计算结果由底至上地完成调度．只有当底层单元无法实现供给平衡时，控制器才向上层控制器发送能源请求信息，并与骨干总线配合实现能源供给平衡．此外，树形结构能较好地隔离失效，在发生故障避免事故蔓延，本质上具有提高网络可生存性．为支撑分布式可再生能源，进一步地，文献给出了覆盖网结构，强调多个控制器控制．与树形结构相比，虽然增加了控制和调度难度，但为实现能源供给平衡灵活调度提供了可能．

　　目前，层次化结构已被应用于主体位置和需求变化较小的微网，高效控制和管理策略仍是推广该结构的瓶颈．

　　３．２．３自组织结构

　　自组织网络架构摆脱了固定结构束缚，旨在通过能源主体间的协同实现网络结构的快速演化，提供一种利于发挥能源主体能动性和应用潜力的网络结构．

　　自组织网络架构主体能够根据需求或事件，借助已有设施主动变换子能源互联网结构，不需要中心控制，时间维度上该结构呈现较大的动态性，如电动汽车从区域Ａ驶入区域Ｂ后，可以自主地选择电力子网络，实现能源最优利用．类似于计算机网络中的Ｐ２Ｐ网络和无线通信中的自组织网络，网络主体行为受自身价值的影响，参与主体的规模影响该网络结构实施效率，激励合作机制是推广该类结构的关键．为实现消费最小化和能源平稳化，文献基于能源消费调度器给出了一种激励合作机制，探索了该结构的应用前景．

　　３．３信息传输与共享———通信网络技术

　　保证控制策略的及时性、有效性和可靠性，收集和分享必要信息是不可或缺的工作，通信网络是重要的技术支撑．在边缘部署通信交换设备、定义接口涵盖多元化底层技术、实现易扩展、便维护、多业务支持的信息互联网架构给能源互联网的信息支撑框架设计提供了借鉴．

　　以电力能源为例，当前基础设施部署广泛、已投入高额成本，且技术为人们所熟知，革命性的更换会导致巨大的资金投入和实现时延．基础设施向前兼容、逐步更新的实施策略是可行选择．回顾互联网的发展，互联网最初被部署在电话网络之上，通过采用富有弹性的组织原则，在功能优先的基础上，不断完善设施，最终发展成今天互联网的规模．类似地，能源互联网通信网络架构需要充分利用现有的基础实施（如电网的通信网络等），实现特有功能，并力求在效率和耐用性上实现突破．在功能上，能源互联网强调智能通信协议与电能传输相互融合，有效分发能源价格、可用电量分布、控制决策等信息，并支持分布式控制．经济的通信架构是配置边缘标准化智能“接口”，通过汇总负荷和电力供应，利用储能和调度管理使供需趋于平稳，并支持独立供电、分布式发电和电力交易等业务，力争实现能源实时调度生产、资源存储规划等，把当前满足高峰?最坏情况的生产战略转变为关注平均需求的生产规划．在实现方法上，数据分享功能依赖于层次架构、聚合、分层、应用编程接口（ＡＰＩ）协议等，目标在于调节储能装置，破解发电和用电间强平衡的限制，与互联网智能边缘和哑管道类似，能源互联网中的通信网络应具备用电负荷感知功能，为“按需而供”提供信息支持．

　　３．４能源调配和控制———电子控制技术

　　电子控制技术是实现能源互联、能源调控和网络分布式控制的支撑技术，能源质量调节、能源远程调配、网络信息监控与策略部署等无不涉及电子控制技术，它是承接能源流控制与信息流融合的桥梁．在能源互联网的架构中，电子控制技术亟需支持分布式可再生能源的接入和精细粒度控制策略的实施．

　　以电力能源为例，为接纳分布式可再生能源到电能的转化和并网，电力电子技术被广泛使用．针对分布式可再生能源间歇性、微量性、分散性的特点，为保证它们所生产电能能够成功并网，专门的电力电子技术设备已被广泛应用在下列典型的联接设备中：并网逆变器、光伏电池、风机、燃料电池、储能元件等．电力电子技术的采用使得该类变换器具有响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性，但为更好地保证能源质量，还需集成一些控制功能，如有功－频率下垂控制和电压－无功下垂控制等．能源流精细化管控也需要电子控制技术支持，如对能源流的精细调节和全局控制指令的快速响应等．如当前智能电力变压器通过由电力电子变换技术和电能变换技术相结合实现了电流的调节，可实现所有ＦＡＣＴＳ?

　　ＤＦＡＣＴＳ功能，具备了可控性强，接口灵活多样、体积小、便于电源接入等特点．嵌入式控制模块可实现控制指令的快速响应，开发基于通信网络的自适应嵌入式控制设备对能源流控制具有重要意义．

　　３．５模块融合与协同———网络标准和协议

　　集成通信协议是实现信息能源基础设施一体化的基础，功能要求能够从物理设施中获取数据，并完成能源互联网的高级应用，如实时价格控制、能源传输双向控制等．目前，已存在多种通信协议，但通常仅能完成能源互联网体系的某一个功能侧面，尚缺乏一个集成的通信基础架构和协议组．

　　在能源互联网中，能源高效传输、能源精准度量、网络优化控制、网络运维管理等功能都需要相关的协议支撑，此外，为实现用户的用能定制化，支持交互的实时通信协议成为保证能源生产和负荷平衡的关键．因而，能源互联网的通信基础设施和协议应满足以下基本功能：实现双向通信，具备面向能源互联网高级应用的互操作性，实现端到端的可靠安全通信，能抵御潜在的网络攻击．

　　４、能源互联网中信息技术的热点问题

　　能源、信息、电子控制等领域的技术为能源互联网的建设与发展提供了必要条件，但是，实现规划目标还存在较多问题亟待突破．以下将对能源利用、能源传输、信息获取与处理等方面涉及的潜在信息技术研究热点问题进行总结分析．

　　４．１多类型能源的生产调度

　　分布式能源供应体系是支持包括可再生能源在