能源互聯(lián)網(wǎng)綜述研究
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劉曉明，牛新生，王佰淮，林濟(jì)鏗，張杰，汪湲
（1．國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東濟(jì)南250021；
2．天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津 300072；
3．同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201 804）
摘要：為了解決能源枯竭和環(huán)境污染問題，能源互聯(lián)網(wǎng)這一新興課題受到專家學(xué)者及政府部門的高度重視。首先對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了全面的綜述及展望，闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)受到關(guān)注的原因及相關(guān)內(nèi)涵、定義；其次，對(duì)圍外、國(guó)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀做了全面的綜述，并從能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、能源互聯(lián)網(wǎng)控制策略及能源互聯(lián)網(wǎng)概念等方面進(jìn)行了分類分析：最后，分析了能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究進(jìn)行了總結(jié)、概括，分析提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究的發(fā)展方向，可供未來能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)參考。
關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；控制策略；能源危機(jī)：互聯(lián)網(wǎng)；分布式能源；發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)
0引言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們�；钏健⑸钯|(zhì)量的提高，能源需求（電力需求、燃?xì)庑枨蟮龋┳兊迷絹碓街匾Ｖ袊?guó)能源總儲(chǔ)量比較多而人均占有量非常低：分布極不均衡：經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度與能源供求關(guān)系極不協(xié)凋。此外，為解決環(huán)境污染及溫室效應(yīng)等問題，中圍政府大力支持并鼓勵(lì)開發(fā)、利用清潔能源。為實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源的大規(guī)模利用并解決資源在空間上的分布不均衡問題，很多學(xué)者提出了微網(wǎng)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)。隨著分布式能源的多樣化，分布式設(shè)備的海量化，能源分布的廣域化，微網(wǎng)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)呈現(xiàn)出“力不從心”的狀態(tài)。如智能電網(wǎng)的物理實(shí)體為電力系統(tǒng)，未考慮電氣化交通等系統(tǒng)的相關(guān)性：智能電網(wǎng)內(nèi)能量流動(dòng)主要為電能，而用戶還需要熱能、化學(xué)能等；智能電網(wǎng)對(duì)分布式電源采用局部消納，難以實(shí)現(xiàn)分布式能源的大規(guī)模高效利用。有鑒于此，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
美國(guó)政府提出了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能制造的制造業(yè)重振計(jì)劃；德罔及歐盟等提出了以互聯(lián)網(wǎng)及智能制造為核心的工業(yè)4.0計(jì)劃等。李克強(qiáng)總理在2015年政府工作報(bào)告中提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)汁劃�？梢哉f．能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是對(duì)于正處于方興未艾快速發(fā)展的智能電網(wǎng)體系的整體提升及發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)各種形式的能源生產(chǎn)、傳輸及消費(fèi)的更加科學(xué)化和合理化。而且能源產(chǎn)業(yè)是社會(huì)生產(chǎn)及發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，其對(duì)于其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響巨大，岡此，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展被不少研究人員及專家學(xué)者看作引發(fā)第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，需要技術(shù)創(chuàng)新支撐，政策機(jī)制的支持，應(yīng)引起各國(guó)政府、地區(qū)及學(xué)者的協(xié)同合作及高度重視。
鑒于上述緣由，本文對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的原因．圍內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行全面和深入的綜述，并對(duì)不同研究的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行了分類分析：進(jìn)而指出其所面臨的挑戰(zhàn)問題，以期促進(jìn)該研究領(lǐng)域的發(fā)展。
1 能源互聯(lián)網(wǎng)定義討論及其發(fā)展必然性
能源互聯(lián)網(wǎng)作為一新興技術(shù)．在短時(shí)間內(nèi)得到了較快發(fā)展。從RIFKIN J在《第三次工業(yè)革命中首次提出能源互聯(lián)網(wǎng)概念和構(gòu)想后，不少研究人員從各自關(guān)注角度提出了能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)．但尚沒有形成統(tǒng)一的內(nèi)涵和定義。學(xué)者RIFKIN J認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有以下內(nèi)涵：實(shí)現(xiàn)不可再生能源向分布式可再生能源利用的轉(zhuǎn)型：實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)、高效利用：實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能裝置（氫儲(chǔ)能等）的大規(guī)模應(yīng)用；以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐．實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的升級(jí)改造：實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)向電氣化交通系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。董朝陽、查亞兵及曹軍威等認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)是以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為支撐，以電力網(wǎng)絡(luò)為核心，以風(fēng)能、太陽能等分布式可再生能源大規(guī)模消納為日的，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)及信息網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)聯(lián)系、多種能量和多種網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜系統(tǒng)。Alex Q Huang等提出能源互聯(lián)網(wǎng)是具有即插即用接口、能源路由器及標(biāo)準(zhǔn)的開放性的操作系統(tǒng)的新一代的整合電力電子技術(shù)、通信技術(shù)的高效電力系統(tǒng)。
從上述各種不同的能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及特點(diǎn)不難看出，能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)及智能交通網(wǎng)的緊密耦合，以達(dá)到能源生產(chǎn)及利用的科學(xué)化、可持續(xù)化及環(huán)�；�。
能源互聯(lián)網(wǎng)受到廣泛關(guān)注及熱點(diǎn)研究的原因，大致可以歸納為5個(gè)方面：
(1)能源危機(jī)急需提高能源利用效率。人類社會(huì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致石油、煤炭等不可再生能源的消耗急劇增加和不可再生能源需求規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大。而不可再生資源的總量有限，隨著人類的不斷利用，會(huì)日益減少使供求關(guān)系越來越緊張。因而提高能源的利用效率迫在眉睫。根據(jù)2013全球能源工業(yè)效率研究報(bào)告，能源平均利用效率僅為41.1%．各個(gè)國(guó)家的能源利用效率總體上并不高，有很大的挖掘空間以提高其利用效率。能源互聯(lián)網(wǎng)可將能源的生產(chǎn)、制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)葘?shí)現(xiàn)互聯(lián)．最大限度地使資源得到最優(yōu)配置和利用．實(shí)現(xiàn)其利用效率的顯著提高，應(yīng)對(duì)日益枯竭的化石能源。
(2)環(huán)境污染問題促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。全球化石能源消費(fèi)總量從1965年的51億t標(biāo)準(zhǔn)煤增加到2013年的158億t標(biāo)準(zhǔn)煤，半個(gè)世紀(jì)就增長(zhǎng)了2倍多。大量化石能源在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用的各環(huán)節(jié)對(duì)空氣、水質(zhì)、土壤等造成越來越嚴(yán)重的污染和破壞。大多數(shù)發(fā)達(dá)同家都曾發(fā)生重大污染事件．發(fā)展中國(guó)家也面臨日益突出的大氣污染問題。中國(guó)煤炭占能源消費(fèi)比重高達(dá)66%,高出世界平均水平37個(gè)百分點(diǎn)。煤炭的過度開采，導(dǎo)致地而下沉，耕地資源減少，地下水位下降，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成惡劣影響。同時(shí)，中國(guó)燃燒煤炭等化石能源產(chǎn)生大量的二氧化硫、氮氧化物及煙塵，導(dǎo)致空氣中細(xì)微顆粒物( PM2.5)的濃度嚴(yán)重超標(biāo)，霧霾頻發(fā)，對(duì)人們的生活產(chǎn)生極大的影響。雖然多數(shù)國(guó)家為解決環(huán)境污染問題已經(jīng)制定了相應(yīng)的減排機(jī)制，如歐盟的《碳排放權(quán)交易體系》，但節(jié)能減排任務(wù)仍然十分艱巨。依靠能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)水能、風(fēng)能、太陽能等分布式可再生能源的大規(guī)模、高效率利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。
(3)清潔替代和電能替代提出對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的需求。清潔能源替代、電能替代是緩解及徹底解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的迄今最好的選擇策略。劉振亞等認(rèn)為實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展必須加快推進(jìn)在能源生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)清潔替代和在能源消費(fèi)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)電能替代（“兩個(gè)替代”），并強(qiáng)調(diào)“兩個(gè)替代”是解決人類能源危機(jī)和環(huán)境污染的根本之路。通過大規(guī)模建設(shè)及接納可再生能源發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)其“即插即用”，是實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)清潔替代的最好策略：通過一次能源消耗的電能替代，如大規(guī)模發(fā)展電動(dòng)汽車等，是實(shí)現(xiàn)降低甚至消除能源消費(fèi)所產(chǎn)生的環(huán)境污染的最好措施，、而若要實(shí)現(xiàn)上述“兩個(gè)替代”，必須實(shí)現(xiàn)一次能源系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及交通系統(tǒng)的緊密耦合和良好互聯(lián)。
(4)大規(guī)�？稍偕茉吹慕尤肫惹行枰茉椿ヂ�(lián)網(wǎng)提供支撐。由于分布式能源的海量化、廣域化，若實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模、高效利用，并網(wǎng)則勢(shì)在必行。同時(shí)可再生能源的問歇性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)其“即插即用”是實(shí)現(xiàn)其充分利用及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵�；诳深A(yù)期時(shí)限內(nèi)的大容量電能存儲(chǔ)的困難，要實(shí)現(xiàn)以風(fēng)、光等分布式可再生能源的“即插即用”，其有效的解決途徑是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及市場(chǎng)規(guī)律．進(jìn)行不同局部（或國(guó)家）電網(wǎng)與電網(wǎng)之間、電網(wǎng)與用戶之間、不同用戶之間、電網(wǎng)與交通網(wǎng)、電網(wǎng)與一次能源網(wǎng)之間的信息及物理的良好互聯(lián)．則可在克服各種電能質(zhì)量問題的前提下．實(shí)現(xiàn)把電能富裕區(qū)的電能有效地送到電能匱乏區(qū)．將富余電能轉(zhuǎn)換成天然氣（電制氣技術(shù)．P2G）存儲(chǔ)于一次能源網(wǎng)中，或通過交通網(wǎng)把富余的電能存儲(chǔ)在大量的電動(dòng)汽車電池上。
風(fēng)、光等可再生能源出力的問歇性、不穩(wěn)定性、電能無法實(shí)現(xiàn)大容量的存儲(chǔ)以及分布式可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)等問題，是智能電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸．即單純的智能電網(wǎng)是無法消納及適應(yīng)分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能裝置的大規(guī)模接入。而具有局域自治消納和廠+域?qū)Φ然ヂ?lián)功能的能源互聯(lián)網(wǎng)．可最大限度地動(dòng)態(tài)適應(yīng)分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能裝置的接人，實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能裝置的“即插即用”。
(5)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度應(yīng)用及發(fā)展成為能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐�；ヂ�(lián)網(wǎng)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)具有開放、互聯(lián)、對(duì)等和共享的技術(shù)，其從形成之初的軍事科研專用，至今已滲透到各行各業(yè)并成為其基本要素之一�；ヂ�(lián)網(wǎng)具有的特點(diǎn)，例如信息的隨時(shí)隨地接入與獲取、基于局域網(wǎng)之問的規(guī)�；ヂ�(lián)、互聯(lián)網(wǎng)巾節(jié)點(diǎn)的對(duì)等特性以及方便靈活的信息分享機(jī)制等，與期望中的能源互聯(lián)網(wǎng)所應(yīng)有的特性非常接近，從而基于此可實(shí)現(xiàn)可再生分布式能源、儲(chǔ)能設(shè)施及電動(dòng)汽車等的“即插即用”及與電網(wǎng)的良好互動(dòng)。通過以能源局域網(wǎng)為基本單位的不同規(guī)模、不同地區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)的對(duì)等互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的靈活轉(zhuǎn)換及基于信息的全局能量管理的調(diào)度及優(yōu)化。
2能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀
能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究是廣受能源相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)、本文對(duì)國(guó)內(nèi)外進(jìn)展分別進(jìn)行綜述．并對(duì)其所研究的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行r分析，國(guó)外方而，美國(guó)學(xué)者(團(tuán)體）主要側(cè)重研究能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)．德國(guó)學(xué)者（政府）側(cè)重于研究能源互聯(lián)網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡(luò)——信息通信網(wǎng)絡(luò)，其他團(tuán)體研究能源路南器、同態(tài)變壓器及能源互聯(lián)網(wǎng)的管理控制策略；罔內(nèi)方面，學(xué)者們主要側(cè)重于能源互聯(lián)網(wǎng)的概念、架構(gòu)、組成元件等研究。
2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
能源關(guān)系著工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，能源的變革，勢(shì)必會(huì)對(duì)工業(yè)及社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。鑒于此，許多發(fā)達(dá)國(guó)家和機(jī)構(gòu)，包括美國(guó)、德國(guó)及跨國(guó)公司紛紛投入了大筆資金．組織大批專家學(xué)者及研究團(tuán)隊(duì)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了廣泛的初始探索研究．但目前仍處于起步階段。
2.1.1 美國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀及實(shí)踐
在美國(guó)，許多學(xué)者對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究主要側(cè)重于能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)（原型）設(shè)計(jì)。在NSF支持下，美國(guó)FREEDM研究巾心于2008年建立，以Alex Q Huang為代表的研究人員研發(fā)JFREEDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分布式設(shè)備即插即用功能，并且被擬作為下一代電力系統(tǒng)一能源互聯(lián)網(wǎng)的原型進(jìn)行推廣，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，用戶可通過標(biāo)準(zhǔn)化的即插即用界面控制他們的能源需求，而這些能源由小型化、模塊化的分布式可再生能源（太陽能、風(fēng)能、電池、電動(dòng)／燃料電池汽車）提供。這些小型模塊南該系統(tǒng)的核心器件一能源路由器（又稱智能能量管理裝置）統(tǒng)一調(diào)度和管理：雖然各個(gè)終端的運(yùn)行狀態(tài)由終端本身控制，如光伏發(fā)電陣列的輸出功率主要由板載最大功率點(diǎn)跟蹤算法決定，但是能源路由器能夠協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的正常運(yùn)行及相互配合．實(shí)現(xiàn)能源的合理分配和利用。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能裝置在任何時(shí)問、任何地點(diǎn)的即插即用功能：通過智能配電系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)分布式能源、分布式儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷的管理：通過固態(tài)變壓器實(shí)現(xiàn)分布式能源、分布式儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷的接入；擁有基礎(chǔ)通信設(shè)施骨干網(wǎng)：擁有革新性的保護(hù)裝置：智能故障隔離設(shè)備：具有自動(dòng)從主電網(wǎng)隔離功能及孤島運(yùn)行能力，提高電力系統(tǒng)的效率。
伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種“以信息網(wǎng)絡(luò)為中心的能源網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)，如圖2所示。
其目的是通過結(jié)合智能傳輸協(xié)議及電能傳輸協(xié)議．并采用與集中式控制相異的分布式控制策略．實(shí)現(xiàn)對(duì)電量信息或電價(jià)信號(hào)的靈活響應(yīng)。同時(shí)以信息的采集、傳輸和利用為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，遍布各個(gè)區(qū)域，并以區(qū)域?yàn)橹饕缦迍澐肿泳W(wǎng)．各個(gè)子網(wǎng)之間通過“智能電源開關(guān)(IPS)”進(jìn)行通信。該團(tuán)隊(duì)將基于能源互聯(lián)網(wǎng)思想的分布式儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)巾心．提出并實(shí)踐了一套解決數(shù)據(jù)中心能量供應(yīng)與能量消耗問題的措施．研究深度需求響應(yīng)與供電量的相互影響機(jī)理．接著進(jìn)一步拓展了這種智能負(fù)荷概念的應(yīng)用范圍。能源公司Stem開發(fā)r一種智能電池．將高密度鋰離子電池與電力電子裝置相結(jié)合，當(dāng)布置在建筑物巾時(shí)，它以電價(jià)為依據(jù)在充電和放電兩種狀態(tài)中切換，降低了電能的使用成本。整個(gè)計(jì)算分析過程是靠大數(shù)據(jù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的．這項(xiàng)技術(shù)成為能源互聯(lián)網(wǎng)要求的智能分布式儲(chǔ)能技術(shù)的典型代表。
2.1.2歐洲能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀及實(shí)踐
在歐洲，德國(guó)學(xué)者們對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究及其側(cè)重點(diǎn)與美國(guó)的學(xué)者們不同，他們側(cè)重于研究信息通信網(wǎng)絡(luò)，、即利用信息通信網(wǎng)絡(luò)收集信息，分析決策后指導(dǎo)能源網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行調(diào)度，以2008年德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部發(fā)起了一個(gè)名為“E-Energy”的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃最具有代表性。此計(jì)劃從一開始的建設(shè)目標(biāo)就并非局限于智能電網(wǎng)的發(fā)展，而是創(chuàng)建基于ICT技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)）的高效能源系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)能源傳輸和消費(fèi)的優(yōu)化制定了信息流路徑，且在整個(gè)能源供應(yīng)體系中采用智能表計(jì)和智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化互聯(lián)及計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測(cè)。由此可見．此項(xiàng)設(shè)想即為以信息為導(dǎo)向的能源互聯(lián)網(wǎng)的原型之一。E-Energy通過采用新型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)解決方案．可使能源系統(tǒng)從發(fā)電廠、電力傳輸，到電力分配、電力消費(fèi)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)相互貫通．形成具有全新結(jié)構(gòu)和功能的綜合電力信息網(wǎng)絡(luò)。2013年．E-Energy總結(jié)大會(huì)在柏林召開，大會(huì)總結(jié)了在6個(gè)地區(qū)試點(diǎn)的能源互聯(lián)網(wǎng)模型，其中分布式可再生能源、電動(dòng)汽車、基于互聯(lián)網(wǎng)的電力交易和服務(wù)平臺(tái)貫穿了德國(guó)的六大能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目，并提出了E-Energy計(jì)劃進(jìn)一步在德國(guó)全面推廣的宏偉計(jì)劃。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種稱為“EnergyHub的信息中心和能量監(jiān)控中心，它通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)巾各類電源供電量、儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)電量、網(wǎng)絡(luò)潮流分布以及對(duì)負(fù)荷進(jìn)行超短期預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能裝置和受控負(fù)荷的協(xié)同管理及控制。“Energy Hub”的覆蓋范圍大至城市，小至家庭。“Energy Hub”本質(zhì)上是一個(gè)廣義的多端口網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提供了分布式電源、儲(chǔ)能裝置與負(fù)荷的能量交換接口．可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的能量補(bǔ)償、能量緩沖、能量變換、能量控制和能量?jī)?chǔ)存，其輸入端口的能量一部分來自于配電網(wǎng)的電能．另一部分來自于各分布式能源的不同形式的能量（電能、熱能）。輸出端口的能量一部分供給各種不同形式的用戶（電／熱、冷），另一部分以電能的形式反饋給配電網(wǎng)。
2.1.3其他團(tuán)隊(duì)的獨(dú)立研究現(xiàn)狀
很多學(xué)者及獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成元件：能源路由器、固態(tài)變壓器展開深入研究，同時(shí)也有學(xué)者對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的管理、控制模式（策略）等方面進(jìn)行了深入研究。
Yi Xu等認(rèn)為未來電力系統(tǒng)必然會(huì)接人大量的分布式可再生能源，而分布式能源的大規(guī)模的接入主電網(wǎng)及實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)供需平衡，必須依靠能源路由器�；诖�，作者從發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)，詳述了能源路由器在各環(huán)節(jié)的功能。并根據(jù)能源路由器安裝在電網(wǎng)巾的位置（終端用戶側(cè)和電源側(cè)）2個(gè)方面論述了能源路由器的功能，并對(duì)典型場(chǎng)景進(jìn)行了敘述。在對(duì)能源路由器所涉及的電力電子技術(shù)、通信技術(shù)、智能配電技術(shù)詳細(xì)論述后．對(duì)能源路由器的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并將其劃分為3個(gè)子模塊：電力電子技術(shù)模塊、通信模塊及配電模塊。最后．作者對(duì)能源路由器的通信模塊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．并測(cè)算了通信延遲等數(shù)據(jù)，指出了未來能源互聯(lián)網(wǎng)的研究方向：固態(tài)變壓器控制器的研制、優(yōu)化通信模塊、縮短通信延遲及智能配電的深入研究。
Jianhua 2hang等旨在設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)以下日標(biāo)的能源互聯(lián)網(wǎng)：設(shè)計(jì)一種新穎的能夠允許多種分布式能源、負(fù)荷接入的能源路由器：開發(fā)一種開放性的規(guī)范．以便即插即用界面適用于多種通信技術(shù)，如Wifi，Zigbee，Ethernet及3G蜂窩技術(shù)：為能源路南器設(shè)計(jì)一種涵蓋能源轉(zhuǎn)換控制技術(shù)和能源管理系統(tǒng)的輕便的操作系統(tǒng)。并進(jìn)一步分析了能源互聯(lián)網(wǎng)有2個(gè)必不可少的部分：終端用戶和能源路由器。同時(shí)沒計(jì)了涵蓋能源路由器、終端用戶、ELAN (energy local area network)的能源互聯(lián)網(wǎng)模型．如圖3所示、其中ELAN是指能源路由器連接多種終端用戶（家庭用戶、電動(dòng)汽車、分布式可再生能源、儲(chǔ)能裝置）而組成的能源局域網(wǎng)．并且ELAN可以通過能源路由器與其他ELAN實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。進(jìn)一步對(duì)具有多輸入多輸出功能的能源路由器的內(nèi)涵、功能需求進(jìn)行了詳細(xì)分析，并設(shè)計(jì)了含有4個(gè)模塊的能源路由器結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)控制共亨的操作系統(tǒng)、電網(wǎng)白適應(yīng)模塊、400 V可控直流母線、標(biāo)準(zhǔn)的即插即用接口。
Dong Chen等提出了一種適合FREEDM系統(tǒng)的分布式的、自動(dòng)的電能管理策略，此策略不需要與電網(wǎng)巾的所有設(shè)施進(jìn)行通信．只需要利用本地的電壓、頻率作為與其相關(guān)設(shè)施實(shí)現(xiàn)通信的一種方式。同時(shí)在中壓母線和分布式電源、分布式儲(chǔ)能裝置間采用白下而上、自上而下的循環(huán)控制方式．此控制策略可以滿足FREEDM系統(tǒng)在任何一種模式下運(yùn)行時(shí)都可以實(shí)現(xiàn)能量的智能管理。
Wencong Suc等認(rèn)為FREEDM系統(tǒng)為間歇性可再牛能源高滲透的接入主電網(wǎng)與新興智能電網(wǎng)技術(shù)的協(xié)淵帶來了曙光。作為一種未來自動(dòng)、柔性的電力分配系統(tǒng)．FREEDM系統(tǒng)使用戶可以充分的參與到自由化的電力市場(chǎng)中。用戶不再僅僅是消費(fèi)者，還可以通過運(yùn)行、管理自己的分布式發(fā)電裝置、分布式儲(chǔ)能裝置及不可分配的負(fù)荷而成為電能供應(yīng)者。作者為自由化的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)了一種新穎的架構(gòu)，并使能源互聯(lián)網(wǎng)在居民配電系統(tǒng)中成為現(xiàn)實(shí)，、此架構(gòu)通過允許用戶最大化自己的收益及與其他用戶間的競(jìng)爭(zhēng)來實(shí)現(xiàn)靈活的電能分配．并采用博弈論實(shí)現(xiàn)自由化電力市場(chǎng)的納什平衡。
Lefteri H．Tsoukalas126-271等意識(shí)到現(xiàn)在的能源傳輸系統(tǒng)是以機(jī)組為中心且依靠嚴(yán)格的管理和控制來保持其穩(wěn)定性。這樣的模式難以獲得最佳的效果，而未來的能源傳輸網(wǎng)絡(luò)必須是高效的、高可靠性的。能源互聯(lián)網(wǎng)通過利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和以人為巾心的自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)能源的智能分配和利用，以提高效率和可靠性。能量在能源互聯(lián)網(wǎng)中的流動(dòng)就像信息在因特網(wǎng)中流動(dòng)一樣，但它們最大的區(qū)別是：電能并不能像因特網(wǎng)中的數(shù)據(jù)那樣作為其副產(chǎn)品大規(guī)模的存儲(chǔ)，即能源互聯(lián)網(wǎng)必須有儲(chǔ)能裝置。為L(zhǎng)r解決大規(guī)模的儲(chǔ)能問題，作者提出了通過預(yù)測(cè)而實(shí)現(xiàn)“虛擬”儲(chǔ)能的概念。具體地：利用內(nèi)部設(shè)有用戶消費(fèi)模式、具有預(yù)測(cè)功能且能預(yù)測(cè)用戶能源需求及能夠接受實(shí)時(shí)電價(jià)信息并全權(quán)代理用戶的智能電表，當(dāng)電價(jià)合理時(shí)，智能電表就會(huì)代表客戶購(gòu)電：否則，將會(huì)智能的重新安排用電計(jì)劃。一旦購(gòu)電命令被售電方接受，此客戶就被當(dāng)作能源互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)真實(shí)的儲(chǔ)能裝置。作者進(jìn)一步討論了能源互聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵元素：預(yù)測(cè)功能和短期彈性機(jī)制。兩者的結(jié)合使得能源節(jié)十約在能源互聯(lián)網(wǎng)巾成為可能。進(jìn)一步討論了此構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)方法及原型，通過多方案代理機(jī)制形成了一種新的以人為中心的自動(dòng)化架構(gòu)，而此復(fù)雜系統(tǒng)需要經(jīng)濟(jì)學(xué)、法規(guī)、資源管理以及市場(chǎng)結(jié)構(gòu)下的資金分配和風(fēng)險(xiǎn)管理等多學(xué)科的交叉融合。
K.A. Corzine等在人們習(xí)慣于把能源互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)相提并論的啟發(fā)下，提出了“能量包”的概念。“能量包”包括PCS為能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、ES為儲(chǔ)能裝置和PRM能源請(qǐng)求模塊，當(dāng)儲(chǔ)能裝置的電能不足時(shí)，由PRM通過通信鏈路提出能量請(qǐng)求。這種請(qǐng)求由于依賴于負(fù)荷和可再生能源，不具有周期性的特點(diǎn)。作者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)“能量包”傳遞的電路，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其可行性。
對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)這一新的概念及發(fā)展方向，因其對(duì)能源領(lǐng)域的強(qiáng)大沖擊力．以及對(duì)各種工業(yè)領(lǐng)域的影響．從而受到各國(guó)政府及研究人員的關(guān)注。可以看出，國(guó)外的相關(guān)研究人員及團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了一定的研究成果．但總體上講尚處于研究的起步階段。
2.2 國(guó)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀
中國(guó)研究人員在國(guó)家電網(wǎng)的支持下，也對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)這一新興技術(shù)進(jìn)行了研究及探索．紛紛成立了研究院及研究專題，如清華大學(xué)、浙汀大學(xué)等均擬成立能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，國(guó)家電網(wǎng)發(fā)起了能源互聯(lián)網(wǎng)研究專題等。但總體上我國(guó)的能源互聯(lián)網(wǎng)研究相比于國(guó)外而言，起步稍晚．但勢(shì)頭很好。曰前相關(guān)成果還較少，大多還處于起步、跟蹤及相關(guān)概念的討論階段階段。
白建華等認(rèn)為開發(fā)和利用分布式可再生能源是解決能源緊張、環(huán)境污染及氣候變暖的重要手段。作者在計(jì)及分布式電源的間歇性、隨機(jī)性等特點(diǎn)的情境下．建立了適應(yīng)高比例可再生能源發(fā)展的新型電力規(guī)劃及生產(chǎn)模擬模型．并針對(duì)未來中國(guó)實(shí)現(xiàn)高比例再牛能源的電源結(jié)構(gòu)、跨區(qū)電力流動(dòng)等開展了實(shí)證研究。
查亞兵等從不同的視角：政府管理者視角、運(yùn)行者視角及消費(fèi)者視角等討論了能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有的特征：可再生、分布式、聯(lián)起來、開放式及融進(jìn)去。進(jìn)一步討論了能源互聯(lián)網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)，同時(shí)分析了能源互聯(lián)網(wǎng)與其他電力系統(tǒng)相比所具有的關(guān)鍵特征。
于慎航等從分布式可再生能源利用的角度闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵、特征等，并設(shè)計(jì)了基于分布式可再生能源發(fā)電的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。討論了能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成部分未來能源互聯(lián)網(wǎng)的主要研究方向：控制策略、電力電子變流技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)等。
黃如等提出利用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)加以改造，將分布式可再生能源網(wǎng)絡(luò)、信息通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高度融合．構(gòu)建可再生能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源跨區(qū)域、大范圍的優(yōu)化配置和高效利用，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和信息網(wǎng)的變革�？稍偕茉椿ヂ�(lián)網(wǎng)是由各種規(guī)模不同的分布式局域網(wǎng)組成．局域網(wǎng)問可實(shí)現(xiàn)電能流動(dòng)的雙向性及電能配置的高效性。作者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了固態(tài)變壓器原理圖、超級(jí)電容電池原理圖及射頻充電白供能原理圖等．最后闡述了微電子技術(shù)在可再生能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用所面臨的難題、挑戰(zhàn)、及發(fā)展趨勢(shì)。
曹軍威等探討了以能源路由器為核心交換裝置的能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)模型，從能源、通信、人性化和系統(tǒng)安全運(yùn)行等方面闡述了能源路由器的內(nèi)涵，同時(shí)設(shè)計(jì)了兩層架構(gòu)的能源路由器結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
劉寶龍等對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的核心部件——同態(tài)變壓器的原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)同態(tài)變壓器的幾種關(guān)鍵技術(shù)如基于SiC新型寬禁帶材料的研制、基于SiC的同態(tài)功率器件和同態(tài)變壓器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、同態(tài)變壓器的先進(jìn)控制策略研究等進(jìn)行了闡述。
慈松等把能源互聯(lián)網(wǎng)思維的分布式儲(chǔ)能設(shè)計(jì)及其優(yōu)化管理理論與技術(shù)引入數(shù)據(jù)巾心，總結(jié)了一套適用于分布式儲(chǔ)能的大規(guī)模電池網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理的理論與方法，該研究為能源互聯(lián)網(wǎng)重要基礎(chǔ)支撐一分布式儲(chǔ)能技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了方法指導(dǎo)與技術(shù)支撐。
周海明等研究了與未來能源資源約束條件和應(yīng)用技術(shù)水平相匹配的能源供應(yīng)與消費(fèi)技術(shù)框架，用于滿足未來提高可再生能源應(yīng)用比例，減少環(huán)境污染等能源供用要求。相對(duì)于傳統(tǒng)的能源供應(yīng)體系，這種基于先進(jìn)信息技術(shù)的“能源互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)框架能夠發(fā)揮能源綜合應(yīng)用和負(fù)荷側(cè)互動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，整體優(yōu)化能源供給與消費(fèi)，提高能源的整體利用效能。
2015年3月21日，蘇州協(xié)鑫工業(yè)應(yīng)用研究院項(xiàng)目天然氣分布式能源站成功并網(wǎng)發(fā)電。這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首個(gè)六位一體能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目正式投入運(yùn)行。協(xié)鑫“六位一體”能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)綜合應(yīng)用光伏、天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)、風(fēng)能、低位熱能、LED、儲(chǔ)能系統(tǒng)6種能源系統(tǒng)，有機(jī)結(jié)合組成微能源網(wǎng)，滿足用戶的多種能源需求。該能源網(wǎng)能在單體建筑中實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的區(qū)域能源生產(chǎn)、計(jì)量、調(diào)度、控制和風(fēng)險(xiǎn)管理，提供能源管理服務(wù)，為消費(fèi)者提供多重能源保障，比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)利用效率提升40%以上。與此同時(shí)，協(xié)鑫集團(tuán)利用天然氣，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿榷喾N清潔能源技術(shù)，通過智能化控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)，將各種綠色能源有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建區(qū)域型微型能源網(wǎng)，滿足商場(chǎng)、住宅、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等不同用戶的冷、熱、電需求。
3能源互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)
能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及研究從總體上而言，尚處于起步及探索階段。能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要得到全面的深化及推廣，還面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。
3.1 適應(yīng)不同類型分布式電源和其他能源終端的新型配網(wǎng)形態(tài)設(shè)計(jì)
作為電網(wǎng)的終端，分布式可再生電源、分布式電能存儲(chǔ)設(shè)備以及負(fù)荷通過配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。如何根據(jù)各種負(fù)荷的特性，分布式電源特性和用戶、設(shè)備及電網(wǎng)之間的良好互動(dòng)等，如不同電壓等級(jí)容量的交直流負(fù)荷共存，不同隨機(jī)特性及運(yùn)行特性差異很大的分布式能源共存，用戶、設(shè)備及電網(wǎng)之間的無間隙的互動(dòng)及反饋等，確定最佳的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行形態(tài)、控制形態(tài)、設(shè)備形態(tài)及信息安全形態(tài)等，如圖5所示，并制定出其科學(xué)合理的設(shè)計(jì)規(guī)范，是能源互聯(lián)網(wǎng)需要克服的難題之一。
結(jié)構(gòu)形態(tài)方面，能源互聯(lián)網(wǎng)中的配電網(wǎng)將面對(duì)大規(guī)模多種分散能源和儲(chǔ)能裝置的接入以及電動(dòng)汽車、智能家居等柔性負(fù)荷的規(guī)�；瘧�(yīng)用，為了保證配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性和合理性，針對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的提出是研究配電網(wǎng)新型結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵�？梢酝ㄟ^當(dāng)前的設(shè)計(jì)規(guī)范，分別設(shè)計(jì)純交流供電、純直流供電以及交直流混合供電3種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)，然后根據(jù)配電網(wǎng)的分布式電源數(shù)量、性質(zhì)、電動(dòng)汽車并網(wǎng)量和并網(wǎng)位置，以及不同負(fù)荷性質(zhì)（直流、交流）的種類和比例，對(duì)其從技術(shù)可行性進(jìn)行校核，包括短路電流、節(jié)點(diǎn)電壓、線路負(fù)載率、網(wǎng)損、諧波含量、可靠性指標(biāo)、保護(hù)方案等，若出現(xiàn)不滿足情況，則采取相應(yīng)措施，包括添加濾波設(shè)備、變換線路／電纜類型及長(zhǎng)度、添加或減少變電母線以及添加或減少儲(chǔ)能設(shè)備等方式進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使其滿足要求。最后得到在技術(shù)上滿足要求的數(shù)個(gè)方案。進(jìn)而采用如基于DEA/AHP等評(píng)估方法進(jìn)行綜合效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，確定其最佳的供電模式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
運(yùn)行形態(tài)方面，包括大量分散電源、多微網(wǎng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等相適應(yīng)的配網(wǎng)運(yùn)行方法，如分布式電源協(xié)調(diào)調(diào)度、考慮電動(dòng)汽車充放電的負(fù)荷供電優(yōu)化、配網(wǎng)故障恢復(fù)和白愈等，將成為研究的熱點(diǎn)；配電網(wǎng)的交直流混合供電、多微網(wǎng)、虛擬電廠、能效電廠和充電站／充電樁等，均對(duì)配電網(wǎng)的安傘，可靠運(yùn)行起著重要的影響。其每一沒備、子系統(tǒng)、子模塊乃至系統(tǒng)的運(yùn)行，均反應(yīng)于系統(tǒng)的系統(tǒng)信息，以及設(shè)備、子系統(tǒng)、子系統(tǒng)模型本身等的信息，、在此場(chǎng)景下，配網(wǎng)CPS理應(yīng)成為其運(yùn)行、控制及協(xié)調(diào)的技術(shù)支撐。研究適應(yīng)交直流混合供電、多微網(wǎng)、虛擬電廠、能效電廠和充電站／充電樁之問協(xié)調(diào)共存和有序發(fā)展的配網(wǎng)CPS系統(tǒng)．將從根本上．解決配電網(wǎng)運(yùn)行形態(tài)中的問題。
控制形態(tài)層而，由于大量分布式電源、微網(wǎng)、虛擬電廠、電動(dòng)汽車、智能設(shè)備等控制對(duì)象的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的集中式控制方式已經(jīng)無法滿足要求，因此需要研究應(yīng)對(duì)未來配電網(wǎng)控制對(duì)象的分層、分敞、分布式控制策略。
沒備形態(tài)方面，配電網(wǎng)中的設(shè)備形態(tài)應(yīng)是智能化自治設(shè)備，或稱之為子系統(tǒng)，它既能反應(yīng)于本身的狀態(tài)，又反應(yīng)于周圍、環(huán)境及系統(tǒng)信息。這些設(shè)備是信息與物理過程的深度融合．可以采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備本身的可靠性、安全性和隱私性進(jìn)行控制，采用冗余技術(shù)設(shè)計(jì)并反應(yīng)于配網(wǎng)CPS統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)志信息、設(shè)備本身信息、系統(tǒng)信息，包括自動(dòng)重組和重配置，以及若某個(gè)電氣設(shè)備的當(dāng)前通信元件發(fā)生故障，則自動(dòng)啟用備用通信元件，并通知控制中心等。
信息安全形態(tài)方面，能源互聯(lián)網(wǎng)的目的是協(xié)調(diào)廣域內(nèi)海量能量生產(chǎn)與消耗設(shè)備．而配電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成元素。信息在各種設(shè)備之間的有效雙向傳遞是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。因此，必須深入研究信息系統(tǒng)的信息質(zhì)量對(duì)物理系統(tǒng)性能的影響，從完整性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性等方面對(duì)信息質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，從而確保配電網(wǎng)的信息安全。此外．需要對(duì)信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)2方面進(jìn)行安全性分析，確保配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。
3.2大功率能源路由器制造及電能質(zhì)量控制和能源儲(chǔ)存及優(yōu)化
能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)中的核心部件．能源路由器必須保證用戶側(cè)的電能質(zhì)量、熱能質(zhì)量在規(guī)定水平；確保電能、熱能的合理流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量供給與能量需求的一一對(duì)應(yīng)：實(shí)時(shí)跟蹤能源流的質(zhì)量變化．實(shí)時(shí)控制能源流的安全流動(dòng)，能源路由器把分布式電源、儲(chǔ)能裝置和可控負(fù)荷等設(shè)備接入形成能源局域網(wǎng)．能源局域網(wǎng)再通過能源路由器進(jìn)行互聯(lián)形成能源互聯(lián)網(wǎng)．
為保證能源流的適時(shí)、安全、可靠流動(dòng)，能源路由器必須具備能源供應(yīng)及能源需求預(yù)測(cè)、及時(shí)調(diào)整能源流動(dòng)方向和數(shù)量的功能。因此，大功率兆瓦級(jí)的大型及超大型的路由器的研發(fā)，以滿足對(duì)于大功率電能的靈活控制及變換．是能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵、相應(yīng)對(duì)電力電子器件及控制技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。
3.3-次能源網(wǎng)絡(luò)、二次能源網(wǎng)絡(luò)及交通網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合規(guī)劃
近些年中國(guó)夏季供電高峰季節(jié)出現(xiàn)了電荒問題，使人們深刻認(rèn)識(shí)到能源生產(chǎn)、能源網(wǎng)絡(luò)（天然氣網(wǎng)絡(luò)、電氣化交通網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)和輸電網(wǎng)絡(luò)傳輸容量在保障電力正常供應(yīng)上的重要性．任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸問題，都會(huì)帶米負(fù)面的影響。因此，需要進(jìn)行一次能源，二次能源及交通網(wǎng)絡(luò)等的聯(lián)合規(guī)劃，這樣才有可能實(shí)現(xiàn)能源在廣域的優(yōu)化生產(chǎn)、傳輸及利用，并實(shí)現(xiàn)可冉生能源的大規(guī)模消納。聯(lián)合規(guī)劃的核心思想是將一次能源網(wǎng)絡(luò)、輸電網(wǎng)絡(luò)和交通網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃。聯(lián)合規(guī)劃問題在數(shù)學(xué)E可以抽象成一個(gè)多階段混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。優(yōu)化目標(biāo)采用最小化一次能源網(wǎng)絡(luò)、輸電網(wǎng)絡(luò)和交通網(wǎng)等3個(gè)系統(tǒng)的投資成本與運(yùn)行成本之和。其約束除了各自網(wǎng)絡(luò)的白有特性約束之外，還要考慮其耦合約束等。
該模型非常復(fù)雜，為超大型非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題．直接求解計(jì)算量非常大．甚至無法求解�？梢圆捎酶鞣N求解策略．實(shí)現(xiàn)模型的降維及快速求解。
3.4 能源互聯(lián)網(wǎng)的物理安全和信息安全問題
能源互聯(lián)網(wǎng)的諸多功能和應(yīng)用需要依托信息通信系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)，而且能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜大規(guī)模的信息一物理系統(tǒng)(CPS)。能源互聯(lián)網(wǎng)的開放、兼容和互聯(lián)，必然伴隨著風(fēng)險(xiǎn)、各種人為破壞以及敵對(duì)分子的恐怖攻擊：在此場(chǎng)景下，仍須確保其安全性、完整性和可用性。
對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的恐怖攻擊可以分為物理攻擊和數(shù)字攻擊．其巾物理攻擊是直接對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)中的一次能源網(wǎng)絡(luò)、二次網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)以及各自網(wǎng)絡(luò)的耦合部分等進(jìn)行攻擊：而數(shù)字攻擊是直接對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行攻擊．包括篡改和偽造信息，使相關(guān)信息失真而影響能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行人員的決策，嚴(yán)重?cái)_亂能源互聯(lián)網(wǎng)的正常運(yùn)行．無論采用哪種攻擊手段，從恐怖分子的角度來看，必然是盡可能在有限資源利用的條件下采用最小投入和對(duì)最小范圍的攻擊來實(shí)現(xiàn)最大的破壞．屬于主動(dòng)性問題：而能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度員是在攻擊后通過采取相應(yīng)的措施來盡量減小能源互聯(lián)網(wǎng)的危害，同時(shí)也需要采取有效措施減小攻擊對(duì)一次能源網(wǎng)絡(luò)、二次能源網(wǎng)絡(luò)以及交通網(wǎng)絡(luò)的破壞，屬于被動(dòng)性問題。
對(duì)于物理攻擊．能源互聯(lián)網(wǎng)的恐怖攻擊問題可以用一個(gè)雙層混合整數(shù)非線性規(guī)劃的問題來描述。在雙層模型中，外層是在攻擊者攻擊如輸電線路和能源傳輸管線成本一定的前提下最大化對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)造成的損失，是一個(gè)0-1組合問題，內(nèi)層是一個(gè)以實(shí)現(xiàn)切機(jī)切負(fù)荷的成本最少同時(shí)保證系統(tǒng)能量損耗最少和能源供應(yīng)缺失量最小的多目標(biāo)非線性優(yōu)化問題。而對(duì)如此大規(guī)模的非線性、混合整數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化問題，現(xiàn)有的求解算法速度和精度都無法滿足要求，亟待研究適應(yīng)于該模型的求解策略和優(yōu)化算法。
對(duì)于數(shù)字攻擊．除r加強(qiáng)防火墻技術(shù)．及時(shí)修復(fù)能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞外，可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)辨識(shí)錯(cuò)誤的信息，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤信息的準(zhǔn)確修正。但當(dāng)關(guān)鍵信息被攻擊或者某一范圍內(nèi)的信息大面積被攻擊時(shí)，現(xiàn)有狀態(tài)估計(jì)方法往往存在較大的誤辨識(shí)和漏辨識(shí)情況，并且對(duì)于信息的判斷結(jié)果通常是非對(duì)即錯(cuò)，使得對(duì)大面積攻擊信息的狀態(tài)估計(jì)不可觀。通過基于多維核密度估計(jì)方法．對(duì)不同的信息采用不同的核帶寬，并在迭代估計(jì)過程中對(duì)核帶寬進(jìn)行白適應(yīng)修正，減少錯(cuò)誤信息的帶寬．從而實(shí)現(xiàn)可疑信息的辨識(shí)和修正．避免非對(duì)即錯(cuò)導(dǎo)致的不可觀問題。
3.5信息通信系統(tǒng)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的影響研究
在能源互聯(lián)網(wǎng)中，信息通信系統(tǒng)起到統(tǒng)籌及支撐的作用。其包含的電力系統(tǒng)、電氣化交通系統(tǒng)及燃料供給網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制的實(shí)現(xiàn)，需要信息通信系統(tǒng)的全而配合、協(xié)調(diào)及控制。因此，實(shí)現(xiàn)信息通信系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行．減少甚至避免信息通信系統(tǒng)故障．對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)而言至關(guān)重要。
信息通信系統(tǒng)故障，包括通信延遲、數(shù)據(jù)丟失、通信設(shè)備故障等，都將對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的可靠性帶來不利影響�？蓞⒄针娏ο到y(tǒng)可靠性分析，從確定性和隨機(jī)性2個(gè)角度對(duì)信息通信系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析。
對(duì)于確定性的可靠性分析．采用“N-l”準(zhǔn)則，隨機(jī)移出一臺(tái)路由器、通信線路等，然后判斷信息通信系統(tǒng)中的信息流的延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失率等情況。當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備（能源牛產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)設(shè)備）的控制信號(hào)的傳輸延時(shí)或數(shù)據(jù)丟失率超過閾值，則認(rèn)為其失去控制，則將該設(shè)備移除，計(jì)算總體的能源供應(yīng)缺失量等指標(biāo)。
對(duì)信息通信系統(tǒng)的隨機(jī)性的可靠性分析，首先基于信息通信系統(tǒng)各設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得其通信故障的概率分布模型。在此基礎(chǔ)上，采用蒙特卡洛抽樣方法模擬各種通信故障．再采用確定性的可靠性分析方法的思路計(jì)算總體的能源供應(yīng)缺失量等指標(biāo)。
4結(jié)語
能源互聯(lián)網(wǎng)作為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，借助于互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)一次能源網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)及交通網(wǎng)絡(luò)的緊密耦合和直接互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)能源在大范圍的優(yōu)化生產(chǎn)、優(yōu)化傳輸及優(yōu)化利用．以實(shí)現(xiàn)能源利用效率的最大化和科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)及消費(fèi)的可持續(xù)化和環(huán)�；Ｓ捎谀茉串a(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展中的支柱地位，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的深入、成熟及推廣應(yīng)用，必將引起整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的深度變革．其影響深遠(yuǎn)。
目前，應(yīng)該說國(guó)內(nèi)外研究的差距并不大，對(duì)于中國(guó)的能源領(lǐng)域來說，是一極好的機(jī)會(huì)．經(jīng)過全面深入的研究及發(fā)展．非常有機(jī)會(huì)實(shí)觀對(duì)于國(guó)外技術(shù)的全面趕超并處于國(guó)際領(lǐng)先地位．本著這一目的，本文在分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)所而臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。為此，筆者愿與有志于深入開展能源互聯(lián)網(wǎng)研究的同仁協(xié)作探索。
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