淺析信息通信技術在能源互聯網中的應用

◆夏 飛 鄒昊東 徐曉海

（1.國網江蘇省電力公司信息通信分公司 江蘇 210008；2.國網江蘇鎮江供電公司 江蘇 212001）

淺析信息通信技術在能源互聯網中的應用

◆夏 飛1鄒昊東1徐曉海2

（1.國網江蘇省電力公司信息通信分公司 江蘇 210008；2.國網江蘇鎮江供電公司 江蘇 212001）

本文引用“能源互聯網”的概念，探討未來能源互聯網的發展方向，總結信息通信技術在能源互聯網中的作用，從信息采集、處理，共享、決策等層面探討能源互聯網建設過程中涉及的關鍵技術需求，分析信息通信在其中的技術發展路線。

能源互聯網；信息通信；分布式能源；微網

0 引言

近期，在《全球能源互聯網》一書中，國家電網公司對全球能源互聯網的發展進行了深入研究，重點謀求構建全球特高壓骨干網架，推動智能電網的廣泛應用。書中描述的能源互聯網對分布式電源具有很強的適應性，能夠保障各類能源友好的接入和各種用能設備即接即用；在信息通信方面，能夠與互聯網、物聯網、智能移動終端相互融合，滿足用戶多樣化需求。

能源互聯網的建設以優化能源的消費模式為最終目標，即聯通骨干網絡、分布式能源網絡與用戶網絡，完善全網的信息共享，協調主干供電與分布式供電，根據用戶實時用電需求智能配電，實現能源的高效利用。

為聯通骨干網絡與分布式網絡，能源互聯網需具備復雜的網絡架構；同時要求采集、共享、分析龐大的數據集，網絡通信的可靠性和穩定性也是巨大的挑戰；此外還需具備完善的網絡運行管理和故障恢復機制。

1 能源互聯網的發展方向

我國在未來智能電網[1]的發展規劃中，將智能電網定義為基于物理電網，以通信信息平臺為支撐，涉及電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電環節，實現“電力流、信息流、業務流”高度一體化融合的現代電網。本文描述的能源互聯網發展方向與此吻合，借助互聯網收集信息，分析決策后指導電力能源網絡的運行調度。

德國 E-energy[2]提出的能源互聯網原型為其中一個典型代表：從發電廠、電力運輸，到電力分配、電力消費各個環節都成為利益相關者，每個與電網連接的設備或裝置如即插即用的應用程序一般，被添加到控制系統中，形成具有全新結構和功能的綜合數據網絡。

借鑒 E-Energy的核心思想，我們可將能源互聯網的發展歸納為：維持電力骨干網不變，借鑒互聯網開發對等的理論，融合局域網（分布式能源生產、用電方）進行信息共享與協作，達到最高效益的發電與用電。

2 能源互聯網對信息通信的建設需求

為實現電力能源生產-消費均衡、傳輸損耗降低、信息高效共享、滿足用戶需求，能源互聯網的建設應覆蓋生產、傳輸、監控、調度等方面，這就要求信息通信滿足一系列的信息化建設，具體表現在：

信息化輔助能源生產：將分布式能源和微網（由電源、負荷、儲能、控制構成的獨立自治系統）以局域網的方式加入。將原有的電力骨干網絡與微網有效配合、合理規劃，由分布式能源實現局部范圍的能源供應，將有效降低骨干網絡的傳輸壓力。而合理規劃的前提是完整的信息采集，快捷的數據計算，可靠的傳輸機制和實時的信息分享，從而達到對全網（骨干網、微網及分布式能源網）精確地負荷辨識。

信息化控制能源傳輸：能源的高效傳輸需要精確控制能源流動、調節能源類型以滿足消費需求。這就需要先進的通信技術，能夠把用戶實時變更的需求、線路狀況等信息及時匯總到決策中心。電力路由器為能源互聯網的信息傳輸提供了思路，路由器連接骨干電網、負荷、可再生能源電力生產單元、電力存儲單元，以及由其他電力路由器承擔連接功能的微網，實現信息傳遞與電能調配的整合，使得骨干網與微網的交互成為可能。

信息化指導能源調度：利用信息技術采集電能信息，監測電能質量，控制電網能量，管理用戶電量需求。具體可描述為：在并網分布式能源時，實時采集各類能源的特性和時間特征等因素，設計協調策略維持系統整體平穩；監測可再生能源發電的電壓波形、頻率、功率等因素，實時反饋電能質量；獲取用戶動態的能源需求，變更實時決策，控制能源生產與能源交換，對設備和符合進行靈活調度，確保系統最優化運行。

3 信息通信關鍵技術在能源互聯網中的應用

信息通信是能源互聯網架構中的中樞神經，其負責信息收集、傳輸和處理，是能源合理調配以滿足用電需求的前提和保障。為實現能源互聯網對用戶消費模式的新需求，信息通信的技術發展需涉及高效的網絡架構、可靠的網絡通信和健壯的網絡運行管理等各方面，具體可描述為：

（1）獨特的網絡結構

因融入了電力骨干網與各局域網（分布式能源生產方、用電方），其網絡架構具有跨地域、多節點、動態性、異構等特征，類似于計算機網絡的P2P網絡和無線通信中的自組織網絡。為保障信息傳輸、共享的及時性、有效性和可靠性，通信網絡是重要的技術職稱。文獻中提出的總線結構有效地融入了微網，以骨干傳輸通道（包括電力骨干網能源傳輸和信息傳輸專用網絡）為基礎，接入單元（微網、用戶消費端、分布式能源產生端），通過即插即用的方式接入，接入單元通過電力路由器實現符合、能源狀況和信息的共享，為整個網絡控制決策提供支撐。

（2）可靠的通信網絡技術

能源互聯網通信網絡架構需要充分利用現有的電網通信網絡，配置邊緣標準化智能交換設備，要求其定義的接口涵蓋多元化底層技術、易擴展、便維護、能支持多業務。能源互聯網中的通信網絡要求具備負荷感知功能，通過匯總負荷和電力供應，利用儲能和調度管理使得供需平衡，支持獨立供電、分布式發電和電力交易等業務。

（3）智能的網絡運行管理和故障管理技術

網絡的運行管理使得能源互聯網具備系統運行的高效性，利用先進的 IT和監控技術，可以對能源互聯網運行狀態進行精確估計，也可以對負荷、發電端、儲能裝置等進行實時監控和管理，合理分配網絡資源，提高單個資產的利用效率，降低運行成本。從功能角度看，運行管理功能主要包括網絡的接入識別、管理策略的遠程部署、異常處理和修復、以及日志文件的設定與管理等。

故障管理對于能源互聯網運行的穩定性至關重要，能源互聯網要具有很強的自愈功能，要求在電網出現故障時能自動隔離故障，使供電中斷最小化或恢復其業務，必要時允許孤島運行。因此，通信模塊需要與管理模塊聯動，通過指令的傳輸，保障遠動、繼電保護、測距等業務功能實施，規定和開發相應的管理協議是實現遠程控制管理的關鍵。

（4）兼容的信息傳輸協議

信息采集和處理過程中應考慮不同類型的數據傳輸、存儲和處理。電力系統協議規范如IEC61970、IEC61850、IEC61968僅提供了電力業務的數據存儲與傳輸處理耦合的網絡層面模型。但能源互聯網業務種類差異較大，需融入用戶用電數據、分布式可再生能源（不同類型能源）的因素特征數據。這就需要設計面向不同業務的傳輸層協議，并且在電力路由器端開發相應的各類接口以識別不同協議傳輸的數據。

（5）能源互聯網大數據分析

能源互聯網承載業務類型的多樣化要求信息的采集、傳輸、處理、分發都有很高的可靠性和及時性。需借用云計算模式提供高效的計算能力，如利用Map-Reduce的并行計算模型提供計算效率；盡量避免集中式的數據匯集，將云計算資源調度策略用于分布式存儲單元的部署，并減少信息之間的耦合程度。

4 總結

本文結合我國當前的能源形勢和相關信息技術領域的發展狀況，分析了能源互聯網的實現原型，從主體的功能模塊、網絡架構、相關支撐技術方面闡述了能源互聯網對信息通信體系的要求。可總結歸納為利用信息通信技術，融合電力骨干網、分布式能源網、互聯網、智能移動終端，完成信息的全面共享，滿足用戶的多樣化需求，謀求能源的高效利用。

[1]劉振亞.全球能源互聯網[M].中國電力出版社，2015.

[2]Liu Zhenya. Smart Grid Techniques[M].Beijing: China Electric Power Press，2010.