◆夏 飛 鄒昊東 徐曉海

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

淺析信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

◆夏 飛1鄒昊東1徐曉海2

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

本文引用“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念，探討未來能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，總結(jié)信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用，從信息采集、處理，共享、決策等層面探討能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)需求，分析信息通信在其中的技術(shù)發(fā)展路線。

能源互聯(lián)網(wǎng)；信息通信；分布式能源；微網(wǎng)

0 引言

近期，在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》一書中，國家電網(wǎng)公司對全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了深入研究，重點(diǎn)謀求構(gòu)建全球特高壓骨干網(wǎng)架，推動智能電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用。書中描述的能源互聯(lián)網(wǎng)對分布式電源具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠保障各類能源友好的接入和各種用能設(shè)備即接即用；在信息通信方面，能夠與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端相互融合，滿足用戶多樣化需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)以優(yōu)化能源的消費(fèi)模式為最終目標(biāo)，即聯(lián)通骨干網(wǎng)絡(luò)、分布式能源網(wǎng)絡(luò)與用戶網(wǎng)絡(luò)，完善全網(wǎng)的信息共享，協(xié)調(diào)主干供電與分布式供電，根據(jù)用戶實(shí)時用電需求智能配電，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

為聯(lián)通骨干網(wǎng)絡(luò)與分布式網(wǎng)絡(luò)，能源互聯(lián)網(wǎng)需具備復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；同時要求采集、共享、分析龐大的數(shù)據(jù)集，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和穩(wěn)定性也是巨大的挑戰(zhàn)；此外還需具備完善的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理和故障恢復(fù)機(jī)制。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向

我國在未來智能電網(wǎng)[1]的發(fā)展規(guī)劃中，將智能電網(wǎng)定義為基于物理電網(wǎng)，以通信信息平臺為支撐，涉及電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。本文描述的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向與此吻合，借助互聯(lián)網(wǎng)收集信息，分析決策后指導(dǎo)電力能源網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行調(diào)度。

德國 E-energy[2]提出的能源互聯(lián)網(wǎng)原型為其中一個典型代表：從發(fā)電廠、電力運(yùn)輸，到電力分配、電力消費(fèi)各個環(huán)節(jié)都成為利益相關(guān)者，每個與電網(wǎng)連接的設(shè)備或裝置如即插即用的應(yīng)用程序一般，被添加到控制系統(tǒng)中，形成具有全新結(jié)構(gòu)和功能的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

借鑒 E-Energy的核心思想，我們可將能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歸納為：維持電力骨干網(wǎng)不變，借鑒互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)對等的理論，融合局域網(wǎng)（分布式能源生產(chǎn)、用電方）進(jìn)行信息共享與協(xié)作，達(dá)到最高效益的發(fā)電與用電。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)對信息通信的建設(shè)需求

為實(shí)現(xiàn)電力能源生產(chǎn)-消費(fèi)均衡、傳輸損耗降低、信息高效共享、滿足用戶需求，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)覆蓋生產(chǎn)、傳輸、監(jiān)控、調(diào)度等方面，這就要求信息通信滿足一系列的信息化建設(shè)，具體表現(xiàn)在：

信息化輔助能源生產(chǎn)：將分布式能源和微網(wǎng)（由電源、負(fù)荷、儲能、控制構(gòu)成的獨(dú)立自治系統(tǒng)）以局域網(wǎng)的方式加入。將原有的電力骨干網(wǎng)絡(luò)與微網(wǎng)有效配合、合理規(guī)劃，由分布式能源實(shí)現(xiàn)局部范圍的能源供應(yīng)，將有效降低骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力。而合理規(guī)劃的前提是完整的信息采集，快捷的數(shù)據(jù)計(jì)算，可靠的傳輸機(jī)制和實(shí)時的信息分享，從而達(dá)到對全網(wǎng)（骨干網(wǎng)、微網(wǎng)及分布式能源網(wǎng)）精確地負(fù)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(diào)節(jié)能源類型以滿足消費(fèi)需求。這就需要先進(jìn)的通信技術(shù)，能夠把用戶實(shí)時變更的需求、線路狀況等信息及時匯總到?jīng)Q策中心。電力路由器為能源互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸提供了思路，路由器連接骨干電網(wǎng)、負(fù)荷、可再生能源電力生產(chǎn)單元、電力存儲單元，以及由其他電力路由器承擔(dān)連接功能的微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息傳遞與電能調(diào)配的整合，使得骨干網(wǎng)與微網(wǎng)的交互成為可能。

信息化指導(dǎo)能源調(diào)度：利用信息技術(shù)采集電能信息，監(jiān)測電能質(zhì)量，控制電網(wǎng)能量，管理用戶電量需求。具體可描述為：在并網(wǎng)分布式能源時，實(shí)時采集各類能源的特性和時間特征等因素，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)策略維持系統(tǒng)整體平穩(wěn)；監(jiān)測可再生能源發(fā)電的電壓波形、頻率、功率等因素，實(shí)時反饋電能質(zhì)量；獲取用戶動態(tài)的能源需求，變更實(shí)時決策，控制能源生產(chǎn)與能源交換，對設(shè)備和符合進(jìn)行靈活調(diào)度，確保系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行。

3 信息通信關(guān)鍵技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

信息通信是能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的中樞神經(jīng)，其負(fù)責(zé)信息收集、傳輸和處理，是能源合理調(diào)配以滿足用電需求的前提和保障。為實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)對用戶消費(fèi)模式的新需求，信息通信的技術(shù)發(fā)展需涉及高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信和健壯的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理等各方面，具體可描述為：

（1）獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

因融入了電力骨干網(wǎng)與各局域網(wǎng)（分布式能源生產(chǎn)方、用電方），其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有跨地域、多節(jié)點(diǎn)、動態(tài)性、異構(gòu)等特征，類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的P2P網(wǎng)絡(luò)和無線通信中的自組織網(wǎng)絡(luò)。為保障信息傳輸、共享的及時性、有效性和可靠性，通信網(wǎng)絡(luò)是重要的技術(shù)職稱。文獻(xiàn)中提出的總線結(jié)構(gòu)有效地融入了微網(wǎng)，以骨干傳輸通道（包括電力骨干網(wǎng)能源傳輸和信息傳輸專用網(wǎng)絡(luò)）為基礎(chǔ)，接入單元（微網(wǎng)、用戶消費(fèi)端、分布式能源產(chǎn)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(shí)現(xiàn)符合、能源狀況和信息的共享，為整個網(wǎng)絡(luò)控制決策提供支撐。

（2）可靠的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要充分利用現(xiàn)有的電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，配置邊緣標(biāo)準(zhǔn)化智能交換設(shè)備，要求其定義的接口涵蓋多元化底層技術(shù)、易擴(kuò)展、便維護(hù)、能支持多業(yè)務(wù)。能源互聯(lián)網(wǎng)中的通信網(wǎng)絡(luò)要求具備負(fù)荷感知功能，通過匯總負(fù)荷和電力供應(yīng)，利用儲能和調(diào)度管理使得供需平衡，支持獨(dú)立供電、分布式發(fā)電和電力交易等業(yè)務(wù)。

（3）智能的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理和故障管理技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理使得能源互聯(lián)網(wǎng)具備系統(tǒng)運(yùn)行的高效性，利用先進(jìn)的 IT和監(jiān)控技術(shù)，可以對能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確估計(jì)，也可以對負(fù)荷、發(fā)電端、儲能裝置等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和管理，合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，提高單個資產(chǎn)的利用效率，降低運(yùn)行成本。從功能角度看，運(yùn)行管理功能主要包括網(wǎng)絡(luò)的接入識別、管理策略的遠(yuǎn)程部署、異常處理和修復(fù)、以及日志文件的設(shè)定與管理等。

故障管理對于能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要，能源互聯(lián)網(wǎng)要具有很強(qiáng)的自愈功能，要求在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時能自動隔離故障，使供電中斷最小化或恢復(fù)其業(yè)務(wù)，必要時允許孤島運(yùn)行。因此，通信模塊需要與管理模塊聯(lián)動，通過指令的傳輸，保障遠(yuǎn)動、繼電保護(hù)、測距等業(yè)務(wù)功能實(shí)施，規(guī)定和開發(fā)相應(yīng)的管理協(xié)議是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制管理的關(guān)鍵。

（4）兼容的信息傳輸協(xié)議

信息采集和處理過程中應(yīng)考慮不同類型的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理。電力系統(tǒng)協(xié)議規(guī)范如IEC61970、IEC61850、IEC61968僅提供了電力業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)存儲與傳輸處理耦合的網(wǎng)絡(luò)層面模型。但能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)種類差異較大，需融入用戶用電數(shù)據(jù)、分布式可再生能源（不同類型能源）的因素特征數(shù)據(jù)。這就需要設(shè)計(jì)面向不同業(yè)務(wù)的傳輸層協(xié)議，并且在電力路由器端開發(fā)相應(yīng)的各類接口以識別不同協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

（5）能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析

能源互聯(lián)網(wǎng)承載業(yè)務(wù)類型的多樣化要求信息的采集、傳輸、處理、分發(fā)都有很高的可靠性和及時性。需借用云計(jì)算模式提供高效的計(jì)算能力，如利用Map-Reduce的并行計(jì)算模型提供計(jì)算效率；盡量避免集中式的數(shù)據(jù)匯集，將云計(jì)算資源調(diào)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(jié)

本文結(jié)合我國當(dāng)前的能源形勢和相關(guān)信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，分析了能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)原型，從主體的功能模塊、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、相關(guān)支撐技術(shù)方面闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)對信息通信體系的要求?？煽偨Y(jié)歸納為利用信息通信技術(shù)，融合電力骨干網(wǎng)、分布式能源網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、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(lián)網(wǎng)[M].中國電力出版社，2015.

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