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上海交大艾芊、程浩原等:关于细胞-组织视角的能源互联网分布式自治系统形态特征的讨论


本文得到国家自然科学联合基金(U1866206)与国家自然科学基金(51577115)资助。


原文发表在《全球能源互联网》2019年第5期,欢迎品读。(点击查看)


作者:程浩原,艾芊,高扬,贺兴,吕天光

单位:上海交通大学电子信息与电气工程学院


文章摘要

以能源互联网为代表的能源工业核心方案促进了多种能源和电力的互动,极大的改变了多种复杂网络的结构层次和耦合模式。在此背景下,比较了信息互联网和能源互联网的特点,总结了能源互联网关键技术和研究难点,并提出能源路由器等物理设备在SoS(system of systems)概念下的全新意义。然后,在总结了目前能源互联网的几种架构和运行形态的基础上,试图提出细胞-组织(cell-tissue)视角下能源互联网的形态特征和描述方法,并在信息网络安全、运行状态评估和网络建模技术方法等诸多核心问题上,展望能源互联网现实应用的研究重点。

文章亮点

1

比较了能源互联网和信息互联网;

2

从“细胞-组织”和SoS的全新视角看待能源互联网,运用“细胞-组织”思想来认知、设计和规划能源互联网;

3

探索“细胞-组织”视角下新型电力市场的形态,并与传统电力市场作对比。

主要内容

能源互联网和信息互联网

在计算机行业的信息互联网中,有三项关键技术是至关重要的:信息路由器、“即插即用”接口(例如RJ45以太网接口)和特定的开放标准(例如TCP/IP和HTML)。所以在类比之下,能源互联网可以围绕“能源路由器”、“即插即用”功能和“基于开放标准的操作系统”这三个关键技术来开发。这表明,能源互联网本质是向信息网络渗透的多能源系统,其目标是为了追求资源的高利用率和能源供需平衡、且能够更简单的扩展和缩小网络。

能源互联网和信息互联网对比

细胞-组织视角下的能源互联网结构

在“细胞-组织”视角下的能源互联网架构中,可将微网看作“细胞”,因为微网拥有相对独立的功能,例如能改善电能质量,提高供电可靠性,实现负荷的主动调控等。多微网集群能够形成具有完整功能的主动配电网,则可称这种配电网为有机的“组织”。下图展示了某能源互联网的信息、能量交互示意模型,从图中可以看到,该能源互联网采用了双环“组织”嵌套结构,内环由“内组织”和“内细胞”组成,分别对应着一个区域主动配电网和小型微网;外环由“外组织”和“外细胞”组成,分别对应能源互联网和区域主动配电网。其中,内环的“内组织”可以看做外环的“外细胞”,而多个“内组织”和其对应的“外组织”便组成了SoS系统。

细胞-组织架构下能源互联网示意

细胞-组织视角下的电力市场

作为独立的能量主体,“细胞”必然要和其他“细胞”进行竞争,发电厂或者发电设备将不仅仅在供电网络中出现;在这种情况下,供电公司为了投资建设能源互联网基础设施和增加盈利,不可仅仅只通过单渠道的售卖电能而获取利润。能源互联网市场中交易主体不同于从前的单一能源,且在这个市场中不再存在寡头垄断现象,分布式主体间的博弈变得更加复杂,故对能源互联网结构的设计更加依赖于市场主体结构和客体结构,也依赖于交易对象的能源利用情况。所以,明确能源互联网的细胞-组织结构将有利于对网络最优经济运行的研究。

传统电力市场vs能源互联网电力市场

结论

虽然对传统电力系统的研究已近乎成熟,但能源互联网的建设不是一蹴而就的;能源互联网不仅是能源领域的革命,更是用户侧的技术革命。在这种大前提下,明确能源主体和用户主体对象的必要性便凸显出来。所以明确能源互联网中什么是“细胞”,什么是“组织”,“细胞”和“组织”分别能完成什么功能、有什么相互联系等问题,便是本文重点提出的研究建议。所以综合上述问题,未来的研究还应着手将交通网络安全模型和电力信息网络模型相融合,研究计及边界条件和信息网络模型的能源网络潮流计算,并加深对结合“细胞-组织”架构的能源互联网的认识。

作者简介

程浩原


(1997),硕士研究生


研究方向为区域能源网的分布式协调控制。

E-mail:chenghaoyuan@sjtu.edu.cn

艾芊


男(1969),教授,博士生导师,博士


研究方向为电能质量、人工智能及其在电力系统中的应用、电力系统元件建模、分布式发电等,通信作者。

E-mail:aiqian@sjtu.edu.cn

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编辑李锡

审核:白恺


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