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　　内的多类能源接入的一种可行方案，已形成了多种分布式能源资源范式．微网是由分布式资源（能源生产单元、能源存储单元或两者兼有的混杂单元）和负荷组成的整体，并按照分布式系统的模式运行，可以灵活地选用微网互联式、孤岛式和混杂模式．实现可再生能源高效利用和系统供需平衡是微网追求的目标，对应的能源管理系统旨在实现负载信息的高效分享、微网模式转变的快速响应、能源接入与存储的优化配置及维护自主运行、微网和主网的同步与互联等．面对繁杂的研究内容，我们分别从生产装置部署、存储装备设置及调度策略选择３个方面阐述多类型能源高效利用亟待突破的热点研究问题．

　　４．１．１分布式能源生产装置的部署

　　能源生产特性、接入网络结构和能源特征、优化部署模型等都是该领域的研究内容，主要机遇和挑战表现在特征模型和优化指标体系方面．以电力能源为例，该部分探讨相关的研究热点问题．

　　发电方式对应相应的电力供应特征，一般地，简单地用电力容量、稳定性、电磁夹角等来描述，在明确上述参数的情况下，可以确定任何能源生产装置的供应情况，方便构建供应模型，支撑后续决策．然而，能源生产方式受到的影响因素各异（如光伏发电装置和风电装置等的影响因素不尽相同），其中，时间特性成为刻画能源生产不可或缺的因素，因此，针对各种能源生产方式建立精确模型面临巨大挑战．网络结构是能源生产装置优化部署需考虑的另一个因素，对网络结构做适当简化和划分是常采用的技巧，已有的假设包括放射状网络和网格化网络等．一般地，给定网络结构，可以根据电力学定律得到各种负载下所需要电压水平，进而确定生产装置的接入电压，结合生产装置的生产特性和已有能源供应状况可以分析新增装置对整个系统的影响，为有效地指导能源生产装置建设提供支持．然而，网络规模和能源供给的时变性使得构建准确且效率兼顾的模型面临巨大挑战．

　　指标体系是明确规划目标的基础，相关研究还相对匮乏，选择依据还有待探讨，归纳、总结、分类分析各种指标仍需大量工作．针对电力能源，已考虑的指标主要包括电压波动、能源损耗及能源需求变化，相对零散、缺乏系统比较、存在研究空白．下列方向需进一步研究：１）归纳已有指标的形式化定义，扩充包括瞬时指标值、稳态指标值、区间指标值在内的指标度量体系．２）总结实际需求，完善需要考虑指标的形式化描述，探讨能综合反映多指标的宏观指标，简化多目标优化模型的构造与求解．３）探讨建立指标体系的方法，建立满足正交性条件的原子指标集合，并探讨基于原子指标构造复合指标的方法，方便优化目标选择．

　　此外，假设上述成果为已知条件的情况下，选择合适的优化模型确定最优部署方案也是研究重点．组合优化模型、随机模型或动态规划模型等计算模型选择，优化部署方案选择方法、兼顾组成部件随机特性和时间特性的决策方法等存在诸多亟待解决的问题．

　　４．１．２能源的分布式优化存储

　　能源存储载体的多样化（如计算机网络中数据中心的能源备份装置、电动汽车、智能家庭的能源存储单元等），拓宽了能源互联网优化设置手段，存储策略不仅考虑存储设备容量大小、部署位置等设置，还需考虑存储设备动态变化对存储策略的制约作用，优化存储模型、计算方法等方面存在诸多研究热点和挑战．以电力能源为例，我们从能源装置部署、能源装置优化等方面论述．

　　能源存储装置部署要重点解决在何地部署多大的存储设备的问题．需要考虑的因素包括其供应范围内需求负荷需求情况、需求时间特性、可再生能源生产装置的运行状况等．一般地，针对单一能源供应情景，规划建设何种规模的能源存储装置是目标，建立和求解相应优化模型是典型的解决思路在于实现现有装置利用率的最大化，关注的指标应包括成本因素、能源供应的服务质量、信息交互的依赖程度、计算能力的需求程度等．针对多类型能源方式供应情景，由于要兼顾任意能源方式供应最优性，对应模型复杂度远高于单一能源情形，分而求解是其直观思路，探讨简化求解方法将是解决该问题需要考虑的重要方面．各因素的综合模型、复杂模型的简化求解是其面临重大挑战．

　　移动存储装置的优化利用在于实现能源的高效转移，减少能源传输过程中发生的能源损耗，需要考虑装置的动态性和存储容量．直观地，移动能源存储装置应根据存储和供给情况选择相应充、放程序，但是如何判断自身的能源存储和网络供给状况、哪些必要信息指导设计调度策略、如何把信息传输到分布式存储装置及如何计算最优调度策略都是研究重点，同时也面临巨大挑战．

　　考虑时间因素的存储装置优化设置在于建立统筹的充、放策略来实现需求曲线的相对平稳，需关注所有存储装置的充、放调度策略．一般地可分为观测状态下优化策略设计和统筹的优化策略设计．对于前者，观测状态空间的选取及状态间转移模型直接影响策略的计算结果，实现模型的准确性与计算高效性是需要解决的问题；对于后者，如何把时间因素巧妙地融合于优化模型之中是关键，常采用的方法是把整个时间轴近似地看作符合周期性特征，把一个周期划分为时隙，每个时隙的动作定义为策略，实现无限时间决策转化为有限状态优化．但是，观测状态和时间粒度影响计算结果，指数级增长的计算空间给高效计算带来巨大挑战．

　　４．１．３多能源形式的综合调度

　　满足能源需求，实现各种能源的供需平衡是能源互联网调度的基本目标；网络状态信息、需求信息及环境影响是制定调度策略的基本依据；控制装置的设置、控制方法的制定和控制信息分发是实现高效调度的手段．能源调度架构、能源调度模型和高效计算方法构成了该方面的研究重点．

　　能源调度架构可以采用中心控制、分布式控制和混杂式．中心控制方式采用统一收集、处理和发布方式，具有信息优势，可以统筹调配各种资源，难点在于保证有用信息及时、准确地处理，信息收集和处理能力是制约因素，信息设备部署、信息传输、存储和处理方法是研究重点．分布式控制方式采用分而治之的方法完成调度管理，理论上具有灵活性和及时性的优势，但信息不对称等因素导致策略不能保证适应整体网络，保证各决策单元间相互协同的机制是研究重点．混杂式是一种更为灵活的控制方法，结合中心式和分布式的优势提高调度效率，确定两者有机结合方式、设计层次化的信息通信架构是亟待解决问题．

　　基于调度目标的优化策略设计重点关注信息收集模型和策略计算模型．保证有用信息及时传输和冗余信息及时摒弃的大数据网络架构设计、信息挖掘技术等是信息收集模型研究重点，难点在于设计信息融合机制，保证负荷状况及网络运行状况及时分享．优化决策依赖多种约束条件，网络节点和设备数量的增加导致模型规模势迅速膨胀，高效计算方法是制定优化策略的关键，模型化简方法、计算机辅助求解方法、近似计算方法及新的计算架构等是研究重点．调度目标影响能源使用效果，调度指标细化应满足网络的自愈性要求、调度策略的时效性要求、调度策略的安全性要求等，使得基于目标得到的策略应能够应对特定模式失效情况的发生、避免过时策略对网络造成冲击、避免信息被篡改或阻挡的能力．

　　４．２开放智能的能源传输控制

　　可靠传输是能源互联网推广和应用的基本要求，便捷接入控制、传输过程中对失效预警与容忍能力、及高效应急响应能力是建设目标．研究的重点主要包括以下２个方面：１）可靠传输网络和传输机制设计，从传输过程角度保证能源传输的可靠性；２）信息－能源紧耦合的网络交换设备，提高网络控制的智能化水平，从接入控制和异常处理方面提高传输可靠性．

　　４．２．１可靠传输网络和传输机制设计

　　能源传输线路将分布于各种自然环境中，所有线路和传输机制设计都涉及到处理和响应设备失效．可靠传输网络规划和传输机制设计的研究重点集中在网络可靠性分析模型、安全传输机制设计和网络架构规划等方面．

　　可靠性分析模型的研究在于给出能够反映网络可靠性状况的指标和形式化定义，探讨能够刻画能源互联网的模型工具、研究高效的模型计算方法等．一般地，能源传输网络可以认为是基于物理载体的传输机制的实现，其可靠性依赖于物理网络架构和传输机制或承载业务类型．能够综合反映各个层面特征的模型方法是亟需突破的方面．此外，指标度量尺度决定可采用的模型分析方法，综合平均情况指标度量和即时状态指标度量的动态度量体系是应该关注的重点．

　　安全传输机制设计涉及传输网络的选择、保护设备的部署、设备协同工作机制及安全事件应急响应方案等．从网络生命周期看，传输业务实施之前，应确定主传输网络、备份传输网络及它们之间的协同机制，避免级联失效发生的方法、保护设备的部署和设置以及各种保护设备的系统工作方案是研究重点；安全事件发生后，传输恢复、传输迂回是必须考虑的应急响应内容，兼顾性能和成本的应急策略是关注重点；能源互联网建设是一个渐进过程，基于已有网络基础设计经济、兼容的网络架构进化路线是可靠传输网络设计研究重要方向，已有设备的继承和可靠性兼顾构成了研究难点，开放、灵活的网络管理机制是研究重点．

　　４．２．２智能能源交换设备设计与优化

　　借鉴互联网的组网经验，具有连接能源网络和调节控制功能的能源路由器可以实现网络便捷部署和能源传输控制，为满足用户个性化能源需求奠定硬件基础．针对电力能源，能源交换设备的设计和优化一直是当前电子控制领域研究的重点．智能交换设备应支撑大规模发电、电力传输、电力分发、操作优化、电力销售、智能消费等方面的应用．从用户层面看，应支持便捷接入与断开、请求高效上传、策略随状态及时更新等功能；从运营层面看，应具有微网间和微网内的管理功能，表现在动态调整能源流向实现整体网络的供需平衡，调配域内的各种资源实现生产方式的优化调度；从实施角度看，应采用电力电子技术实现自动化电力分发与管理功能，支持通信功能，保证消息传输具有低延时、高可靠性和高安全性的特点，部署具有即插即用功能，保证分布式网络智能性．

　　在该设计中，信息通信模块作为底层支撑单元可能成为整个设备运行的瓶颈，无法满足所有业务的要求（如目前电网中的保护业务等）．细化用户的能源需求形式，避免能源形式相互转化引起的损耗，设计支持多类型能源协调的智能交换设备逐步引起注意，典型代表是微网中的ＥｎｅｒｇｙＨｕｂ，尽管该调度装置具备了上述基本要求，但其结构还存在较大的改进空间．

　　４．３综合信息获取与高效处理

　　信息是支撑能源互联网智能化和优化运行的关键，信息获取效率和利用程度决定能源互联网性能．传感器、网络计算技术等为信息获取和处理提供了良好基础，但尚缺乏系统、针对能源网络应用的理论和方法，针对能源互联网设计高效信息获取与处理方法具有重要现实意义．

　　４．３．１基于物联网的信息采集与传输

　　依赖专网构建信息采集和传输网络存在实施成本高和时效性差的缺点，借用物联网技术实现网络设施整合是提高信息采集和传输效率的可行方式．针对能源生产、传输、调配各阶段，选取或设计合理方案完成现有设施的整合是极具挑战性的研究方向．

　　覆盖网技术不仅能有效改善网络服务质量，还为新业务的推广提供了途径．结合覆盖网特点和能源互联网的需求，设计覆盖网信息采集模型有助于解决信息采集和传输效率的问题．例如将Ｐ２Ｐ网络类比电力系统中的能量调配过程，把ＣＤＮ思想应用于基于电动汽车存储的能源调配等．覆盖网技术改善网络性能的技巧还远未被充分利用，探讨能提高能源互联网效率的覆盖网模型仍需进一步研究．

　　实现能量流的按需供给和按需生产，需要解决信息如何计算、指令如何及时下达的问题．针对前者，等价于设计与之相匹配的计算构架和数据存储模型，云计算技术被认为是一种可行方法．云存储技术被广泛应用于统计家庭用电的历史信息，如北美ＷＡＭＳ系统的数据处理存储系统ＯｐｅｎＰＤＣ等．针对后者，从信息传输实时性保证看，群智理论和物联网相结合的方法是值得探讨的方向，采用代理机制获取用户实时行为信息，并给出了相应激励电价设计．但该方面成果还比较有限，满足能源互联网应用实时性需求的计算模型具有较大的科学价值．

　　数据传输、存储和处理的耦合是信息采集和处理应注意的另一个重要问题．电力系统协议组ＩＥＣ６１９７０，ＩＥＣ６１８５０，ＩＥＣ６１９６８等针对电力应用给出了数据存储与传输处理耦合的网络层面模型；ＯｐｅｎＨＡＮ协议改进家庭用电数据传输时效性．但是，能源互联网业务种类和要求差异仍需要设计面向业务的传输层协议．

　　４．３．２基于云计算架构的能源信息处理

　　能源互联网承载业务类型的多样化导致信息采集、信息传输、信息处理以及策略分发都要求较高的效率，支持计算密集型业务的处理架构是能源互联网所必需的技术．云计算能高效整合网络资源、提供强大信息处理能力，应用云计算成果解决能源互联网中的信息处理问题是可行方向．

　　利用云计算架构优势服务能源互联网高效运行是重要的研究方向，面临的问题包括：１）如何利用其整合分布式资源的能力，在信息采集、预处理和汇聚阶段，为能源互联网的信息获取提供支持？例如，借鉴以簇结构进行信息预处理来去除冗余信息的再传递的方法，针对能源互联网应用，如何设计簇结构规模、层次结构的数量等来优化信息处理和传递？２）如何借用云计算模式提供的强大计算能力高效规划能源调配方案满足用户个性化能源需求？典型代表为针对用户请求，研究规范请求格式，探讨类似于Ｍａｐ－Ｒｅｄｕｃｅ的并行计算模型等提高计算效率．３）如何借鉴云计算架构的容错或可靠性确保机制设计存储、传输等机制确保能源互联网可靠性？例如，把云计算资源调度策略成果是否可以应用于分布式存储单元的部署和充放电管理？此外，探讨对已有信息资源的继承和整合方法，设计统一的信息模型、探讨在不影响正常业务运行的系统改造、业务类型整合和服务模式转化方法，构建为能源互联网所用的云计算系统也具有重要的现实意义和经济价值．

　　４．３．３大数据技术支撑信息挖掘

　　从纷繁复杂的数据中挖掘有用的信息，更好地支撑所提供服务是大数据研究的目标．未来，能源互联网将覆盖人类生产、生活的方方面面，影响运行效率的数据包括天气、个体需求、网络状态监控信息、社会事件等，不仅数据来源广泛，数据规模也异常庞大，大数据技术的研究成果的应用将有力地保证能源互联网的服务质量，对应的处理方法也将丰富大数据技术的理论体系．

　　实现能源供需实时平衡、极大地利用清洁可再生能源、满足尽量多用户的个性化需求是能源互联网的目标，实时的能源供给和需求数据、能源存储情况、正交的个性化需求数据是影响决策的因素．但是，上述数据往往蕴含在天气状况、用户使用习惯、生产或存储设备的运行状况等门类纷杂的数据中，设计数据融合和交互适配方法需要信息挖掘思路，大数据技术成果为该方面研究提供借鉴．典型应用是能源供需实时平衡问题，一般地，采用统计分析方法可以较为准确地得到供给曲线，其中Ｅ表示能源需求，用千瓦小时（ｋＷｈ）度量，Ｔ表示时间，以小时（ｈ）为单位度量．该问题的重点在于挖掘和调节需求曲线．需求函数的挖掘可以采用传统的分类、聚类或数理统计方法，也可以采用更为准确的深度学习方法（ｄｅｅｐｌｅａｒｎｉｎｇ）．在用户的实时请求、使用习惯、所处位置、时间因素等原始数据的支撑下，可给出各种时间粒度的需求函数此外，针对可再生能源的利用问题，大数据技术还能够应用于需求和存储空间的准确控制和调节．

　　４．４其他热点问题

　　除了上述３个方面的研究问题之外，作为开放运营系统，下面３个问题也应得到足够关注：

　　１）网络安全．在信息方面，应重点关注恶意行为入侵的防范方法，信息传输和存储的隐私保护；在能源控制方面，应重点关注传输网络的可靠性分析方法，高生存性的传输机制设计等；此外，能源传输和信息传输的干扰问题也值得关注．

　　２）能源消费的激励合作机制设计．突发需求在能源互联网中仍是较难处理的问题，倡导用户合理规划能源消费是较为经济的途径．为鼓励用户参与，恰当的激励元素设计和分析模型是研究的重点，博弈论可能是有效的理论工具．

　　３）能源互联网提供信息服务．能源互联网将具有目前互联网无法比拟的覆盖和能源供给优势，具备了提供信息服务的条件，探讨能源互联网提供信息服务的模式具有前瞻意义．电力线载波通信技术支持信息网络服务、物联网融合提供移动网络接入服务、云计算架构搭建提供公共云服务等都是值得探讨的方向．