面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)探析

欒亦清

【摘 要】隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)受到了廣泛的應(yīng)用，就能源管理方面也對(duì)其進(jìn)行了使用。能源互聯(lián)網(wǎng)主要是通過(guò)使用先進(jìn)的智能能量管理技術(shù)、信息技術(shù)和電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能交通和電力等之間共享和交流的網(wǎng)絡(luò)。本文主要以互聯(lián)網(wǎng)能量管理系統(tǒng)框架為著手點(diǎn)，對(duì)先進(jìn)測(cè)量技術(shù)、可靠測(cè)量技術(shù)、能力預(yù)測(cè)技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，進(jìn)而闡述目前互聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次。以期為關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的從業(yè)者提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】能源互聯(lián)網(wǎng)；智能管理技術(shù)；信息技術(shù)

引言：

在化石能源大量使用致使地球環(huán)境被破壞和溫室效應(yīng)的背景下，許多國(guó)家已經(jīng)對(duì)光、風(fēng)等再生能源有了全新的看法，并逐漸重視。但是由于再生資源有著波動(dòng)性和隨意性較大的特點(diǎn)，造成難以將這些資源統(tǒng)一和集中的現(xiàn)象，與此同時(shí)，也發(fā)生了能源浪費(fèi)、設(shè)備利用率低等問(wèn)題。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)文化知識(shí)不斷的普及和用戶對(duì)互聯(lián)網(wǎng)能源的認(rèn)識(shí)逐步提高，未來(lái)的能源網(wǎng)絡(luò)和電力要求也將會(huì)越來(lái)越高。為了能夠有效的將傳統(tǒng)的電力能源網(wǎng)絡(luò)與可再生資源結(jié)合起來(lái)，能源互聯(lián)網(wǎng)的概念便逐漸被提出，在提出了同時(shí)瞬間引起了相關(guān)學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界的重視。

一、管理系統(tǒng)框架

由于能源互聯(lián)網(wǎng)有著可再生資源產(chǎn)生效率的隨意性和不確定性等特點(diǎn)，所以在制定相應(yīng)的系統(tǒng)框架時(shí)，應(yīng)著重考慮到其影響因素，其管理系統(tǒng)在生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整和制定階段與微電網(wǎng)能量的管理系統(tǒng)有著一定的區(qū)別。首先，在功能方面。能源互聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)之前的制定計(jì)劃和生產(chǎn)之后的計(jì)劃調(diào)整兩個(gè)方面。但是由于可再生資源的間歇性和波動(dòng)性，能源互聯(lián)網(wǎng)在制定方案時(shí)應(yīng)考慮到方案的魯棒性，進(jìn)而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[1]。其次，在設(shè)計(jì)框架方面。能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)與其他管理系統(tǒng)的區(qū)別在于互聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的重點(diǎn)是協(xié)調(diào)控制和調(diào)度。最后，在技術(shù)架構(gòu)方面。傳統(tǒng)的能源電力系統(tǒng)主要是分布式和集中式兩種結(jié)構(gòu)方式，但能源互聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)主要采用的是分層遞接結(jié)構(gòu)。分層遞接結(jié)構(gòu)結(jié)合分布式和集中式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在一定基礎(chǔ)上克服了兩者之間存在的缺點(diǎn)。

二、管理系統(tǒng)研究

（一）先進(jìn)測(cè)量技術(shù)

高效調(diào)度的基礎(chǔ)便是有著全面精確的發(fā)展趨勢(shì)的感知能力。與傳統(tǒng)的能量管理相比，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的能源管理系統(tǒng)有著監(jiān)測(cè)設(shè)備較廣、頻率較高和；粒度較細(xì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)“即插即用”是使用方式有著更高的要求[2]。因此，需要在一定技術(shù)基礎(chǔ)之上，研制更加先進(jìn)的傳感器技術(shù)、感知技術(shù)和通信技術(shù)等，進(jìn)而制定相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）可靠測(cè)量技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的主要目的便是能夠有效的對(duì)多類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、控制并且完成雙向、高效、可靠的信息傳輸。由于種種目的給基于能源互聯(lián)網(wǎng)所提出的分層階段式框架帶來(lái)了更高的要求。同時(shí)，在能源互聯(lián)網(wǎng)的成本和應(yīng)用環(huán)境下，也給能源互聯(lián)網(wǎng)在通信技術(shù)選取上帶來(lái)了很大的影響。因此，在通信技術(shù)選取中，應(yīng)著重考慮到通信結(jié)點(diǎn)數(shù)量、能源局域網(wǎng)使用數(shù)量情況、設(shè)備的地理位置分布特點(diǎn)以及總體運(yùn)行狀態(tài)等因素，進(jìn)而做出綜合決定。針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)存在多種融合形式的特點(diǎn)，需要建立起較多的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和交互接口。此外，如何能夠降低用戶數(shù)據(jù)向外泄漏的風(fēng)險(xiǎn)、保障用戶的隱私和防止非法這入侵、增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力對(duì)未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)利益、安全運(yùn)行有著十分重要的意義[3]。

（三）能力預(yù)測(cè)技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的調(diào)度和優(yōu)化的基礎(chǔ)便是各類(lèi)節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)能力和可調(diào)度能力。可調(diào)度能力主要針對(duì)的對(duì)象有兩方面：一方面是針對(duì)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立起部分決定因素與元素之間相互關(guān)系的模型；另一方面是針對(duì)歷史事件中實(shí)際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，對(duì)可調(diào)度能力和用電、發(fā)電、天氣之間的相互關(guān)系建立模型，并將數(shù)據(jù)綜合整理，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的能力。能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)可以按電壓的差別劃分出許多等級(jí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和地區(qū)結(jié)構(gòu)等因素也可以分為許多區(qū)域，以此將能源互聯(lián)網(wǎng)作為節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)化體系[4]。然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)中功能所帶來(lái)的消耗、儲(chǔ)存能力建立起模型，制定相應(yīng)的交互規(guī)則，描述節(jié)點(diǎn)之間的信息能量分散和集中的能力量、信息流和控制流。對(duì)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析，對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的特征進(jìn)行讀取，描述各個(gè)方面之間的關(guān)聯(lián)程度。最后，通過(guò)對(duì)單位費(fèi)用、環(huán)保和產(chǎn)能等相關(guān)指標(biāo)關(guān)系的了解，構(gòu)建成本與可調(diào)度能力之間的關(guān)系模型，從而迅速提高節(jié)點(diǎn)實(shí)際預(yù)測(cè)調(diào)度能力。

（四）優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

傳統(tǒng)能量管理模式的經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面已經(jīng)不能滿足人們?nèi)粘Ｉ詈湍茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，而能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)可以較好的融合預(yù)測(cè)模型，能夠有效的滿足社會(huì)的需求和人們的要求。當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中可再生資源發(fā)生滲透率提高的現(xiàn)象時(shí)，有必要采用有調(diào)度技術(shù)。由于優(yōu)化調(diào)度技術(shù)可以在很大程度上降低預(yù)測(cè)的不確定性和對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行的影響，同時(shí)其又有著較好經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)，給能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)了很大的便利。

（五）大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

目前，能源互聯(lián)網(wǎng)正處于大數(shù)據(jù)的環(huán)境下。大數(shù)據(jù)有著類(lèi)型多、變化快、規(guī)模大和價(jià)值密度低的特點(diǎn)。如何能夠有效、快速的處理能源互聯(lián)網(wǎng)中的時(shí)空邏輯性較強(qiáng)和價(jià)值密度較低的不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，和如何將大數(shù)據(jù)有效的融入到互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中，是能源互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過(guò)程中所要面臨的重大挑戰(zhàn)。基于大數(shù)據(jù)下能源互聯(lián)網(wǎng)的能量管理資源配置、可靠性計(jì)算、優(yōu)化調(diào)度和系統(tǒng)規(guī)劃也將采用數(shù)據(jù)挖掘的過(guò)程和手段，只是這些規(guī)劃需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)的情況采取相應(yīng)的改變。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次

能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次主要包括設(shè)備層、管理層和優(yōu)化層。設(shè)備層主要包括光、風(fēng)等發(fā)電設(shè)備、斷路器、能量路由器、智能配電箱、儲(chǔ)能系統(tǒng)、測(cè)量設(shè)備和智能開(kāi)關(guān)等。管理層主要包括通信網(wǎng)絡(luò)和智能管理器，管理層工作的主要目的便是能夠?qū)⒛茉磪^(qū)域網(wǎng)能量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配，將能源局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中的可調(diào)度預(yù)測(cè)能力發(fā)揮好，對(duì)能源局域網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將人機(jī)交互界面和多能源局域網(wǎng)協(xié)同控制好。優(yōu)化層主要是由能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理中心和能量調(diào)度中心組成。其主要是實(shí)現(xiàn)外部電網(wǎng)與系統(tǒng)的能量交互、制定能源優(yōu)化調(diào)度措施、參與電力市場(chǎng)在運(yùn)行過(guò)程中的調(diào)度管理、對(duì)各局域網(wǎng)能量之間的交互進(jìn)行管理。為進(jìn)一步良好的將能源互聯(lián)網(wǎng)有效的發(fā)展下去，就必須就當(dāng)今市場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的分析與調(diào)查，并且針對(duì)社會(huì)環(huán)境和市場(chǎng)環(huán)境制定出相應(yīng)的發(fā)展方向與計(jì)劃，進(jìn)而帶來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

結(jié)論：

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷應(yīng)用和逐步發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)在優(yōu)化方法、數(shù)據(jù)收集和采集、控制結(jié)構(gòu)等方面都有了新的挑戰(zhàn)。本文主要對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了分層次的分析，給出了在可靠通信技術(shù)、先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等方面有可能繼續(xù)突破的方向。并給出了能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)層次，為開(kāi)展本領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究者和工程實(shí)踐者提供參考借鑒。

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