摘要：全球能源互联网是“智能电网+特高压电网+清洁能源”，是永续供应、绿色低碳、经济高效、开放共享的能源系统。全球能源互联网作为覆盖全球的能源基础设施，其涉及电源、电网、装备、科研、信息等多个领域，投资需求大、产业链长、带动力强，对经济增长具有强劲的拉动作用。本文介绍了三层能源互联网结构较两层结构更为清晰，且各层次功能合理，能更好地实现了能源互联网内部分布式能源的独立参与性和用户的主动交互性，实现狭义能源互联网与主电网平稳交互的功能。本文的作者为：孙秋野，王冰玉，黄博南，马大中。
1.研究背景及研究意义
能源是经济增长和社会发展的重要物质基础，是改变人类生活水平、提高人类生活质量的最重要源动力。随着人类社会的发展，能源现状呈现多样化趋势，多能源交互耦合。为了更好地研究、促进能源网络的发展，新一轮能源技术革命正在全球范围孕育和发展，即能源互联网。这一概念在表述了人类能源的未来发展趋势的同时，也指出了未来能源技术的发展，以网络化视角，联合物理设备和先进信息技术，最终实现能源的最优调配。
目前，关于能源互联网的研究可分为三类：全球能源互联网、广义能源互联网与狭义能源互联网。全球能源互联网以宏观角度出发，希望建成一个以地球为单位的全球区域的能源互联系统；广义能源互联网更多强调大量分布式能源与现今能源的互联概念或能源互联网研究可能涉及相关技术的讨论；狭义能源互联网在讨论能源互联网内部结构基础上，重点侧重于能源互联网的技术实现。
2.论文重点内容
2.1广义能源互联网与狭义能源互联网
广义能源互联网将一个广泛区域内分散的能源碎片集聚形成一个超级能源体(在这个超级能源体中，一次能源输入转换为二次能源消费使用，能源在网络中主要以电能或热能的形式流动)，它将人类所使用的分散于不同地区的所有能源融入其中，统一进行分配、管理和调度，在全网通信的条件下，可实现能源的最优分配，将现今集中式的能源结构变为扁平化结构。在这个既高度分散又高度集中的统一体中，最显著特点便是能源的互联、互享和用户互动。它包含现今社会中以能源为主体的所有网络(如交通、电力、石化等)和以先进信息技术为基础的信息网络。
如图1所示，广义能源互联网通过各种发电用电和制冷制热设备将电力网络、交通网络、石化网络、热力网、新能源网络通过一定接口设备，与狭义能源互联网融合，形成一个广泛区域内的超级能源体。在这个超级能源体中，现今人类所使用的各个以能源为主体的网络通过电能或热能的传递与狭义能源互联网相连，将狭义能源互联网分为以电能网络与热能网络两类主要网络。
相关阅读：
2.2狭义能源互联网的三层结构
狭义能源互联网内部结构中，融合了大量分布式可再生能源、发电发热装置和分布式储能装置，通过能源接口、能源交换机和能源路由器，实现能量(主要为电能和热能)的合理分配与管理、网络运行的安全可靠、能源使用的高效经济。狭义能源互联网根据能源转化传输的特点和系统控制调度模式，可分为3层结构，分别是：能源路由器层；能源交换机层；能源接口层，如图2所示。
1）能源路由器层：能源路由器层以能源路由器为主体，实现电力网络与狭义能源互联网的物理通信连接。在能源路由器中，可使狭义能源互联网工作在并网模式与离网模式。在并网模式中，能源路由器按照狭义能源互联网内部能量需求以及上级配电网的要求进行电能的智能协调控制，使狭义能源互联网可表现出多种工作状态(供电、受电、平衡和新能源最大出力等状态)，此时能源路由器视作是恒定的功率源，也就是说能源路由器向主电网注入或者从主电网吸收恒定的有功功率和无功功率。在离网模式时，能源路由器智能调控能源互联网内电能，保证狭义能源互联网稳定、可靠运行；同时，承担稳定狭义能源互联网内电压和频率的作用，实现其独立、安全的孤岛运行模式。能源路由器可实现能量生产/消耗预测、能源调度和故障隔离等功能，为保证狭义能源互联网在并网工作模式下实现与电网功率的平稳交换。
2）能源交换机层：能源交换机层以能源交换机为主体，连接狭义能源互联网中的能源子网与能源路由器。能源交换机通过能源路由器的通信与控制，为能源路由器提供整个能源子网的相关信息(如电能总输入、输出和存储，热能总的产生、消耗和存储，其他形式能量的存储和消耗)，实现能源子网的全局输入输出可控，保证子网内部能量消耗设备、能量生产设备和储能设备能量输入输出的合理分配。能源交换机可工作在3种模式下，分别是：并网模式、互联模式和孤岛模式。并网模式下，能源互联子网通过能源交换机互联之后再由能源路由器连接到配电网，能源交换机主要负责协调交换功率，以满足能源路由器恒定功率源的要求；互联模式下，能源互联子网通过能源交换机互联运行，但没有和配电网连接，此时对应狭义能源互联网工作在离网模式下；孤岛模式下，能源子网孤岛运行，此工作模式往往在能源子网内发生故障前后出现。
3）能源接口层：能源接口层中，各个分布式可再生能源、发电发热装置和分布式储能装置通过能源接口接入狭义能源互联网中，它可以被理解为是交通、石化等网络与狭义能源互联网的接口。能源接口主要实现：分布式设备有效识别、分布式设备状态监测、多种形势能源整定、同能源交换机进行通信和控制策略的及时更新。能源接口可独立存在或内置于被控设备中，包含数据采集与监测模块、通信模块、控制模块、电源模块以及机械控制模块(取决于线路中是否存在断路器等类似设备)。能源接口可以对系统内一次设备(能量生产、能量消耗与储能设备)进行监视、测量、控制和调节，并不直接参与狭义能源互联网中能量的流动或存储。能源接口中信息技术所占比重较大，涉及到设备识别、通信协议等内容。
相关阅读：
2.3狭义能源互联网的实现
论文依托学校信息学馆建设了一个狭义能源互联网实验系统，系统的3D示意图如图3所示，部分负荷示意图如图4所示。
狭义能源互联网中，能源路由器实现了电能在狭义能源互联网与电网间的交换；能源交换机控制能源子网电能的输入输出；能源接口连接网络中的各个设备。狭义能源互联网实验系统实现了能源互联网的基本3层结构（能源路由器层、能源交换机层、能源接口层）与分级控制方法，完成了网络中电能、热能的调度。
3结论
三层能源互联网结构较两层结构更为清晰，且各层次功能合理，能更好地实现了能源互联网内部分布式能源的独立参与性和用户的主动交互性，实现狭义能源互联网与主电网平稳交互的功能。
相关阅读：
