能源互联网

目录
序
前言
**部分 概述
第1章 概述 3
1.1 能源互联网的发展背景 3
1.1.1 能源互联网的驱动力 3
1.1.2 能源互联网发展历程 7
1.2 能源互联网的概念与基本架构 8
1.2.1 能源互联网概念评述 8
1.2.2 能源互联网的发展目标、理念和特征 11
1.2.3 能源互联网的基本架构 12
1.3 能源互联网的科学技术问题 16
1.4 能源互联网若干关键问题讨论 18
1.4.1 能源网与互联网 18
1.4.2 智能电网与能源互联网 19
1.5 能源互联网展望 19
1.5.1 能源互联网的发展意义 19
1.5.2 能源互联网的发展潜力 20
参考文献 20
第二部分 能量层
第1章 多能存储 25
1.1 引言 25
1.2 多能存储的主要技术形式和比较 27
1.2.1 多能存储的基本形式和基本原理 27
1.2.2 多能源网中的储能技术比较 31
1.3 多能存储的关键技术 32
1.3.1 多能存储的关键设备制造技术 32
1.3.2 能源互联网中储能的规划和配置技术 35
1.3.3 多能存储的优化控制和市场运行 38
1.4 多能存储的应用场景和实例 40
1.4.1 压缩空气储能在能源互联网中的应用 40
1.4.2 液氢超导复合储能技术及其在能源互联网中的应用 47
1.5 本章小结 53
参考文献 53
第2章 多能转换 57
2.1 多能转换的基本概念 57
2.1.1 能源体系的结构 57
2.1.2 一次能源向二次能源转换的基本方式 58
2.2 能量集线器的关键技术及设备 60
2.2.1 能量集线器的结构和功能 60
2.2.2 能量集线器中的主要设备和集成方式 63
2.2.3 能量集线器的运行 67
2.2.4 能量集线器所需突破的关键技术 70
2.3 能量集线器在能源互联网中的应用场景 71
2.3.1 能源到电力的转换 71
2.3.2 能源到热力的转换 74
2.3.3 能源到燃料的转换 76
2.4 本章小结 81
参考文献 81
第3章 电能路由器 84
3.1 电能路由器的背景与意义 84
3.1.1 新能源并网发电面对的问题 84
3.1.2 电力电子技术的进一步发展 85
3.1.3 能源互联网的发展现状 86
3.2 电能路由器的概念与原理 87
3.2.1 电能路由器概念 87
3.2.2 基本功能和组建框架 87
3.2.3 电能路由器主电路结构演变历程 90
3.3 电能路由器关键技术 96
3.3.1 变换单元组合技术 97
3.3.2 端口即插即用技术 100
3.3.3 多端口多级变换协调控制技术 101
3.3.4 通信技术 103
3.3.5 能量管理技术 104
3.4 电能路由器在能源互联网中的典型应用 105
3.4.1 电能质量综合控制 105
3.4.2 多微网连接背靠背柔性控制 109
3.4.3 集中式和分布式的电能路由器网络应用 112
3.5 本章小结 114
参考文献 114
第4章 无线电能传输与能量WiFi 116
4.1 能量传输与互联存在的问题和挑战 116
4.1.1 存在的问题 116
4.1.2 面临的挑战 118
4.2 无线电能传输与能量WiFi基本概念和理论 119
4.2.1 无线电能传输技术及其分类 119
4.2.2 能源互联网下的能量WiFi概念及组成架构 120
4.2.3 无线电能传输与能量WiFi的联系 122
4.3 无线电能传输系统关键技术 123
4.3.1 MCR-WPT关键技术 123
4.3.2 ICPT关键技术 128
4.3.3 电场耦合式无线电能传输关键技术 130
4.3.4 超声波无线电能传输关键技术 131
4.3.5 其他形式无线电能传输关键技术 132
4.4 能源互联网下的能量WiFi系统通用技术 134
4.4.1 多目标能量与信息协同控制 134
4.4.2 多负载接入功率定向分配控制 136
4.4.3 用电终端智能接入与能量安全传输技术 138
4.4.4 能源互联网下的能量WiFi系统自组网技术 139
4.4.5 能源互联网下的能量WiFi系统运营模式探讨 140
4.4.6 能量WiFi系统标准化与电磁问题 141
4.5 能量WiFi在能源互联网中的应用探索 143
4.5.1 电动汽车能量无线补给及其与能源互联网的智能融合 143
4.5.2 无线输电技术与空间太阳能电站 146
4.5.3 分布式岛礁能源互联系统中无人飞行器的能量补给 148
4.5.4 能量WiFi在其他领域的探讨与展望 150
4.6 本章小结 153
参考文献 154
第5章 直流配电网 156
5.1 背景及发展现状 156
5.1.1 直流配电网产生背景 156
5.1.2 直流配电网发展现状 156
5.1.3 直流配电网技术优势 157
5.2 直流配电网结构 158
5.2.1 直流配电网典型结构 158
5.2.2 柔性直流配电网典型拓扑示例 159
5.3 直流配电网关键设备 164
5.3.1 变换器 164
5.3.2 直流变压器 167
5.3.3 直流断路器 170
5.4 直流配电网关键支撑技术 174
5.4.1 直流配电网控制保护技术 174
5.4.2 直流配电网过电压及防护技术 174
5.4.3 直流配电网接地技术 175
5.5 直流配电网应用场景 178
5.5.1 面向孤岛及舰船飞行器的直流配电网应用 178
5.5.2 面向供用电改造的直流配电网应用 178
5.5.3 面向可再生能源接入的直流配电网应用 178
5.5.4 面向数据中心的直流配电网应用 179
5.5.5 面向综合能源系统的直流配电网应用 179
5.6 本章小结 179
参考文献 179
第6章 电动汽车及其与电网互动 182
6.1 大规模电动汽车接入电网的影响与机遇 182
6.1.1 电动汽车发展的历史与现状 182
6.1.2 大规模电动汽车接入电网的影响 184
6.1.3 大规模电动汽车接入电网的机遇 185
6.2 电动汽车与电网互动的原理和潜力分析 185
6.2.1 电动汽车与电网互动的原理 185
6.2.2 电动汽车与电网互动的潜力 187
6.3 电动汽车与电网互动的关键技术 188
6.3.1 电动汽车与电网互动的控制方法 188
6.3.2 电动汽车的有序充放电技术 191
6.3.3 电动汽车为电网提供辅助服务技术 196
6.3.4 电动汽车与可再生能源发电协同技术 200
6.4 电动汽车与电网互动的应用和展望 203
6.4.1 电动汽车与电网互动的应用 203
6.4.2 电动汽车与电网及能源互联网互动的展望 204
6.5 本章小结 205
参考文献 206
第7章 综合能源系统 209
7.1 概述 209
7.1.1 综合能源系统的基本概念及构成形态 209
7.1.2 综合能源系统的提出背景 210
7.1.3 综合能源系统面临的挑战 215
7.2 综合能源系统的通用建模与综合仿真 218
7.2.1 问题与挑战 218
7.2.2 该领域研究现状 219
7.2.3 动态建模及综合仿真 222
7.2.4 建模及仿真实例 224
7.3 综合能源系统的协同规划 232
7.3.1 问题与挑战 232
7.3.2 该领域研究现状 233
7.3.3 协同规划与优化 234
7.3.4 规划实例 235
7.4 本章小结 246
参考文献 246
第三部分 信息层
第1章 能源互联网中的传感器网络 251
1.1 能源互联网中的传感器网络的应用需求与挑战 252
1.1.1 能源互联网中的传感器网络的应用需求 252
1.1.2 能源互联网中的传感器网络面对的挑战 253
1.2 能源互联网先进传感技术发展现状与趋势 254
1.2.1 能源互联网先进传感技术发展现状 254
1.2.2 能源互联网先进传感技术发展趋势 255
1.3 能源互联网传感器关键技术概览 256
1.3.1 温度传感器 256
1.3.2 形变/振动/加速度传感器 259
1.3.3 电流/磁场传感器 264
1.3.4 电压/电场传感器 267
1.3.5 气敏/湿敏传感器 269
1.4 能源互联网中的传感器网络应用场景及其技术需求 271
1.4.1 能源互联网中的传感器网络应用场景综述 271
1.4.2 面向智能电网故障诊断与状态感知的传感技术需求 274
1.4.3 面向新能源装置的传感技术需求 276
1.4.4 能源互联网其他应用场景技术需求 277
1.5 本章小结 277
参考文献 278
第2章 能源互联网中的信息通信技术及其应用 283
2.1 能源互联网中的常用通信技术 283
2.1.1 电力线通信技术 283
2.1.2 无源光网络通信技术 286
2.1.3 无线通信技术 287
2.2 基于移动互联网的智能用电 290
2.3 家庭能源管理应用案例 294
2.4 智慧城市中能源互联网应用案例 297
2.4.1 国网客服中心能源互联网工程 297
2.4.2 宁夏能源互联网示范工程 305
2.4.3 上海配用电大数据应用示范工程 306
2.5 本章小结 310
参考文献 310
第3章 信息物理系统 311
3.1 能源互联网愿景下的信息物理系统 311
3.1.1 信息物理系统的概念 311
3.1.2 能源互联网背景下的新挑战 313
3.2 信息能量融合的能源互联网安全 314
3.2.1 乌克兰停电事件回顾 314
3.2.2 信息物理综合安全评估的必要性 315
3.2.3 信息物理综合安全评估框架 317
3.2.4 应用案例 319
3.3 信息能量融合的能源互联网运行 321
3.3.1 能源互联网的社会化行为特征 321
3.3.2 支撑能源互联网运行的信息物理系统关键技术 322
3.3.3 应用实例 325
3.4 本章小结 334
参考文献 334
第4章 能源虚拟化与能量信息化 336
4.1 概述 336
4.2 能源虚拟化与能量信息化的理论基础 337
4.2.1 能源虚拟化与能量信息化定义 337
4.2.2 能源虚拟化与能量信息化的原理 340
4.3 能源虚拟化与能量信息化的关键技术和装备 342
4.3.1 能量数字化和信息化处理技术 342
4.3.2 能量信息化关键设备 343
4.4 能源虚拟化与能量信息化用例分析 345
4.4.1 动态可重构电池网络 345
4.4.2 软件定义电池能量管控系统 346
4.4.3 基于电池能量交换机的电池共享经济模式 347
4.5 本章小结 349
参考文献 349
第5章 能源互联网中的大数据 350
5.1 大数据的基本概念和特点 350
5.1.1 大数据的基本概念 350
5.1.2 能源互联网中的数据来源 350
5.1.3 能源互联网中数据的特点 351
5.1.4 存在的问题和挑战 352
5.2 数据管理关键技术 354
5.2.1 数据的获取 354
5.2.2 数据的存储 355
5.2.3 数据质量的提升 355
5.2.4 高效检索方法 356
5.2.5 数据的可视化 356
5.3 数据挖掘关键技术 357
5.3.1 统计分析方法 357
5.3.2 趋势分析方法 358
5.3.3 关联分析方法 358
5.3.4 聚类分析方法 359
5.3.5 分类与回归方法 360
5.3.6 预测方法 361
5.4 大数据在能源互联网中的应用实例 362
5.4.1 能源互联网大数据应用场景综述 362
5.4.2 基于大数据分析的电气设备状态维修关键技术 363
5.4.3 基于状态分析的用户负荷数据分析与处理 367
5.4.4 大数据在国外能源及电力领域的应用简介 373
5.5 本章小结 374
参考文献 374
第6章 多能协同能量管理平台 376
6.1 概述 376
6.1.1 必要性 376
6.1.2 核心挑战 377
6.2 多能协同能量管理平台原理 378
6.3 多能协同能量管理平台架构 379
6.3.1 EMS家族 379
6.3.2 功能架构 380
6.3.3 体系架构 381
6.4 多能协同态势感知 382
6.4.1 多能协同态势感知的特点与技术难点 383
6.4.2 多能协同实时网络建模与拓扑分析 383
6.4.3 多能协同系统可观测性分析与伪量测生成 384
6.4.4 多能协同状态估计与坏数据辨识 385
6.5 多能协同安全评估与控制 386
6.5.1 系统间交互耦合机理 386
6.5.2 安全评估与控制框架 388
6.5.3 安全评估高效求解 389
6.6 多能协同优化调度 390
6.6.1 协同优化调度的目的和意义 390
6.6.2 协同优化调度模型的建立 391
6.6.3 优化调度的算法 392
6.7 云端能量管理服务 394
6.7.1 云端能量管理的提出 394
6.7.2 云端能量管理服务内容 394
6.7.3 云端能量管理新技术 395
6.8 本章小结 395
参考文献 396
第7章 分布式自律调控 397
7.1 概述 397
7.1.1 能源互联网运行调控的技术挑战与需求 397
7.1.2 能源互联网分布式自律调控技术内涵与优势 399
7.2 分布式自律调控架构与分布式优化的理论基础 402
7.2.1 分布式自律调控的基本概念 402
7.2.2 基于一致性算法的全分布式优化 404
7.2.3 基于次梯度法/牛顿法的全分布式优化 407
7.3 分布式自律调控应用举例 411
7.3.1 孤立微电网的全分布式自律调频 411
7.3.2 能源互联网的全分布式经济调度 419
7.4 本章小结 420
参考文献 421
第8章 能源互联网的自愈与保护 423
8.1 自愈系统和保护概述 423
8.1.1 自愈系统概念和指标 423
8.1.2 保护的概念和指标 426
8.1.3 能源系统的自愈和保护 428
8.2 能源互联网自愈性 430
8.2.1 能源互联网自愈方式和运行规范 430
8.2.2 能源互联网自愈的方案和前景 432
8.3 能源互联网协同保护 433
8.3.1 能源互联网运行保护的概念和应用 435
8.3.2 能源互联网的协同运行保护 437
8.3.3 能源互联网的协同保护前景 440
8.4 本章小结 440
参考文献 441
第9章 能源互联网区块链 443
9.1 概要 443
9.2 区块链技术概念和原理 444
9.2.1 区块链技术的定义 444
9.2.2 区块链技术的特征 446
9.2.3 区块链技术发展现状及展望 451
9.3 区块链技术能源场景应用 453
9.3.1 区块链技术之于能源互联网的意义 453
9.3.2 区块链技术能源应用的功能维度分析 456
9.3.3 基于区块链的能源互联网商业模式演化 460
9.3.4 区块链技术能源应用场景探讨 462
9.3.5 区块链技术能源应用案例分析 468
9.4 区块链技术能源应用的挑战 471
9.4.1 技术挑战 471
9.4.2 政策挑战 473
9.4.3 商业挑战 474
9.5 本章小结 476
参考文献 476
第四部分 价值层
第1章 能源互联网的市场机制 481
1.1 能源互联网的市场架构 481
1.2 能源互联网的市场交易体系 482
1.2.1 能源互联网的交易主体 482
1.2.2 不同时序的多能源市场设计原则 484
1.2.3 能源交易的物理市场体系 485
1.2.4 能源交易的金融市场体系 489
1.2.5 能源互联网的交易架构 493
1.3 能源互联网的市场机制 494
1.3.1 机制设计的理论基础 494
1.3.2 能源互联网的机制设计 498
1.4 能源互联网的交易平台 509
1.5 本章小结 509
参考文献 510
第2章 基于“互联网 ”的商业模式 511
2.1 影响能源电力交易机制和商业模式的因素分析 511
2.1.1 新型能源技术的影响 511
2.1.2 宏观政策改革的影响 512
2.1.3 大数据和智能决策的影响 513
2.1.4 “互联网 ”思维和运营模式的影响 513
2.2 能源互联网下能源商品交易的特性分析 513
2.2.1 能源互联网下的能源商品交易的灵活性 513
2.2.2 能源商品市场的交易机制 515
2.2.3 能源衍生品市场的交易机制 518
2.3 能源互联网下投资运营模式的特点和发展趋势分析 518
2.3.1 能源互联网下投资模式 518
2.3.2 能源互联网下运营模式 520
2.3.3 能源互联网下运营模式发展趋势分析 521
2.4 典型能源互联网交易机制和商业模式 523
2.4.1 绿色能源灵活交易市场模式 523
2.4.2 促进储能和电动汽车发展的典型商业运营模式 526
2.4.3 能源互联网微平衡体系及运营模式 526
2.4.4 基于能源大数据的商业模式 529
2.4.5 基于需求侧智慧用能的商业模式 529
2.4.6 “互联网 ”环境下的新兴融资模式 530
2.5 本章小结 531
参考文献 531
第3章 虚拟电厂 533
3.1 虚拟电厂概述 533
3.1.1 虚拟电厂的定义 533
3.1.2 虚拟电厂的分类 534
3.1.3 虚拟电厂的控制方式 535
3.1.4 虚拟电厂的运行流程 537
3.1.5 虚拟电厂与微电网的区别 538
3.1.6 虚拟电厂的示范项目 538
3.2 能源互联网下虚拟电厂的模型框架 540
3.2.1 虚拟电厂的组成结构 540
3.2.2 虚拟电厂的组成框架 541
3.2.3 虚拟电厂的容量配置 541
3.2.4 虚拟电厂的组合选择与利益分配 542
3.3 能源互联网下虚拟电厂的运行与控制 543
3.3.1 虚拟电厂的内部优化调度 543
3.3.2 含虚拟电厂的电网优化调度 544
3.3.3 不确定性处理 544
3.3.4 能源互联网下虚拟电厂的多层优化调度 545
3.3.5 算例分析 547
3.3.6 基于多代理系统的虚拟电厂运行与控制 551
3.4 能源互联网下虚拟电厂的市场竞价 554
3.4.1 虚拟电厂市场竞价问题 554
3.4.2 基于多代理系统的虚拟电厂市场竞价问题 555
3.4.3 多市场模式下虚拟电厂市场竞价问题 556
3.5 能源互联网下虚拟电厂的发展与展望 557
3.5.1 虚拟电厂在能源互联网中的作用与地位 557
3.5.2 能源互联网下虚拟电厂的前景展望 559
3.6 本章小结 560
参考文献 561
第4章 需求响应 562
4.1 需求响应概述 562
4.1.1 需求响应的定义 562
4.1.2 需求响应的分类 563
4.1.3 需求响应的内涵 563
4.2 需求响应在能源互联网中的作用 564
4.2.1 需求响应与能源互联网的相互促进 564
4.2.2 需求响应在能源互联网中的应用重点 565
4.2.3 能源互联网下需求响应发展面临的问题和挑战 566
4.3 能源互联网下需求响应的关键技术 567
4.3.1 需求侧资源信息流和能量流的双向互动 567
4.3.2 多种需求侧资源的优化协调 570
4.3.3 需求响应运作机制设计 573
4.3.4 需求响应运作模式设计 579
4.4 需求响应与能源互联网下其他重要技术的融合 583
4.4.1 与调度控制技术的融合 584
4.4.2 与数据信息技术的融合 585
4.4.3 与交易平台技术的融合 586
4.5 国内外能源互联网下需求响应的应用实践 587
4.5.1 国外能源互联网下需求响应的应用实践 587
4.5.2 国内能源互联网下需求响应的应用实践 591
4.6 本章小结 594
参考文献 594
第五部分 政策与示范
第1章 能源互联网政策 599
1.1 能源互联网政策基础 599
1.1.1 能源体制改革，建设开放统一的能源市场体系 599
1.1.2 能源价格政策创新 601
1.1.3 分布式发电直接交易与并网价格政策创新 602
1.1.4 新型的市场化政策工具 605
1.2 能源互联网与城市综合能源规划 607
1.2.1 能源互联网支撑城市能源转型 607
1.2.2 分布式光伏与城市规划和建筑设计 609
1.2.3 新能源汽车与能源互联网 610
1.2.4 供热系统与能源互联网 611
1.2.5 灵活性资源和电力需求响应 612
1.3 能源互联网产业发展政策 615
1.3.1 完善促进能源互联网发展的财政政策 615
1.3.2 促进能源互联网产业发展的税收政策 616
1.3.3 促进能源互联网产业发展的金融创新 616
1.3.4 培育能源互联网创新生态 617
1.3.5 开展试点示范 617
1.4 探索基于行业融合的能源互联网 618
1.4.1 行业融合的三要素：可再生能源、通信功能、互联网思维 618
1.4.2 七种行业融合情景的创新构想 618
1.5 能源互联网政策创新展望 620
参考文献 621
第2章 园区能源互联网综合示范 623
2.1 概述 623
2.1.1 园区能源互联网的必要性 623
2.1.2 园区能源互联网的关键技术问题 625
2.2 园区能源互联网综合能源系统 626
2.3 园区能源互联网信息通信 627
2.3.1 监控布点情况 627
2.3.2 与电厂DCS的对接 628
2.3.3 通信方案 628
2.4 园区能源互联网运行控制 629
2.4.1 整体架构 629
2.4.2 控制模式 630
2.5 园区能源互联网运营模式 631
2.6 园区能源互联网效益分析 632
2.6.1 直接效益分析 632
2.6.2 间接效益分析 638
2.7 本章小结 638
参考文献 639
第3章 城市能源互联网综合示范 640
3.1 发展背景及建设意义 640
3.2 城市能源互联网综合示范的特点 642
3.2.1 建设目标 642
3.2.2 建设体量 644
3.2.3 建设方式 644
3.2.4 重点技术 645
3.2.5 面临问题 647
3.3 城市能源互联网建设的可行性方案 648
3.4 城市能源互联网的商业模式 652
3.4.1 建设模式 652
3.4.2 市场机制 653
3.5 城市能源互联网综合示范工程 655
3.5.1 项目简介 656
3.5.2 基础设施建设 657
3.5.3 “互联网 ”建设 658
3.6 本章小结 659