泛在设备智能化：奠定能源互联网（IoE）的物理基础-北极星输配电网

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当前以信息、连接和计算为主导的三大ICT新技术狂潮又一次掀起了产业变革的风暴，能源首当其冲，也走向了变革的前沿。21世纪的能源变革——能源互联网已经启动，国家相关部门发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》。世界能源发达国家均在进行相关研究，包括美国、瑞士、日本、德国等，提出了类似概念和技术实现路径。国际电工委员会IEC也成立了智慧能源委员会，研究制定智慧能源标准。

综合业内各种针对能源互联网的阐述和说明，能源互联网应具备五大核心目标和内涵：

1）能源绿色化，新能源就革新以可再生低碳新能源开发为主，逐步淘汰化石能源，彻底摆脱所谓的能源危机，解决环境污染、气候变化、能源可持续发展的问题。清洁能源主要以光伏、风能、水能为主，目前阶段还包括核电、天然气发电、生物质发电和海洋能发电，未来还可能有其他渗压能、电磁波能、压能等新的能源形式加入；

2）信息通信技术深度融合+移动化，信息通信技术与能源电力系统的关系实现从叠加到融合的转变。能源互联网从底层能量传输到顶层商业模式均深度与信息通信技术相融合，信息通信技术从传统能源电力系统中的二次辅助技术上升为基础支撑技术。信息通信技术支撑能源开发利用的智能化，使能源获取使用具备灵活化能力。能源电力的移动化开发使用需求与移动互联网技术相融合，更大程度上使得人们可以打破获取能源的局限；

3）泛智能电气化，能源消费将会泛电气化。人们的生活中将会逐步淘汰取代现有的以化石能源为驱动力的设备，实现广泛的电能替代，且电能利用以智能化方式进行。包括热能（供热、供冷）、交通、机械动力等目前以化石能源为能量来源的能源消费方式均转换为以电能为中介的方式；

4）电能交易市场化，电力能源的物理属性和商品属性的剥离，实现电力能源的市场化交易。人们将会会的前所未有的能源自由，实现高能耗零碳排放的智能电气化生活。

5）高效化，实现多能协调互补，实现能源的高效利用。当前和短期未来阶段，因发电来源从化石能源为主到以清洁能源为主的过渡阶段，供热、供冷和火力发电等并存，为提升能源效率，需要进行多能协调互补，以冷、热、电三联供的方式提升能效。未来化石能源被淘汰后，供冷、供热以电能方式进行，多能协调将逐步处于补充地位，将会仅在协调风能光伏的随机性储能方面有一定意义，例如电转气（氢气）.

当前人类认知的知识范畴内，自然界包含物质、能量和信息等三类基本存在，三类存在相互共存不可分割。能源互联网的本质为实现人类生活需求，拓展人类活动舞台而需要的能量处理技术。为实现上述五大内涵和目标，不仅需要能源与信息通信的深度融合，同样也需要承载能量转换传导的物理设备深度融合信息通信技术，这样的融合设备即电力能源的设备智能化。能源电力设备的泛在智能化，将会为能源互联网的发展建立坚实的物理基础。

光伏、风能等新能源具有随机性、间歇性特点，在接入能源供应系统中时，节点设备（逆变器、双馈风力发电机、变压器）需要实时传递接收信息，根据需求、天气、系统状态进行运行状态调整，例如并网点变压器从升压工作模式变为降压工作模式，这样的运行状态调整需要具备智能能力的设设备支持；信息通信与能源电力系统的融合从工程实现的角度，即设备中嵌入信息通信功能，使原来的纯粹的能量载体具备了神经和大脑，能感知、能计算、能自主控制、能反馈；在用户侧，电器设备需要随时响应用户的用能需求，也要响应电网的互动需求（如需求侧响应），还有运维需求，运营需求等。如智能充电桩，需要实现车、桩、人、（电）网、场(停车场/物业)、（监）管的多维度互动。充电桩不仅要具备给车安全充电的能力，还需要响应车主的充电行为指令，满足电网调度指令和送电网络容量约束，实现运营方（停车场/物业）的运营调度功能，为监管反馈运行信息（如安全状态）。这样的多维度互动，不具备智能化能力是不可想象的。在电能交易中，计量设备的智能化必不可少，未来能源互联网场景中，还需要解决能源计量的可信性问题；多能互补，高效化能源消费不仅仅需要能量载体进行多形式能量的转换传导，这个转换传导过程还需要精细化监测，实现能效管理和柔性控制。

综上所述，能量需要物理设备承载进行转换传导，电力能源的开发使用在转换传导过程中需要通过信息流实现各环节各节点之间的互动。在互动中，需要能量节点设备的状态信息流通，各节点能量体（如电气设备）需要根据自身在系统中的位置和定位进行自律自主控制和反馈，以保证自身和系统的安全、可靠、经济。例如变压器，需要通过继电保护保证自身安全，并及时阻断自身故障引起系统故障；还要保证运行的可靠性，并且追求较低的损耗，实现经济运行。传统电力能源系统通过自动化技术已经实现了部分功能。在变压器中叠加上继电保护设备实现安全运行，通过远程调节电压实现系统的可靠经济运行。但目前的变压器自动监控还非常粗放，控制缺乏柔性，不能很好的适应能源互联网的五大核心内涵和目标。未来的变压器，或者新型能量路由器这样的新型能量转换设备将通过电力电子技术、传感技术、软件定义技术、通信技术等的一体化智能设计集成，成为一个智能化设备。其能量的传递、分配、运行容量、设备状态、安全保护均可进行灵活的调节控制，可与相邻各节点设备、系统调度、现场环境、交易信息、需求指令等多维度互动交互，实现自律控制和反馈，其功能可通过软件进行定义调整。

未来人们生活中的能源获取、供应和消费的物质基础是智能化的各种能源电力设备，智能化设备不仅仅存在于电厂、变电站、电网、工厂、建筑中，也在千家万户中广泛使用。未来的能源电力设备的智能化将会是泛化的，无处不在，是能源互联网坚实的物理基础。实现能源电力设备智能化的技术包括传感技术、嵌入式计算软硬件技术、软件定义技术（逻辑可编程技术）、通信及互动接口技术、集成一体化技术等，我们将通过这些智能化技术给能源电力设备装上大脑、布满神经网络，使之能感知、能思考，为我们的高能耗绿色生活服务。

原标题：泛在设备智能化：奠定能源互联网（IoE）的物理基础

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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