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能源互联网的物理功能架构模型应包括:能源交易层、调度传输层和用户层。其中,①能源交易层主要包括各类能源的生产模块和总体分配交易模块。能源生产模块如电力行业的各类电厂、石油行业的石油精炼厂等;分配交易模块如电网调度、石油调度、天然气调度等。各类能源在该层结构中可实现多向交易,如石油电厂、天然气电厂、石油精炼厂用电等。②调度传输层主要包括各类能源专属的传输通道,如石油行业的管道传输站、天然气供应领域的升压站以及电力行业的国调、网调、省调、市调、县调及各级变电站构成的调度传输体系。调度系统依照分配交易模块在上一层级达成的交易协议以及自身调控需求进行能源调度分配,在该层结构中,各行业能源之间实行专网隔离,传输通道和调度系统均不互相干扰,以保障能源调度传输的高效性和安全性。③用户层主要包括各类能源的消费者。消费者并非仅使用单一能源,且存在微网、储能节点等,以及开放式售电的逐步推进,故存在应用端之间的数据交互和交易。该物理架构下的能源交易层和用户层实现了多类能源的横向互补,因此网络上是互联互通的。但调度传输层需要行业专网专用,故为横向隔离的。原因在于,国家发改委颁布的《电力监控系统安全防护规定》(发改委第14号令)、《电力监控系统安全防护总体方案》等6个配套文件(国能安全[2015]36号);工信部也颁布的《工业控制系统信息安全防护指南》(工信软函[2016]338号)、《工业控制系统信息安全事件应急管理工作指南》(工信部信软[2017]122号)等文件均要求能源行业安全防护遵循“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的十六字方针。因此,图1中能源互联实现了“源端横向各行业能源的互联互补、纵向相互隔离的各行业源网荷储的协同调度、用户端用户负荷的横向互联互补”的架构,即能源互联网可分别在能源交易层和用户层横向互联,而不能在调度传输层互联互通,否则违背信息安全防护要求。
2)逻辑协议层次角度:能源互联网综合运用云计算、物联网、大数据与自动化等方面的技术,将大量由分布式能量采集与储存装置和各种类型负载所构成的新型电力网络节点互联起来,实现能量与信息双向流动的能源交易与共享。能源互联网结构上类似于互联网,强调网络体系的广泛互联与信息处理的高度智能,需要实现能量流的智能交易、协同调度、路由传输与分配等,以及信息流和业务流的路由传输与交换。因此,借鉴 TCP/IP四层模型,本文认为能源互联网参考模型应由信息物理融合层、网络传输层、信息融合层、调度交易层等组成的。其中,①信息物理融合层:强调能源互联网的发展也是遵循工业化和信息化融合的思路,为了满足能源互联网广泛互联、高度智能、开放互动的特点,信息物理融合是必须的。信息物理层涉及配用电系统涵盖的分布式光伏、分布式风电、储能装置及电动汽车等,完成分布式能源及储能设备的即插即用,电动汽车负载,并通过计算、通信以及控制技术实现了能源互联网一次系统与二次系统的深度融合,也是能源互联网的智能数据采集与控制的关键基础层。②网络传输层涉及能源路由器、汇聚能源交换机、本地能源交换机以及能源交换机通过对设备模型的自动辨识,完成电网内部电能和信息的交换和管理、网络运行的安全可靠、能源使用的高效经济。③信息融合层基于大数据分析能源互联网的海量数据,通过对典型应用建模,提取数据特征,实现智能化、精细化决策与管理,与网络传输层和信息物理融合层共同支撑应用层面的调度交易层。④调度交易层采用“互联网+”技术,实现能源互联网源端的各类能源与用户之间的中远期和实时竞价交易、能源协同调度、运营效益评估、设备状态评估和用户互动服务。
1.2 能源互联网与区块链融合点分析
能源互联网基于化石能源和清洁能源的混合互补模式,打破了传统能源产业之间的供需界限,极大程度地促进电力、石油、天然气、热等能源的互联、互通和互补。电力系统是能源传输的最主要和成本最低的首选方式,也是能源互联网的基础,但现有电力管理体制下,各电力调度部门因掌控调度权而处于行业强势地位。同时,为了确保电网的安全稳定,在电网多级调度中心的调控下承载能量流的电网与不同发电企业通过统一的电力交易平台进行电量的中长期或日前交易,不符合能源互联网“开放、对等、互联、分享”的特性。而区块链除了数字货币领域的规模化应用外,在能源交易、银行间联合贷款清算等领域的应用正处于快速发展阶段。区块链技术的分布式、智能性、市场性以及融合性与能源互联网理念不谋而合,基于区块链技术可以将能源互联网概念升级到能源互联网2.0时代,即能源区块链时代。区块链能够为现有能源互联网一些不能落地的问题提供有效的解决方案,具体如表1所示。
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