面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2019.09.011

电力建设 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (9): 91-98.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2019.09.011

• 无线传感器网络与物联网技术在智能电网中的应用·栏目主持黎静华教授、覃智君副教授· • 上一篇下一篇

面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术

葛磊蛟1，汪宇倩1，戚嘉兴2，王慧3，林强4，彭莹4

1.天津大学智能电网教育部重点实验室，天津市300072；2.中国人民解放军32654部队，济南市 250024；3.中国能源建设集团天津电力设计院有限公司，天津市300400；4. 天津大学管理与经济学部，天津市300072

出版日期:2019-09-01
作者简介:葛磊蛟（1984），男，通信作者，博士，讲师，主要研究方向为智能配用电、云计算和大数据；汪宇倩（1995），女，硕士研究生，主要研究方向为智能配电网调度控制；戚嘉兴（1985），男，硕士，工程师，主要从事智能控制、指挥自动化、大数据分析等方面的研究工作；王慧（1989），女，硕士，高级工程师，主要从事智能电网规划设计方面的研究工作；林强（1970），男，博士，副教授，主要从事能源供应链方面的研究工作；彭莹（1994），女，硕士研究生，主要从事能源供应链方面的研究工作。
基金资助:
国家自然科学基金项目（51807134）；国家重点研发计划项目（2018YFB1500801）

The Content， Frameworks and Key Technologies of Power Internet of Things for Urban Energy Internet

GE Leijiao1， WANG Yuqian1， QI Jiaxing2， WANG Hui3，LIN Qiang4， PENG Ying4

1.Key Laboratory of Ministry of Education of Smart Grid， Tianjin University， Tianjin 300072， China；2. 32654 PLA Troops， Jinan 250024， China；3.Tianjin Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， China Electric Power Energy Group， Tianjin 300400， China；4. Department of Management and Economics ， Tianjin University， Tianjin 300072， China

Online:2019-09-01
Supported by:
This work is supported by National Natural Science Foundation of China（No.51807134） and the National Key Research and Development Program of China （No. 2018YFB1500801）.

摘要/Abstract

摘要： 电力物联网是保障电力系统安全可靠、经济高效运行的重要基础，也是支撑城市能源互联网的基础平台。为此，文章对面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术进行了深入探讨和分析。首先，梳理和分析了城市能源互联网和电力物联网的区别，并指出了面向城市能源互联网的电力物联网内涵；其次，分别提出了面向城市能源互联网的电力物联网的体系架构、物理架构和系统架构；最后，结合现有的“云大物移”、电力光纤入户、“四网融合”和“三表集抄”等技术，从信息化和通信化2个角度阐述了面向城市能源互联网的电力物联网关键技术内容及其现存的不足，以期为未来城市能源互联网的发展和研究提供一定的借鉴。

关键词: 能源互联网, 电力物联网, 信息化技术, 四网融合, 三表集抄, 电力光纤入户

Abstract: The power internet of things （IOT） is the important foundation to ensure the safe， reliable， economical and efficient operation of the power system， and also a basic platform to support the urban energy internet. In this paper it makes a deep discussion and analysis on the content， frameworks and key technologies of the power internet of things for urban energy internet. Firstly， the differences between the urban energy internet and the power internet of things are sorted out and analyzed， and the content of the power internet of things oriented to the urban energy internet is proposed and the framework， physical framework and system framework of power internet of things for urban energy internet are proposed. Finally， combined with cloud computing technology， big data， internet of things， mobile internet， power fiber to the home， four-network convergence of telecommunication network， internet， broadcast network and power grid， and three-meter collection of water， electricity and gas， this paper elaborates the content and existing shortcomings of the key technologies of the power IOT for urban energy internet from the perspectives of information and communication， wishing to provide some reference for the future development and research of urban energy internet.

Key words: energy internet, power internet of things, information technology, four network convergence of telecommunication network, internet, broadcast network and power grid, three-meter collection of water, electricity and gas, power fiber to the home

中图分类号:

TM 711

葛磊蛟，汪宇倩，戚嘉兴，王慧，林强，彭莹. 面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术[J]. 电力建设, 2019, 40(9): 91-98.

GE Leijiao， WANG Yuqian， QI Jiaxing， WANG Hui，LIN Qiang， PENG Ying. The Content， Frameworks and Key Technologies of Power Internet of Things for Urban Energy Internet[J]. Electric Power Construction, 2019, 40(9): 91-98.

参考文献

［1］杨盟，张宝刚，李家欣，等. 微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究［J］. 北京大学学报（自然科学版）， 2018， 54（4）： 865-872.
YANG Meng， ZHANG Baogang， LI Jiaxin， et al. Optimization of microbial fuel cells for remediation of vanadium contaminated groundwater using response surface methodology （RSM）［J］. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis， 2018， 54（4）： 865-872.
［2］ABBOTT D. Keeping the energy debate clean： How do we supply the worlds Energy needs?［J］. Proceedings of the IEEE， 2010， 98（1）： 42-66.
［3］BOSE B. Global warming： Energy， environmental pollution， and the impact of power electronics［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine， 2010， 4（1）： 6-17.
［4］YANG F， GAO P， DUAN M N， et al. Key technologies and development prospect of urban energy Internet［C］//2017 IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration （EI2）. New York， USA： IEEE， 2017.
［5］田成诗，李金. 大型城市紧凑度与能源效率的关系研究［J］. 自然资源学报， 2018， 33（10）： 1781-1795.
TIAN Chengshi， LI Jin. A study on the relationship between compactness and energy efficiency in large cities［J］. Journal of Natural Resources， 2018， 33（10）： 1781-1795.
［6］LIN C C， DENG D， KUO C， et al. Optimal charging control of energy storage and electric vehicle of an individual in the Internet of energy with energy trading［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2018， 14（6）： 2570-2578.
［7］CHE L， SHAHIDEHPOUR M， ALABDULWAHAB A， et al. Hierarchical coordination of a communitymicrogrid with AC and DC microgrids［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2015， 6（6）： 3042-3051.
［8］赵军，王妍，王丹，等. 能源互联网研究进展：定义、指标与研究方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2018， 30（10）： 1-14.
ZHAO Jun， WANG Yan， WANG Dan， et al. Research progress in energy Internet： Definition， indicator and research method［J］. Proceedings of the CSU-EPSA， 2018， 30（10）： 1-14.
［9］谢开，刘明志，于建成. 中新天津生态城智能电网综合示范工程［J］. 电力科学与技术学报， 2011， 26（1）： 43-47.
XIE Kai， LIU Mingzhi， YU Jiancheng. Summary on smart grid integrated demonstration project of Sino-Singapore Tianjin eco-city［J］.Journal of Electric Power Science and Technology， 2011， 26（1）： 43-47.
［10］洪居华，刘俊勇，向月，等. 城市能源互联网初步认识与研究展望［J］. 电力自动化设备， 2017， 37（6）： 15-25.
HONG Juhua， LIU Junyong， XIANG Yue， et al. Preliminary understanding and research prospect of urban energy Internet［J］. Electric Power Automation Equipment， 2017， 37（6）： 15-25.
［11］张小平，李佳宁，付灏. 配电能源互联网：从虚拟电厂到虚拟电力系统［J］. 中国电机工程学报， 2015， 35（14）： 3532-3540.
ZHANG Xiaoping， LI Jianing， FU Hao. Distribution power & energy Internet： From virtual power plants to virtual power systems［J］. Proceedings of the CSEE， 2015， 35（14）： 3532-3540.
［12］田世明，栾文鹏，张东霞，等. 能源互联网技术形态与关键技术［J］. 中国电机工程学报， 2015， 35（14）： 3482-3494.
TIAN Shiming， LUAN Wenpeng， ZHANG Dongxia， et al. Technical forms and key technologies on energy Internet［J］. Proceedings of the CSEE， 2015， 35（14）： 3482-3494.
［13］孙宏斌，郭庆来，潘昭光. 能源互联网：理念、架构与前沿展望［J］. 电力系统自动化， 2015， 39（19）： 1-8.
SUN Hongbin， GUO Qinglai， PAN Zhaoguang. Energy Internet： Concept， architecture and frontier outlook［J］. Automation of Electric Power Systems， 2015， 39（19）： 1-8.
［14］马钊，周孝信，尚宇炜，等. 能源互联网概念、关键技术及发展模式探索［J］. 电网技术， 2015， 39（11）： 3014-3022.
MA Zhao， ZHOU Xiaoxin， SHANG Yuwei， et al. Exploring the concept， key technologies and development model of energy Internet［J］. Power System Technology， 2015， 39（11）： 3014-3022.
［15］严太山，程浩忠，曾平良，等. 能源互联网体系架构及关键技术［J］. 电网技术， 2016， 40（1）： 105-113.
YAN Taishan， CHENG Haozhong， ZENG Pingliang， et al. System architecture and key technologies of energy Internet［J］. Power System Technology， 2016， 40（1）： 105-113.
［16］ZHANG H G， LI Y S， GAO D W， et al. Distributed optimal energy management for energy Internet［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2017， 13（6）： 3081-3097.
［17］荆孟春，王继业，程志华，等. 电力物联网传感器信息模型研究与应用［J］. 电网技术， 2014， 38（2）： 532-537.
JING Mengchun， WANG Jiye， CHENG Zhihua， et al. Research and application of sensor information model in power Internet of Things［J］. Power System Technology， 2014， 38（2）： 532-537.
［18］李洪涛，万宇翔，程林，等. 能源互联网背景下电能替代负荷的应用展望与思考［J］. 电工电能新技术， 2018， DOI：10.12067/ATEEE/1808059.
LI Hongtao， WAN Yuxiang， CHENG Lin， et al. Application prospect and consideration of electric power substitution load under the background of energy Internet［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy， 2018，DOI：10.12067/ATEEE/1808059.
［19］BEDI G， VENAYAGAMOORTHY G K， SINGH R， et al. Review of Internet of Things （IoT） in electric power and energy systems［J］. IEEE Internet of Things Journal， 2018， 5（2）： 847-870.
［20］曾雪婷，刘天琪，李茜，等. 基于虚拟电源配置策略的风光水火多源互补短期优化调度［J］. 电网技术， 2016， 40（5）： 1379-1386.
ZENG Xueting， LIU Tianqi， LI Qian， et al. Short-term complementary optimal dispatch model of multi-source hybrid power system based on virtual power configuration strategy［J］. Power System Technology， 2016， 40（5）： 1379-1386.
［21］CAO X M， KUIJPER M. Distributed source coding via linear block codes： A general framework for multiple sources［J］.IEEE Transactions on Communications， 2012， 60（11）： 3483-3490.
［22］申展，胡辉勇，雷金勇，等. 分布式电源接入用户及用户侧微电网双向电能计量问题［J］. 南方电网技术， 2015， 9（4）： 14-21.
SHEN Zhan， HU Huiyong， LEI Jinyong， et al. Bidirectional metering issues of user-side microgrid and user with distributed generation［J］. Southern Power System Technology， 2015， 9（4）： 14-21.
［23］韩宇，彭克，王敬华，等. 多能协同综合能源系统协调控制关键技术研究现状与展望［J］. 电力建设， 2018， 39（12）： 81-87.
HAN Yu， PENG Ke， WANG Jinghua， et al. Research status and prospect of key technologies for coordinated control of multi-energy synergic integrated energy systems［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（12）： 81-87.
［24］熊文，刘育权，苏万煌，等. 考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置［J］. 电力自动化设备， 2019， 39（1）： 118-126.
XIONG Wen， LIU Yuquan， SU Wanhuang， et al. Optimal configuration of multi-energy storage in regional integrated energy system considering multi-energy complementation［J］. Electric Power Automation Equipment， 2019， 39（1）： 118-126.
［25］周步祥，黄家南，黄振刚，等. 基于改进TLBO算法的电力系统区间经济调度［J］. 电力建设， 2018， 39（9）： 105-111.
ZHOU Buxiang， HUANG Jianan， HUANG Zhengang， et al. Interval economic power system dispatch based on improved TLBO algorithm［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（9）： 105-111.
［26］涂辉，周建聪，石文超，等. 考虑多种调节手段的配电网经济运行优化［J］. 电力建设， 2018， 39（8）： 42-52.
TU Hui， ZHOU Jiancong， SHI Wenchao， et al. Economical operation optimization of distribution network considering multiple adjustment measures［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（8）： 42-52.
［27］蒲天骄，王晓辉，李志宏，等. 基于云计算的电网培训仿真系统架构及关键技术［J］. 电网技术， 2016， 40（8）： 2533-2540.
PU Tianjiao， WANG Xiaohui， LI Zhihong， et al. Architecture and key technology of power grid dispatch training simulation based on cloud computing［J］. Power System Technology， 2016， 40（8）： 2533-2540.
［28］王德文，宋亚奇，朱永利. 基于云计算的智能电网信息平台［J］. 电力系统自动化， 2010， 34（22）： 7-12.
WANG Dewen， SONG Yaqi， ZHU Yongli. Information platform of smart grid based on cloud computing［J］. Automation of Electric Power Systems， 2010， 34（22）： 7-12.
［29］CAO Z J， LIN J， WAN C， et al. Optimal cloud computing resource allocation for demand side management in smart grid［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2017，8（4）：1943-1955.
［30］GREEN R C， WANG L F， ALAM M. Applications and trends of high performance computing for electric power systems： Focusing on smart grid［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2013， 4（2）： 922-931.
［31］冷喜武，陈国平，蒋宇，等. 智能电网监控运行大数据应用模型构建方法［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（20）： 115-123.
LENG Xiwu， CHEN Guoping， JIANG Yu， et al. Model construction method of big data application for monitoring and control of smart grid［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（20）： 115-123.
［32］赵林，张令涛，马仲佳，等. 基于大数据技术调度端电网模型管理和分析架构［J］. 电网技术， 2017， 41（12）： 3750-3756.
ZHAO Lin， ZHANG Lingtao， MA Zhongjia， et al. Management and analysis framework of power grid models based on big data technology in dispatching center［J］. Power System Technology， 2017， 41（12）： 3750-3756.
［33］HE X， AI Q， QIU R C， et al. A big data architecture design for smart grids based on random matrix theory［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2017，8（2）： 674-686.
［34］王华进，万萌，韩锐，等. 构建自动演进的天文大数据负载模型［J］. 系统仿真学报， 2018， 30（9）： 3293-3305.
WANG Huajin， WAN Meng， HAN Rui， et al. Towards the automatic evolution of workload models in large-scale astronomical data management［J］. Journal of System Simulation， 2018， 30（9）： 3293-3305.
［35］WU D Y， ZHU L M， LU Q H， et al. HDM： Acomposable framework for big data processing［J］. IEEE Transactions on Big Data， 2018， 4（2）： 150-163.
［36］范宏，高亮，周利俊，等. 智能电网的电力光纤入户技术及其应用［J］. 电力自动化设备， 2013， 33（7）： 149-154.
FAN Hong， GAO Liang， ZHOU Lijun， et al. Application of PFTTH technology in smart grid［J］. Electric Power Automation Equipment， 2013， 33（7）： 149-154.
［37］CHOI J， LEE I， DU D Z， et al. FTTP： A fast tree traversal protocol for efficient tag identification in RFID networks［J］. IEEE Communications Letters，2010， 14（8）： 713-715.
［38］刘建明，王继业，范鹏展，等. 电力光纤到户在智能电网中的应用［J］. 电力系统通信， 2011， 32（9）： 1-5.
LIU Jianming， WANG Jiye， FAN Pengzhan， et al. The application of PFTTH in the smart grid［J］. Telecommunications for Electric Power System， 2011， 32（9）： 1-5.
［39］杨其阔，严军，王臣，等. 应用于三表集抄的低功耗组网协议的研究［J］. 电子测量技术， 2017， 40（9）： 159-162.
YANG Qikuo， YAN Jun， WANG Chen， et al. Research onlow power network protocolapplied to centralized meter reading［J］. Electronic Measurement Technology， 2017， 40（9）： 159-162.
［40］赵兵，翟峰，李涛永，等. 适用于智能电表双向互动系统的安全通信协议［J］. 电力系统自动化， 2016， 40（17）： 93-98.
ZHAO Bing， ZHAI Feng， LI Taoyong， et al. Secure communication protocol for smart meter bidirectional interaction system［J］. Automation of Electric Power Systems， 2016， 40（17）： 93-98.

[1]	原吕泽芮，顾洁，金之俭. 基于云-边-端协同的电力物联网用户侧数据应用框架[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 1-8.
[2]	董凌1， 2，年珩3，范越2，赵建勇3，张智3，林振智3. 能源互联网背景下共享储能的商业模式探索与实践[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 38-44.
[3]	周洪益，钱苇航，柏晶晶，卫志农，孙国强，臧海祥. 能源区块链的典型应用场景分析及项目实践[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 11-20.
[4]	赵长枢，邱晓燕，赵有林，李凌昊，张楷，刘梦依. 泛在电力物联网框架下的新型UPFC系统[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 39-44.
[5]	廖家齐，钱科军，方华亮，周承科，徐彦. 基于泛在电力物联网的电动汽车充电站运维关键技术[J]. 电力建设, 2019, 40(9): 20-26.
[6]	沈博，蔡泽祥，戴观权，郭采珊. 面向泛在电力物联网的智能配用电信息采集业务通信分析[J]. 电力建设, 2019, 40(9): 27-34.
[7]	张亚健，杨挺，孟广雨. 泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望[J]. 电力建设, 2019, 40(6): 1-12.
[8]	葛乾诚，姚钢，周荔丹. 电能路由器相关技术研究现状与展望[J]. 电力建设, 2019, 40(6): 105-113.
[9]	傅质馨，李潇逸，袁越. 泛在电力物联网关键技术探讨[J]. 电力建设, 2019, 40(5): 1-12.
[10]	吕凛杰，李刚，呼静雅，镇华，向智宇，周国亮. 能源区块链中用户侧点对点交易支撑环境研究[J]. 电力建设, 2019, 40(5): 38-47.
[11]	肖泽青，华昊辰，曹军威. 人工智能在能源互联网中的应用综述[J]. 电力建设, 2019, 40(5): 63-70.
[12]	董瑞彪，刘永笑，黄武靖，杨晟，金阳，张宁. 基于综合能源系统价值分析的能源互联网运营商定价方法[J]. 电力建设, 2019, 40(11): 87-96.
[13]	魏震波，刘梁豪，关翔友. 计及社交网络关系的社区型能源互联网运营模拟分析[J]. 电力建设, 2019, 40(10): 36-44.
[14]	戚艳，刘敦楠，徐尔丰，王旭东，徐玉杰，刘梦璇. 面向园区能源互联网的综合能源服务关键问题及展望[J]. 电力建设, 2019, 40(1): 123-132.
[15]	韩新阳，柴玉凤，张钰，何绍文，谢光龙，杨德昌. 城市能源互联网建设若干关键问题分析[J]. 电力建设, 2018, 39(7): 138-146.

面向城市能源互联网的电力物联网内涵、架构和关键技术

The Content， Frameworks and Key Technologies of Power Internet of Things for Urban Energy Internet

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