PDF(5193 KB)
Design and Application of Urban Multi - Energy Safe and Coordinated Regulation Architecture
DUAN Lijuan, LI Baoju, ZHAO Haotian, FU Xiaobiao, CUI Bonan, WANG Hailong
Electric Power Construction ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10) : 181-194.
PDF(5193 KB)
PDF(5193 KB)
Design and Application of Urban Multi - Energy Safe and Coordinated Regulation Architecture
[Objective] Building an electricity‑centered urban energy internet to achieve secure and coordinated multi‑energy operation constitutes an effective approach to tackle the issues of insufficient renewable energy accommodation capacity and low comprehensive energy efficiency in sending‑end urban power grids. To address the practical problems of urban multi‑energy systems, such as large-scale and geographically distributed resources, multi‑agent participation and difficulties in collaborative utilization, this paper proposes an urban‑level multi‑energy security coordinated dispatch and control architecture and its implementation. [Methods] Firstly, this paper analyzes the development trend of urban energy under the new‑type power system. Core tasks, participating agents and resource objects of urban multi‑energy coordination are identified. Practical challenges faced by urban multi‑energy dispatch and control are summarized. By comparing existing typical dispatch architecture modes, an urban‑level multi‑energy security coordinated dispatch and control architecture and corresponding technical indicators are constructed based on the theories of hierarchical decoupling and collaborative governance. Furthermore, the core functions and key technologies of the dispatch system are presented. [Results] The proposed architecture is applied to the practical engineering construction of a city in Northern China. The curtailment of renewable energy on typical days is reduced by 46%, and the multi‑energy utilization efficiency is improved by more than 7%. [Conclusions] While ensuring multi-agent privacy protection and system scalability, the proposed method significantly improves the efficiency and comprehensive benefits of urban multi-energy and multi-agent coordinated dispatch. It provides a feasible technical path for the construction of urban energy internet under high-penetration renewable energy scenarios.
energy internet / urban multi‑energy system / multi-energy safe and coordinated regulation / architecture design / engineering application
| [1] |
新华社. 习近平主持召开中央财经委员会第九次会议[EB/OL].(2021-03-15)[2025-11-20]. https://www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593154.htm.
|
| [2] |
国网上海市电力公司, 上海市经济信息中心, 上海交通大学, 等. “碳达峰、碳中和”目标下的城市能源发展路径[M]. 上海交通大学出版社,2023:205.
|
| [3] |
中国城市科学研究会. 中国低碳城市发展报告(2024—2025)[R]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2025.
|
| [4] |
舒印彪, 张正陵, 汤涌, 等. 新型电力系统构建的若干基本问题[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(21): 8327-8340.
|
| [5] |
汤广福, 周静, 庞辉, 等. 能源安全格局下新型电力系统发展战略框架[J]. 中国工程科学, 2023, 25(2): 79-88.
构建新型电力系统是实现碳达峰、碳中和战略目标,确保能源安全转型的关键路径;电力系统作为当前规模最大、层次复杂、强非线性的人造系统,是未来能源转型的核心,而新能源发电的波动性、随机性将使电力系统安全面临严峻挑战。本文结合我国能源安全转型面临的新形势、新挑战,明确了能源安全涉及的供给、环境、经济、科技等方面的内涵;探讨了能源转型的发展目标与战略路径,阐述了新型电力系统对于能源安全的重要性;剖析了影响新型电力系统安全发展的电源、电网、负荷、储能、市场、技术等关键环节。研究认为,需从应急预警、共享互济、安全防御3个层面着手,构建新型电力系统安全发展所需的核心体系;进一步提出了新型电力系统发展路径研究的基本思路,以期为新型电力系统构建及安全发展研究提供基础参考。
The construction of a new electric power system is the key path to achieve the carbon peaking and carbon neutrality goals and ensure energy transition security. As the largest man-made system that is complex and highly nonlinear, the electric power system is the core of future energy transition. However, the security of the electric power system faces severe challenges owing to the volatility and randomness of new energy power generation. Considering the new situation and challenges faced by the energy transition security in China, this study clarifies the implications of energy security in terms of supply, environment, economy, and technology, investigates the development goals and strategic paths for energy transformation, and explores the significance of the new electric power system to energy security. The key factors of power source, power grid, load, energy storage, market, and technology that affect the new electric power system security are analyzed. According to the study, the core systems required for the security development of the new electric power system should be constructed from three aspects: emergency warning, sharing and mutual aid, and security defense. Furthermore, the basic idea for the research on the new electric power system development path is proposed to provide a basic reference for the new electric power system construction and the security development research. |
| [6] |
刘吉臻, 王庆华, 胡阳, 等. 新型电力系统的内涵、特征及关键技术[J]. 新型电力系统, 2023, 1(1): 49-65.
|
| [7] |
戴璟, 王剑晓, 张兆华, 等. 新型电力系统形态特征与关键技术[J]. 新型电力系统, 2023, 1(2): 161-183.
|
| [8] |
康重庆, 陈启鑫, 苏剑, 等. 新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(18): 3-14.
|
| [9] |
韩新阳, 柴玉凤, 张钰, 等. 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.
随着城市信息化水平的提高和能源转型的推进,城市能源互联网已成为城市能源发展的未来方向。文章首先对城市能源互联网典型结构和运行特征进行深入分析,然后从设备、运行和管理3个方面对当前城市配电网现状进行总结归纳,从能源生产、配给、消费和管理等方面分析配电网在城市能源互联网的功能定位,提出从城市配电网向能源互联网的过渡路径,最后总结城市能源互联网建设的关键技术和核心设备。文章的理论分析对于城市能源互联网的建设具有一定的推动作用。
With the improvement of communication platform and promotion of energy transformation in the city, Urban Energy Internet (UEI) will be the trend in the future. In the paper, first of all, both the basic structure and operating features of UEI are introduced. Then, the current states of distribution system are summarized from the aspects including devices, operation and management. Furthermore, the functions of the distribution system in the UEI are analyzed considering the energy production, energy transformation, energy distribution, energy consumption and energy management. The route map from city distribution system to UEI is also proposed. Finally, the key technologies and devices of UEI construction are summarized. The analysis in this paper can promote the construction of UEI in China.
|
| [10] |
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.
|
| [11] |
别朝红, 任彦哲, 李更丰, 等. “双碳”目标下城市能源系统的形态结构和发展路径[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(17): 3-15.
|
| [12] |
孙宏斌, 潘昭光, 孙勇, 等. 跨界思维在能源互联网中应用的思考与认识[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(16): 63-72.
|
| [13] |
国家发展和改革委员会, 国家能源局, 国家数据局. 关于印发《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》的通知[EB/OL].(2024-07-25)[2025-11-20]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202408/content_6966863.htm.
|
| [14] |
国家发展和改革委员会, 国家数据局, 财政部, 等. 关于印发《关于深化智慧城市发展推进城市全域数字化转型的指导意见》[EB/OL].(2024-05-14) [2025-11-20]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202405/t20240520_1386326.html.
|
| [15] |
李泽宁, 孙宏斌, 薛屹洵, 等. 计及需求侧资源的电力-交通系统协同负荷恢复随机优化方法: 以建筑用能为例[J]. 中国电机工程学报, 2025, 45(20): 8024-8039.
|
| [16] |
|
| [17] |
王喜文, 王叶子. 德国信息化能源(E-Energy)促进计划[J]. 电力需求侧管理, 2011, 13(4): 75-76, 80.
|
| [18] |
蒋福佑. 德美日能源互联网发展对中国电网企业转型的启示[J]. 决策咨询, 2021(6): 32-36, 96.
|
| [19] |
郑玉平, 王俊, 杨志宏, 等. 城镇能源互联网示范应用综述: 现状、经验及展望[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(17): 153-166.
|
| [20] |
朱可, 张宏. 长三角地区大型公建的节能技术研究: 以南京市江北新区核心区五个示范性项目为例[J]. 建筑与文化, 2023(8): 20-22.
|
| [21] |
|
| [22] |
闫苏, 王军强, 徐亚东, 等. 交通与能源融合发展的现状与展望[J]. 长沙理工大学学报(自然科学版), 2024, 21(4): 1-27.
|
| [23] |
徐素, 赵民. 新质生产力视角的数据中心建设与空间规划策略[J]. 城市规划学刊, 2025(1): 34-39.
|
| [24] |
徐进. 详解“十五五”能源规划十大重点任务[J]. 能源, 2025(11): 29-33.
|
| [25] |
国务院新闻办公室. 《中国的能源转型》白皮书[EB/OL]. (2024-08-29) [2025-11-20]. https://www.gov.cn/zhengce/202408/content_6971115.htm.
|
| [26] |
国家能源局, 国家发展和改革委员会.“十四五”现代能源体系规划[R]. 北京: 国家能源局, 2022.
|
| [27] |
李垚鑫. 考虑热网储热特性的热电联合系统低碳经济调度研究[D]. 天津: 天津大学, 2023.
|
| [28] |
王鲁东, 李伟, 郭玉珑, 等. 热网及建筑物储热调峰过程热用户室温动态特性研究[J]. 中国测试, 2018, 44(5): 159-164.
|
| [29] |
艾小猛, 方家琨, 徐沈智, 等. 一种考虑天然气系统动态过程的气电联合系统优化运行模型[J]. 电网技术, 2018, 42(2): 409-416.
|
| [30] |
王兰花, 陈伟, 张博, 等. 中国能源结构及运营模式下国内外天然气调峰需求差异[J]. 天然气与石油, 2025, 43(6): 16-22, 29.
|
| [31] |
孙宏斌, 郭庆来, 吴文传, 等. 面向能源互联网的多能流综合能量管理系统: 设计与应用[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(12): 122-128, 171.
|
| [32] |
程杉, 万思宇, 刘炜炜, 等. 电-热-气综合能源系统分布式经济调度的最优协同攻击策略[J]. 电力系统保护与控制, 2026, 54(11): 140-151.
|
| [33] |
巨云涛, 康晓帆, 刘文武, 等. 基于分布鲁棒优化的分布式配-微协同日前调度方法[J]. 电力系统自动化, 2024, 48(20): 48-58.
|
| [34] |
张永波. 一种基于联邦学习的微网负荷预测与调度方法[J]. 科学技术创新, 2026(9): 18-21.
|
| [35] |
赵昊天, 王彬, 潘昭光, 等. 支撑云-群-端协同调度的多能园区虚拟电厂: 研发与应用[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(5): 111-121.
|
| [36] |
张伯明, 陈建华, 吴文传. 大规模风电接入电网的有功分层模型预测控制方法[J]. 电力系统自动化, 2014, 38(9):6-14.
|
| [37] |
|
| [38] |
郭泰, 刘忠, 王彬, 等. 多场景通用的综合能源系统标准化信息模型与应用[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(17): 239-247.
|
| [39] |
于琪, 蔡莹, 蔡泓铭, 等. 基于IEC 61970组件接口规范的调度运行数据系统设计[J]. 机械与电子, 2022, 40(3): 25-29.
|
| [40] |
章锐, 于继来. 新型城市电网调控体系架构及关键技术[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(增刊1): 97-113.
|
| [41] |
司方远, 张宁, 韩英华, 等. 面向多元灵活资源聚合的区域综合能源系统主动调节能力评估与优化: 关键问题与研究架构[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(6): 2097-2118.
|
| [42] |
王思远, 吴文传. 灵活性资源聚合参考模型与量化指标体系[J]. 电力系统自动化, 2024, 48(3): 1-9.
|
| [43] |
李亚莎, 张永蘅, 陈俊璋, 等. 计及氢能高效利用和热电灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略[J]. 广东电力, 2024, 37(4):49-61.
|
| [44] |
王蓬蓬, 宋运忠. 计及最恶劣场景概率和供需灵活性的综合能源系统分布鲁棒低碳优化调度[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52(13): 78-89.
|
| [45] |
束娜, 江山, 刘春伶, 等. 计及灵活性资源多时间尺度协调互济的电-气-热综合能源系统优化调度[J]. 电力建设, 2024, 45(12): 3-15.
|
| [46] |
李明节, 陶洪铸, 许洪强, 等. 电网调控领域人工智能技术框架与应用展望[J]. 电网技术, 2020, 44(2): 393-400.
|
| [47] |
仝杰, 齐子豪, 蒲天骄, 等. 电力物联网边缘智能: 概念、架构、技术及应用[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(14): 5473-5495.
|
| [48] |
王晓辉, 季知祥, 周扬, 等. 城市能源互联网综合服务平台架构及关键技术[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(7): 2310-2320.
|
| [49] |
段志强, 沈凤娇, 黄冠宇, 等. 智慧城市时空信息云平台建设研究[J]. 地理空间信息, 2018, 16(8): 24-27.
|
| [50] |
吕晓飞, 向春雪, 李一聪, 等. 基于CIM的智慧综合能源研究与应用[J]. 科技管理研究, 2023, 43(9): 177-182.
|
| [51] |
郭凌旭, 刘金波, 段丽娟, 等. 电力调度元宇宙架构及关键基础技术验证研究(上): 复杂系统设计原理及架构设计[J]. 电网技术, 2025, 49(3): 1109-1120.
|
| [52] |
廉宇驰. 基于同态加密的跨域数据安全计算与访问控制协同机制研究[J]. 信息系统工程, 2026(2): 106-109.
|
| [53] |
袁玉. 基于匹配加密方案的应用研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2022.
|
| [54] |
白浩, 苏文平, 计潇怡, 等. 跨域数据流转场景下的隐私保护与安全审计机制研究[J]. 网络安全技术与应用, 2026(4): 57-59.
|
| [55] |
冯笑. 面向电力物联智能终端的数据安全防护技术研究[D]. 北京: 北京邮电大学, 2024.
|
利益冲突声明(Conflict of Interests): 所有作者声明不存在利益冲突。
作者贡献声明(Authors' Contributions): 段丽娟负责论文总体框架设计、架构的提出、应用案例设计、论文撰写;李宝聚参与研究思路和研究方向论文修订、审核,指导论文撰写及应用案例设计;赵昊天提出研究思路和研究方向,参与系统开发,并进行对比实验、实验分析;付小标参与了方案可行性研究及数据收集;崔伯男负责接入数据、采集、清洗分析数据;王海龙参与系统开发,参与数据接入。所有作者均阅读并同意了论文终稿内容。
/
| 〈 |
|
〉 |