微网未来能源互联网系统中的有机细胞

　　作为未来智能电的有机单元，微技术自上世纪九十年代末期提出以来，特别是经近十年来国内外广泛深入的研究、开发与技术示范，得到了快速的发展。同时，传统电力系统也经历了可再生能源渗透率不断提高，需求侧管理技术、信息技术和控制技术广泛运用的重大变革，并正向能源互联系统（energy interconnection system,EIS）演变。本文从微与能源互联系统在内涵上相互渗透、联系的视角，综述了二者发展现状，并分别总结了两者的典型特征。进一步从位置本地性、源荷多元性、结构多样性、运行灵活性、整体可控性、电交互性等方面分析了微在未来能源互联中的“有机细胞”作用，包括改良电能质量，提高电可靠性与弹性，增加不同区域之间能量的调和调度、增加负荷的主动调控能力、承载信息双向流动、提高能源整体利用效力等；总结了微互联构成能源互联的可能的几种典型形式，最后对支持能源互联发展的微关键技术与装备进行了评述和展望。

　　1EIS和微发展现状和典型特点

　　在需求牵引、技术支持和机制驱动3驾马车拉动下，EIS得到了世界广泛关注，发展迅速。根据信息与能源系统融会紧密程度和各自特点，本文将现有EIS概念划分成两类：一类主要侧重能源，以信息互联体系为指点或是少量利用互联技术的EIS，称为能源优先EIS，记做I类EIS；另一类主要侧重信息互联，利用信息通讯技术（information and communication technology，ICT）实现能源系统优化运行的EIS，称之为信息优先EIS，记为II类EIS。图1梳理了2008年以来国内外主要EIS项目及其分类。

　　图1 EIS概念发展总况 从现有EIS系统可进一步总结EIS的典型特征，包括：ICT技术广泛运用、能源互联互补、可再生能源高渗透、双向能量和信息流、以电力系统为核心。

　　微是可实现本地能量供需平衡的独立可控系统，既可以是仅包含电能终端的微，也可以是包含冷/热/电/气等多种终端的多能源微。自微概念提出以来，特别是经近十年来国内外广泛深入的研究、开发与技术示范，微得到了快速发展。截至2017年6月，全球共建有1842个微项目，已投运微容量达19. GW。微的典型特征可总结为位置本地性、源荷多元性、结构多样性、运行灵活性、整体可控性以及电交互性等六大典型特征。

　　2微在EIS中的“有机细胞”作用

　　微经十几年的发展，具有了EIS所有必备要素，如多能互补、双向能流、借助微能量管理技术实现双向信息流指导微优化运行等，可自主实现“细胞”内能量平衡，初步实现了EIS功能化，因此建设微是构建EIS的优选和先遣方案。每个独立微是广域EIS的“有机细胞”，宏观上“细胞”可看作整体可控的虚拟源/荷，互连而成的“细胞群”具有更大灵活性和可控性。微具有的六大特征与EIS的建设要点高度契合，具体如表1所示。

　　表1微对EIS的支持

　　微在EIS中发挥的具体作用包括：①微改善电能质量；②微可提高电可靠性和弹性；③微可增强不同区域间能量调和互动能力；④微可实现负荷的主动调控；⑤微是信息双向流动的有效载体。

　　微需通过“细胞”间的互联才能组成EIS这1有机“组织”。本文将微互联形式分成3类，并给出含三种微互联形式的典型EIS场景，如图2所示。

　　图2基于互联微的典型EIS场景

　　支持EIS的微关键技术和设备

　　从微到EIS需要能源产、输、配、储、用一系列革新性技术及装备提供支持，本节将对微中支持EIS发展的关键技术和装备进行梳理，对未来需继续深入探索的领域进行展望。

　　1）微可再生能源消纳技术的创新。包括微多能源系统优化配置方法，高精度、多时间尺度风光功率等可再生能源出力及负荷预测技术，面向EIS的运行控制和能量管理技术。

　　2）能源变换新技术新装备的开发。EIS能源变换包括电-电变换和电-非电变换新技术新装备将助力EIS可再生能源高渗透、各主体对等接入、能量双向流动、结构灵活多样和用户友好管理，主要新技术趋势包括：基于新型器件如碳化硅、氮化镓和新型拓扑的可再生能源高效并变换器和EV入接口研制，兼有电稳定支撑、电能质量管理、故障穿越能力、信息交互等多功能集成的统一控制算法开发，多机并联谐振机理及抑制策略研究，基于电力电子变换器的智能软开关（softopenpoint,SOP）拓扑、控制及应用，基于“电气弹簧（electricspring,ES）”的智能负荷控制技术，高效能量路由器（energyrouter,ER）拓扑和控制，能量集线器（energyhub,EH）技术。

　　）传统储能和广义虚拟储能技术的协同。储能是EIS的关键使能技术，可实现能量的时空转移，应继续关注传统储能并积极探索广义虚拟储能技术，注重二者协同互补，并探索可能的新型储能商业模式如云储能等。

　　4）信息通讯技术与能源系统的融合。EIS是典型的多维复杂信息物理系统，其一系列更高层次能源服务的提供离不开信息通信技术与所依附能源系统的深度融合，主要新技术新趋势包括：信息快速准确获得和传输共享技术，大数据和云技术在EIS中的运用，区块链技术在EIS中的运用，信息物理混杂系统融合建模方法。

　　5）能源交易模式的创新。EIS发展的一个愿景是在能源同享平台上实现能源灵活交易，基于区块链的TransActiveGrid系统及transactiveenergy交易模式值得探索。未来可研究将基于多因子评价方法的合同竞标机制作为transanctiveenergy节点间的交易机制的可行性，在解决多节点之间供求状态平衡的同时保证参与者与系统的整体利益相容。

　　6）EIS经济性分析。经济性是影响未来EIS发展的重要因素之一。要进一步完善含建设本钱、运维本钱和能源交易等直接经济指标和环境效益、可靠性指标等间接经济指标的指标体系，建立健全多场景EIS适用的统一经济性评价方法；另外在EIS中，能量和信息可以双向流动，使得能源交易在子微内、多子微间、子微与上层电间成为可能，且储能系统（含电动汽车）的加入使得EIS运行更灵活，应在创新性能源交易模式和储能商业模式基础上进一步探索统筹各主体利益的经济性改良策略。

　　4结语

　　本文通过对近10年来国内外微技术发展现状的梳理并与EIS技术内涵的对比分析，预计微未来将演化为可以复制的EIS的“有机细胞”。在拓展微向EIS互联、演变过程中，还需要发展新的支持技术与设备，尤其应重视多能源系统的规划设计、多能变换、多能耦合机理分析、多能能量管理等技术攻关，打破单一能源系统间藩篱，并同时构建与多能EIS系统匹配的商业模式和能源交易平台，真正推动源--储-荷协调发展、多能集成互补、能量梯级利用的EIS系统健康、有序发展。