能源互联网数字孪生及其应用.pdfVIP

摘要

能源互联网是以电力系统为核心，利用可再生能源发电技术、信息技术，融合电力网络、

天然气网络、供热/冷网络等多能源网以及电气交通网形成的能源互联共享网络。能源互联

网是促进可再生能源消纳，提高能源使用效率的重要途径。因构成网络多，特性差异大，

能源互联网的规划、运行和控制面临大量难题。数字孪生是融合物联网技术、通信技术、

大数据分析技术和高性能计算技术的先进仿真分析技术，有助于解决当前能源互联网发展

面临的技术问题。首先介绍了数字孪生的基本概念，给出了能源互联网数字孪生的构建方

式与可能应用；然后以能源互联网规划为例，详述了数字孪生技术解决的关键问题；最

后，介绍了基于数字孪生的能源互联网规划平台—CloudIEPS，通过能源互联网规划案例

进一步证明了数字孪生技术的重要作用。

关键词:数字孪生；能源互联网；规划；仿真

1能源互联网

能源是人类社会生存发展的重要物质基础，攸关国计民生和国家战

略竞争力。然而，在运行和规划方面，传统能源系统的决策往往局限于

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电、气、热（冷）等单一能源形式，仅依靠挖掘单一能源系统内部的潜

[2]

力，难以走出既有困境，例如中国东北地区冬季严重的弃风现象。为了

[3]

充分发挥多种能源之间的互补优势，在更大范围内实现资源优化配置，

众多学者针对能源互联网开展了丰富的研究。

能源互联网有两种不同的概念：①“能源+互联网”；②互联的多能

源网络。对于前者，考虑到互联网技术的蓬勃发展，将能源系统与互联

网技术深度融合，实现能源行业智慧化、扁平化、融合化、分布化，是

美国学者里夫金对未来能源系统广泛互联、平等共享的愿景，里夫金也

进一步提出了能源互联网（energyInternet，EI）的概念，但没有给

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出明确的能源互联网的定义。学者们则更关注后者，即互联的多能源网

络（energyinterconnectedgrid），并聚焦于电、气、热（冷）内部

的问题及相互协调优化。此时“互联”指的是物理层面的多种能源载

[3,5]

体间的相互连接与转换，而非“互联网技术”。虽然“energy

interconnectedgrid”也可以翻译为能源互联网，但学界更倾向于将

其归纳为综合能源系统（integratedenergysystem，IES），以与EI

[5]

相区分。IES指的是在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的产生、

传输、转换分配、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能

源产供销一体化系统，是EI的物理载体。本文的研究同样也针对能源

[5-6]

互联网的第2种概念—IES展开。

目前，对能源互联网的研究主要包括建模、分析和优化等3个方面。

建模方面主要包括电、气、热（冷）系统以及能量枢纽的建模研究，

这是分析和优化的基础。当前研究已经实现了综合能源系统的稳态建模

，包括电力系统模型、天然气系统模型、供热（冷）系统模型以

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及能量枢纽模型（包括能量转换设备如热电联产机组