在能源革命與數字革命深度融合的背景下,能源互聯網作為未來能源系統的重要形態,其信息與通信理論及網絡技術的研究已成為關鍵前沿領域。中國電力科學研究院、國網能源互聯網技術研究院的王繼業教授及其團隊在這一領域的探索,為推動能源互聯網的構建與發展提供了重要的理論支撐與技術路徑。
一、能源互聯網信息與通信理論的核心內涵
王繼業團隊的研究指出,能源互聯網的本質是通過先進的電力電子技術、信息技術和智能管理技術,將分布式能源、儲能裝置、負荷等各類要素廣泛連接,實現能量流、信息流與業務流的高度融合與協同。其信息與通信理論的核心在于構建一個能夠支撐海量、異構、實時數據安全可靠交互的“神經中樞”。
這一理論框架強調:
- 信息物理深度融合(CPSS):將電力物理系統、計算系統和人類社會系統深度耦合,實現精準感知、動態建模與智能決策。信息空間必須精確映射并實時交互于物理能源網絡。
- 全息感知與統一建模:利用物聯網、智能傳感等技術,實現從發電、輸電、配電到用電的全環節、全要素狀態感知。需建立能夠描述設備、網絡、市場、用戶等多維度的統一信息模型,為協同優化奠定基礎。
- 安全可信的數據交互:能源數據涉及國家安全與經濟命脈,必須構建內生安全、主動免疫的通信體系。研究涵蓋數據加密、隱私保護、身份認證、抗量子計算攻擊以及網絡彈性恢復等理論。
二、支撐能源互聯網的關鍵網絡技術研究
理論探索需落地于具體技術。王繼業團隊聚焦于以下幾類關鍵網絡技術的研究與攻關:
- 新型電力系統通信網絡架構:研究適應“源網荷儲”靈活互動、高比例新能源接入的彈性網絡架構。包括確定性網絡(DetNet)技術、時間敏感網絡(TSN)在電力控制業務中的應用,以滿足差動保護、精準負荷控制等業務的超低時延、超高可靠需求。
- 空天地一體化通信與融合組網:針對分布式能源、電動汽車、偏遠地區配電自動化等廣域覆蓋場景,研究5G/5G-A、低軌衛星、光纖、電力無線專網等多網絡融合技術。重點解決異構網絡的無縫切換、資源協同調度與統一管理問題。
- 能源信息協議與中間件技術:制定或適配適用于能源領域的物聯協議與信息交互標準(如IEEE 2030.5, IEC 61850, CIM等)。研發能夠屏蔽底層異構性、實現即插即用與互操作的中間件平臺,降低系統集成復雜度。
- 邊緣計算與云邊協同:將計算能力下沉至靠近數據源的變電站、配電房、新能源場站等邊緣側,實現本地快速響應與隱私數據就地處理。研究云邊之間的任務卸載、模型下發、協同分析機制,形成高效的分層算力格局。
- 數字孿生與智能運維網絡:構建與物理電網同步仿真、交互映射的數字孿生體,利用大數據、人工智能算法在網絡層面實現狀態評估、故障預警、自愈控制與運行優化,提升電網的透明化與智能化水平。
三、挑戰與未來展望
盡管取得了顯著進展,能源互聯網信息通信領域仍面臨諸多挑戰:理論體系尚需完善以完全指導復雜巨系統的構建;異構網絡融合的深度與平滑度有待提升;網絡安全威脅日益嚴峻,需發展動態主動防御體系;海量終端接入對網絡容量、管理和成本構成壓力。
王繼業團隊的研究方向預示著未來趨勢:信息理論將進一步與系統科學、復雜性科學交叉;通信網絡將向“智能原生”和“安全內生”演進;以算力網絡(Computing Force Network)為代表的計算與網絡一體化設施,將成為支撐能源互聯網智能化的新基石。
以王繼業教授為代表的研究工作,深刻體現了信息通信技術作為能源互聯網“經絡系統”的核心價值。其對基礎理論的探索與關鍵網絡技術的研究,不僅為中國新型電力系統的建設提供了關鍵技術選項,也為全球能源轉型貢獻了中國智慧與技術方案。持續深化這一領域的創新,是構建清潔低碳、安全高效現代能源體系的必由之路。