音像能源互联网与智慧能源冯庆东

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序
前言
上篇  能源互联网
第１章  能源互联网的定义与特征 ３
  １.１  能源互联网的定义 ３
  １.２  能源互联网的特征 ５
  １.３  发展目标和原则 ６
    １.３.１  发展目标 ６
    １.３.２  发展原则 ７
  １.４  对我国能源战略的意义 ８
  １.５  对能源生产与消费模式的影响 ９
第２章  国内外能源互联网的研究与进展 １２
  ２.１  美国：“ＦＲＥＥＤＭ”系统与能源互联网 １２
  ２.２  美国：能源网络集成 １３
  ２.３  德国：能源的互联网 １４
  ２.４  欧洲：智能电网标准体系 １４
  ２.５  欧洲：综合能源网络 １５
  ２.６  日本：以智能电网为核心的智慧能源共同体 １６
  ２.７  日本：数字电网 １７
  ２.８  我国：能源互联网 １８
第３章  能源互联网的功能定位与技术需求 １９
  ３.１  可能源与清洁能源接入 １９
  ３.２  需求侧参与能源网络互动 １９
  ３.３  基于分布式能源网络的优化管理 ２０
  ３.４  能源的灵活转换与能源综合利用 ２１
  ３.５  能源交易与商业服务模式 ２１
  ３.６  输电网与配电网管理智能化 ２２
第４章  能源互联网的技术框架 ２４
  ４.１  能源基础设施 ２５
  ４.２  信息和通信技术 ２６
  ４.３  开放互动平台 ２７
  ４４  架构 ２７
第５章  能源互联网基础设施关键技术 ２８
  ５.１  固态变压器与功率器件 ２８
    ５.１.１  固态变压器原理及其与传统变压器的区别 ２８
    ５.１.２  固态变压器的特征 ２８
    ５.１.３  固态变压器现状及未来对力电技术的要求 ２９
  ５.２  能量路由器 ３１
    ５.２.１  能量路由器的架构 ３１
    ５.２.２  能量路由器的概念 ３３
    ５.２.３  能量路由器的现状和未来发展 ３４
  ５.３  分布式能源设备 ３４
    ５.３.１  分布式能源设备的概念 ３４
    ５.３.２  分布式能源设备的技术特征和经济分析 ３５
    ５.３.３  分布式能源设备的应用现状和未来发展 ３６
    ５３.４  分布式发电并网标准 ３９
  ５.４  微网 ４４
    ５.４.１  微网的概念 ４４
    ５.４.２  微网的组成 ４４
    ５.４.３  微网的应用现状和未来发展 ５０
  ５.５  储能系统 ５５
    ５.５.１  储能技术在发电侧需求分析 ５６
    ５.５.２  储能技术在输电侧需求分析 ６０
    ５.５.３  储能技术在配电侧需求分析 ６２
    ５.５.４  储能技术在用户侧需求分析 ６４
    ５.５.５  储能技术在微网侧需求分析 ６５
    ５.５.６  储能技术在应急电源侧需求分析 ６５
    ５.５.７  储能技术国内外发展趋势 ６７
    ５.５.８  储电相关技术 ７１
    ５.５.９  储热相关技术 ７３
    ５.５.１０  储气相关技术 ７４
    ５.５.１１  储氢相关技术 ７５
    ５.５.１２  储能配置方法与原则 ８３
    ５.５.１３  储能产业技术路线图 ８６
  ５.６  主动配电网 ８８
    ５.６.１  主动配电网的概念 ８８
    ５.６.２  主动配电网的技术特征 ８８
    ５.６.３  我国配电网的现状及主动配电网的发展前景 ８９
    ５.６.４  ＩＥＣ ６１８５０数据建模 ９０
    ５.６.５  主动配电网分布式控制系统 ９４
    ５.６.６  基于μＰＭＵ的主动配电网广域量测与故障诊断技术 １０１
第６章  能源互联网量故障管理技术 １１６
  ６.１  智能能量管理技术 １１６
    ６.１.１  能量设备即插即用管理技术 １１８
    ６.１.２  分布式能量管理与协同控制技术 １１９
    ６.１.３  基于可能源预测的控制策略优化技术 １２０
    ６.１.４  储能管理技术 １２０
  ６.２  智能故障管理技术 １３０
第７章  能源互联网信息和通信技术 １３２
  ７.１  微技术 １３２
    ７.１.１  信息采集芯片对微技术的挑战 １３２
    ７.１.２  通信芯片对微技术的挑战 １３５
  ７.２  复杂软件技术 １３６
    ７.２.１  能源互联网中复杂软件系统的定义和特点 １３６
    ７.２.２  能源互联网对软件技术提出的挑战及应对法则 １３７
    ７.２.３  应对法则对软件技术的要求 １３９
  ７.３  信息物理系统技术 １４２
    ７.３.１  能源互联网中信息物理系统的定义与发展 １４２
    ７.３.２  信息物理系统的架构 １４３
    ７.３.３  信息物理系统的重要特 １４５
    ７.３.４  信息物理系统在能源互联网中的应用 １４６
    ７.３５  能源互联网对信息物理系统的挑战和未来发展 １４７
  ７.４  信息和通信技术 １５０
    ７.４.１  能源互联网对信息和通信技术提出的挑战 １５０
    ７.４.２  信息和通信技术的未来发展 １５１
  ７.５  大数据和云计算技术 １５３
    ７.５.１  大数据分类及对应的处理系统 １５３
    ７.５.２  大数据分析与计算———云计算技术 １５５
    ７.５.３  大数据及云计算技术在能源互联网中的应用 １５６
    ７.５.４  能源互联网对大数据及云计算技术提出的挑战 １５７
第８章  能源互联网应用与服务平台 １５８
  ８.１  能源市场交易平台 １５８
  ８.２  能源需求侧管理平台 １５９
    ８.２.１  需求侧管理平台的结构层次 １５９
    ８.２.２  需求侧管理平台的实现策略 １６１
  ８.３  能源需求响应平台 １６２
    ８.３.１  需求响应的措施 １６２
    ８.３.２  需求响应平台技术 １６４
  ８.４  能效分析平台 １６４
    ８.４.１  能效分析平台的结构层次 １６５
    ８.４.２  能效分析平台的功能结构 １６７
    ８.４.３  能效分析平台的通信网络 １６７
第９章  能源互联网架构设计 １６９
  ９.１  参考架构 １６９
    ９.１.１  面向服务的架构 １６９
    ９.１.２  分布式自治实时架构 １７０
    ９.１.３  软件定义光网络架构 １７１
  ９.２  能源互联网架构 １７３
第１０章  能源互联网标准 １７５
  １０.１  能源互联网标准化体系架构 １７５
  １０.２  国内外标准化现状与近期新进展 １７６
  １０.３  对我国能源互联网标准化工作的建议 １８３
  １０.４  我国能源互联网标准化路线图 １８４
第１１章  能源互联网的规划与发展趋势 １８５
  １１.１  重点任务 １８５
  １１.２  建设路径 １９１
  １１.３  保障措施 １９４
  １１４  发展趋势 １９６
下篇  智慧能源
第１２章  智慧能源的定义与特征 ２０１
  １２.１  智慧能源的定义 ２０１
  １２.２  智慧能源的基本特征和基本内涵 ２０１
    １２.２.１  基本特征 ２０１
    １２.２２  基本内涵 ２０２
  １２.３  智慧能源的体系架构 ２０３
  １２.４  智慧能源发展的战略目标 ２０３
  １２.５  以智电网能源互联网为基础发展智慧能源 ２０４
    １２.５.１  智能电网和能源互联网将在未来能源供消和输配体系中发挥重大作用 ２０４
    １２.５.２  能源消费方式将转向基于能效很优的多元化能源综合利用 ２０５
    １２.５.３  智能电网是实现能源转型的重要载体 ２０６
    １２.５.４  智能电网是实现智慧能源网络的关键设施 ２０６
    １２.５.５  智能电网体系架构已经具备成为智慧能源网络的良好基础 ２０７
第１３章  发展智慧能源的机遇与挑战 ２０８
  １３.１  发展智慧能源的基础 ２０８
    １３.１.１  技术基础 ２０８
    １３.１.２  实践基础 ２１０
  １３.２  发展智慧能源面临的重要机遇 ２１３
    １３.２.１  发展智慧能源的靠前环境 ２１３
    １３.２.２  当前是发展智慧能源的战略机遇期 ２１４
    １３.２.３  发展智慧能源有于我国实现应对气候战略 ２１４
  １３.３  发展智慧能源面对的主要问题与挑战 ２１５
    １３.３.１  发展智慧能源面对的主要问题 ２１５
    １３.３.２  发展智慧能源面对的主要挑战 ２１６
第１４章  智慧能源发展的重点领域 ２１８
  １４.１  加快推进智能电网建设 ２１８
    １４.１.１  发展智能电网的重要意义 ２１８
    １４.１.２  我国关于促进智能电网发展的重要文件 ２２２
    １４.１.３  促进智能电网发展的主要工作 ２２６
  １４.２  推进能源网络智能化 ２２８
    １４.２.１  煤炭行业的清洁化、智能化发展 ２２８
    １４.２.２  石油行业的智能化发展 ２３２
  １４.３  智能电网支撑智慧能源公共服务平台的发展 ２３７
    １４.３.１  公共服务通信信息平台服务多网融合 ２３７
    １４.３.２  智能配电网支撑智能社区的建设 ２３８
    １４.３.３  智能配电网支撑智慧城市的发展 ２４２
第１５章  智慧能源关键技术 ２４６
  １５.１  分布式能量管理系统 ２４６
    １５.１.１  分布式能量管理系统概述 ２４６
    １５.１.２  分布式能量管理系统架构 ２４７
    １５.１.３  分布式能量管理系统功能 ２４７
  １５.２  柔能源协调控制技术 ２５１
    １５.２.１  冷热电联供技术 ２５１
    １５.２.２  冷热电联供地源热泵技术 ２５３
    １５.２.３  相变储能技术 ２５４
    １５.２.４  区域能量管理优化技术 ２５４
  １５.３  智慧能源标准化设计 ２５５
    １５.３.１  物联网技术在智慧能源领域的应用 ２５５
    １５.３.２  标准化的智慧能源设计 ２５６
  １５.４  物联网、大数据及云计算在智慧能源中的应用 ２５７
    １５.４.１  基于ＺｉｇＢｅｅ技术的企业智慧能源云平台 ２６１
    １５.４.２  智慧能源云平台 ２６５
    １５.４.３  基于智能用电需求响应的云平台 ２６７
第１６章  能源互联网与智慧能源项目及案例分析 ２７０
  １６.１  面向园区的试点项目与案例分析 ２７０
    １６.１.１  项目概述 ２７０
    １６.１.２  项目特点 ２７０
    １６.１.3  用电负荷估算与需求分析 ２７１
    １６.１.４  项目实施方案 ２７２
    １６.１.５  案例分析 ２７５
  １６.２  面向工商业的试点项目与案例分析 ２７６
    １６.２.１  项目概况 ２７６
    １６.２.２  设计依据 ２７７
    １６.２.３  设计目标 ２７７
    １６.２.４  智能用电设计方案 ２７８
    １６.２.５  需求响应技术方案 ２８０
    １６.２.６  智慧能源管理方案 ２８２
    １６.２.７  智慧能源管理系统与微网联动设计方案 ２８９
    １６.２.８  容量配置及模拟 ２９７
  １６.３  园区微能源网系统与智慧能源云平台项目及案例分析 ３０３
    １６.３.１  项目概要 ３０３
    １６.３.２  系统组成及功能介绍 ３０５
    １６.３.３  光伏系统 ３０６
    １６.３４  燃气内燃机冷热电联供系统 ３０７
    １６.３.５  水储能空调系统 ３０８
    １６.３.６  磁悬浮立轴风力发电机组 ３０８
    １６.３.７  燃气燃料电池 ３０９
    １６.３.８  微能源网能量管理系统及智慧能源云平台 ３０９
    １６.３.９  案例分析 ３１２
  １６.４  能源互联网环境下数据中心能耗优化管理案例分析 ３１３
    １６.４.１  专用数据中心能耗组成和优化管理方案 ３１３
    １６.４.２  案例分析 ３２３
  １６.５  德国Ｅ-Ｅｎｅｒｇｙ项目及案例分析 ３２４
    １６.５.１  库克斯港ｅＴｅｌｌｉｇｅｎｃｅ示范项目及案例分析 ３２４
    １６.５.２  曼海姆示范城市项目及案例分析 ３２６
    １６.５.３  莱茵鲁尔区示范项目及案例分析 ３２７
    １６.５.４  哈尔茨地区１００％可能源发电项目及案例分析 ３２８
  １６.６  日本综合能量管理系统项目及案例分析 ３３１
    １６.６.１  综合能源与社会网络项目及案例分析 ３３１
    １６.６.２  孤岛微网系统项目及案例分析 ３４０
参考文献 ３４７

冯庆东，男，工学博士，教授级不错，国网能源研究院智能电网研究领域席专。
研究领域：智能电网、配电网自动化、变电站自动化、分布式发电与微网、分布式动态能量管理系统、能源互联网、电力市场。
学术背景：《电力自动化设备》期刊编委，《电测与仪表》期刊编委，《Journal of Intelligent Transportation and Urban Planning（ITUP）》编委；《中国电力》审稿专家，《电测与仪表》审稿专家；靠前电气和协会（IEEE）会员，标准化委员会委员。
曾参加电网公司智能电网体系研究、智能电网关键技术框架研究、智能电网技术标准体系研究、智能电网技术标准制定规划、智能变电站技术导则、智能能源体系研究、智能电网技术标准靠前化战略研究、智能电网全面建设战略研究等专题研究工作，为智能电网研究建设做出了开创贡献。
曾担任《智能电网技术》书籍主要编写人及全书统稿人；《现代电网运行与控制》书籍编写人；在国内外学术期刊及会议上发表文章60余篇，获科技进步奖20多项；曾出版专著《配电网自动化技术与工程实例分析》。

前言
我们正处在能源转型的大背景下，将带来以下变化：太阳能与风能大量接入将改变电力系统结构；电源侧基荷火电厂将逐步减少，可能源发电比例将逐步提高；电网侧将实现灵活扩容、灵活接线、灵活的拓扑结构，支撑区域能源优化与分布式能源的协调控制；负荷侧将提升用优化需求响应水平，实施能源总量控制，发展柔负荷与主动负荷。
目前，我国的能源利用效率还低于靠前平均水平，能源发展要从实际出发，因地制宜，走“开源与节流”并重的方针，开源的主要任务是尽可能多地接纳与使用可能源，节流的主要任务是节能与提高能源利用效率。
能源互联网与智慧能源将成为未来的发展趋势。期望通过能源互联网与智慧能源建设，能够为尽可能多地接纳可能源、提高能源利用效率推动能源生产与能源费的实现根本改变提供可行的解决方案。
能源互联网是以电力系统为基础，以智能电网为基础，以接入可能源为主，采用优选信息及通信技术及力电技术，通过分布式动态能量管理系统对分布式能源设备实施广域优化协调控制，实现冷、热、气、水、电等多种能源互补，提高用能效率的智慧能源管控系统。从系统科学的角度来说，能源互联网是智能电网的扩展和延伸，本质上也属于复杂交互工网络与系统的范畴。
能源互联网是智能电网的丰富和发展，能源互联网与智能电网研究的内容高度交叉重叠。从系统科学的角度来说，能源互联网与智能电网，都是要通过能源互联、信息互联、能量信息融合、能量高效转换、集成量信息架构（Integrated Energy and Communication Systems Architecture，IECSA），来建设复杂交互式网络与系统（Complex Interactive Networks/Systems Initiative，CIN/SI）。
我国的智慧能源体系建设要从我国实际出发，因地制宜、循序渐进，按照技术成熟度，以分布式能源、微网、需求侧管理、需求响应、储能、节提高能效为切入点，首先在终端用能层面实现全监测、全计量、全互动、选择控制及数据可视化，然后采用优选信息和通信技术(Information Communication Techno Iogy，ICT)遵循开放体系架构，融合模型、技术标准、通信协议，将电力网、热力网、天然气管网、交通网等互联，形成“智慧能源网”，实现智能协同控制，开展能量管理及能量交易。
本书的编写目的主要是为能源互联网与智慧能源建设提供参考与服务。
本书分上下两篇。上篇主要从能源互联网的角度分析了其发展背景、定义、功能、特征和技术架构；详细阐述了能源互联网需要的关键技术，包括能源基础设施关键技术、信息和通信关键技术、力电技术和平台技术。下篇主要研究、介绍了以优选信息和通信技术为基础的智慧能源体系；分析了靠前和国内能源产业的发展现状；然后给出了智慧能源的定义、功能、特征和体系结构；指出了智慧能源网络的特点是能源的多元化、集约化、清洁化、精益化和智能化、其目标是，尽可能多地接入可能源，实现能源总量控制，提高能效，节约能源，推动能源生产与能源消费实现根本改变。
本书在编写过程中得到了牛曙斌先生、冯东先生、杜升云先生、周治国先生、王林青先生、陈梦园博士等的大力支持，在此表示感谢。
由于作者编写水平有限，只能抛砖引玉，敬请读者不吝赐教，更希望听到读者的真知灼见。

作者
2015年10月

想了解互联网+如何深入到能源产业，想明晰中能源业未来如何发展转型，本书能带您纵览能源互联网全局，从宏观到微观掌握智慧能源的各条脉络。

本书作者系国网能源研究院未来能源方面的席专，多次参与国网及重大政策的制定工作。

本书序言为院士、副院长、能源咨询专家委员会副主任杜祥琬院士所写。众多业内专家也对本书给与充分肯定。

本书既从宏观政策和产业角度解析能源产业与互联网技术的深度融合，也从微观角度讲解具体技术的发展实施成果。