一、基本情况介绍

互联网给社会带来的深刻变革是有目共睹的，能源互联网是将能源与“互联网+”融合，不仅为能源行业带来了新的创造机遇，也为设备、装备工业打开了新的发展空间，是继智能制造以来又一项有望影响产业格局的领域，能源互联网设备的研究是提升行业服务能力的一次重要探索，能源互联网设备与技术的发展，也将为能源互联网的发展，提供坚实的基础和支撑。

本章节重点从特高压输电技术设备、清洁能源技术设备、智能电网技术设备及能源互联网管理平台等领域介绍目前国内外研究及应用进展情况，并作出对比分析。

二、国外研究进展情况

整理国外在能源互联网设备方面的主要研究，重点从以下几个角度切入：

(1) 特高压输电设备

特高压交流输电是指1000千伏及以上电压等级，用于主网架建设及跨大区联网，为直流输电提供重要支撑。主要技术设备包括变压器、开关设备、互感器、避雷器、潮流控制装置、控制保护设备等。特高压输电技术是实现全球电力配置的基础。随着电压等级的提高，电力系统联网规模和输电能力成倍扩大。

20世纪60年代后半期，美国、前苏联、日本、意大利等国相继建设了特高压试验站和试验线路，但大部分停留在试验阶段或降压运行，并未投入商业运行。

目前国外较大的几项工程分别是：前苏联1150kV工程、日本1100kV变电站、意大利1050kV试验工程。

前苏联1150kV工程是20世纪70年代，前苏联开始1000kV特高压交流输变电技术的研究工作，1985年8月建成了埃基巴斯图兹—科克切塔夫线路(497km)以及2座1 150kV变电站(升压站)，并按照系统额定电压1150kV投人工业运行。

日本1000kV电力系统集中在东京电力公司，1988年开始建设1000kV输变电工程，1999年建成2条总长度430km的1 000 kV输电线路和1座1000kV变电站，第1条是从北部日本海沿岸原子能发电厂到南部东京地区的1000kV输电线路，称为南北线(长度190km)，南新泻干线、西群马干线；第2条是联接太平洋沿岸各发电厂的1000kV输电线路，称为东西线路(长度240km)，东群马干线、南磬城干线。

意大利1050kV试验工程是20世纪70年代，意大利和法国受西欧国际发供电联合会的委托进行欧洲大陆选用交流800kV和1050kV输电方案的论证工作，之后意大利特高压交流输电项目在国家主持下进行了基础技术研究，设备制造等一系列的工作，并于1995年10月建成了1050kV试验工程，至1997年12月，在系统额定电压(标称电压)1050kV电压下进行了2年多时间，取得了一定的运行经验。

(2) 智能电网技术与装备

智能电网就是电网的智能化（智电电力），也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和保护用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

在电网发展基础方面，各国电力需求趋于饱和，电网经过多年的快速发展，架构趋于稳定、成熟，具备较为充裕的输配电供应能力。

日本计划在2030年全部普及智能电网，同时官民一体全力推动在海外建设智能电网。在蓄电池领域，日本企业的全球市场占有率目标是力争达到50%，获得约10万亿日元的市场。日本经济产业省已经成立“关于下一代能源系统国际标准化研究会”，日美已确立在冲绳和夏威夷进行智能电网共同实验的项目。

(3) 清洁能源技术

清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能源”。其中可再生能源是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能（沼气）、地热能（包括地源和水源）海潮能这些能源。

可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此，可再生能源的开发利用，日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家。

1) 风能发电技术

以清洁能源中的风能为例，在美国，德克萨斯州使用率最高的清洁能源是风能，这里已经拥有了1.24万兆瓦的风电装机量。风能对该州电网的贡献也与日俱增。此外，在亚洲其他地区，风力发电项目也都在如火如荼地进行。如巴基斯坦，2013年的风电装机总量比2012年增加1倍，增至100兆瓦，随着2014年上线的两个50兆瓦的风能项目落实，装机总量将会再翻一番。同样，泰国也在2013年使本国风电装机总量增加1倍,达到220兆瓦。而菲律宾在2014年竣工的7个项目，把该国的风电装机产能扩大到了450兆瓦的，增长达13倍之多。

2) 太阳能发电技术

清洁能源中的太阳能是不容忽视的重要资源，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电、太阳能无线监控等方式。欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力于“太阳能”燃油的研制生产。截至目前，研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产，其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准，无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。 目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8.3%面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0.5美分/千瓦小时，效率高达40%—50%。

俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。

以色列2012年可再生能源装机容量为：风能6.2兆瓦、水电8兆瓦、生物燃料12兆瓦、大型太阳能光热电站0兆瓦、中型太阳能光热电站7兆瓦、小型光伏板发电站218兆瓦。预计至2015年，以大型太阳能光热电站将增至740兆瓦，中型太阳能电站增至330兆瓦，小型光伏板发电站增至330兆瓦。

太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示，2050年前太阳能光伏（PV）系统将最多为全球贡献16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电（STE）将提供11%的电力。

3) 生物质能发电技术

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，这些植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。据计算，生物质储存的能量比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。

19世纪后半期以前，人类利用的能源以薪柴为主。当前较为有效地利用生物质能的方式有： (1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸秆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中，生物质能所占比重微乎其微。

目前许多国家都制定了生物质能的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比例。

国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已经具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗旦的4%，t6%和10%。在美国，生物质能发电的总装机容量已经超过10吉兆瓦，单机容量达到10一25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气．用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，乙醇燃料已经占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立丁1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。2013年，全球生物质能发电量为413,778.1百万千瓦时，全球生物质能发电市场年收益为286.818亿美元。

4) 地热能发电技术

地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。

意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子于1904年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸气用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层，产生高温蒸气，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。

20世纪90年代中期，以色列奥玛特（Ormat）公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统，该机组已经在世界一些国家安装运行，效果很好。

据2010年世界地热大会统计，全世界共有78个国家正在开发利用地热技术，27个国家利用地热发电，总装机容量为10715MW，年发电量67246GW·h，平均利用系数72%。目前世界上最大的地热电站是美国的盖瑟尔斯地热电站，其第一台地热发电机组（11MW）于1960年启动，以后的10年中，2号（13MW）、3号（27MW）和4号（27MW）机组相续投入运行。20世纪70年代共投产9台机组，80年代以后又相续投产一大批机组，其中除13号机组容量为135MW外，其余多为110MW机组。

三、国内研究进展情况

整理国内在能源互联网设备方面的主要研究，重点从以下几个角度切入：

(4) 特高压输电设备

近年来，中国特高压交流技术发展迅速，，特高压交流输电工程数量及规模居世界首位拥有完全自主知识产权的1000千伏特高压交流关键技术（包括系统电压控制、潜供电流抑制、外绝缘配合、电磁环境控制等）和成套设备已经成熟并等得到广泛工程应用。

特高压工程大规模建设，核心装备是关键。由于特高压项目涉及到能源与电力安全，2006年国家发改委就明确提出我国特高压工程所需设备要立足国内，走自主化开发研制和国内供货的道路。经过十多年的发展，我国特高压设备企业已形成自具备主知识产权的研发体系和核心制造能力。目前我国特高压交直流输电工程中的设备国产化率达到90%以上，特高压交流电压成为国际标准。同时，我们领先于国外电工装备企业在1000kV特高压交流GIL管廊、1500MVA 特高压变压器、±800kV、±11 00kV特高压换流变、换流阀、穿墙套管等设备领域取得率先突破。

中国研制了世界首套1100千伏可控并联电抗器和世界容量最大的400兆乏/1100千伏特高压电抗器，研发了世界首台1500兆伏安现场组装变压器样机。研制了世界首套特高压气体绝缘输电管路。

1) 特高压交流关键设备

特高压交流中的关键设备是变压器和GIS。在特高压交流线路中，主要的电气设备包括变压器、并联电抗器、开关、串联补偿装置、互感器、电容器、避雷器、绝缘子、套管、导地线、金具和杆塔等。电抗器和变压器在技术原理和产品结构上有共同之处，但变压器用于升压或降压，电抗器则用于抑制谐波或无功补偿。电抗器以串联或并联形式接入输电线路，串联电抗器用于抑制电网中的高次谐波和限制合闸电流，并联电抗器用于无功补偿。断路器、开关、互感器等高压配电装置通常以组合电器产品形式出现。

变压器

特高压交流变压器是特高压交流输电工程的核心设备之一。我国特高压交流输电工程使用的特高压变压器一般可为单相、油浸和自 耦变压器，采用分体结构，由主体变压器和调压补偿变压器两部分组成，主变和调变之间通过油-空气套管进行外部连接。依托特高压输电工程实践，我国已具备了1000kV特高压交流变压器自主设计制造能力，研制出特高压大容量变压器系列产品，达到了世界领先水平。

图 1 1500MVA、1000kV特高压变压器

图 2 特高压交流输电工程用干式空心并联电抗器

目前，我国主要变压器企业已研制出单柱容量为500MVA的1000MVA、1000kV变压器(两柱结构)和1500MVA、1000kV变压器（三柱结构）。到2017年底，在我国已经投运的8条特高压交流输电工程上已经有160多台特高压变压器投入使用，国产化率达到90%以上。在电抗器方面，我国已相继成功研制了1000kV的200Mvar、240Mvar和20Mvar特高压并联电抗器，其中320Mvar单体容量为世界最大。

特高压GIS设备

特高压气体绝缘开关（Gas Insulated Switchgear，简称GIS）设备是将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线及连接件等部件全部封闭在金属接地的外壳中，并在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器，具有结构紧凑、安装方便、环境适应能力强等特点。

特高压建设初期，国内制造企业和国外企业合作研发了特高压GIS。2011年后，国内开始着手特高压GIS国产化和技术提升工作，目前我国特高压GIS产品技术参数达到国际领先水平。

图 3交直流联网工程800kV特高压GIS      

图 4 皖电东送沪西站 1000KV 特高压 GIS

断路器：特高压开关设备中最主要、最复杂的器件。中国已研发出短路电流开断能力达63千安的特高压GIS断路器，并已在特高压工程中实现了规模化应用。

互感器：电压电流测量的关键器件，直接影响到计量准确性和祭奠保护动作可靠性。中国已经研制出可用于1000千伏交流系统的电子式电流电压互感器。

避雷器：用来限制雷电和操作过电压，以起到保护特高压电压电器设备的作用。避雷器技术内外部过电压、保护水平、动作特性方面均取得了突破性进展，整体上处于关键技术研发向样机试制的转变阶段。目前，1000千伏特高压交流避雷器样机已研制成功。

特高压串联补偿装置

串补装置由一次主设备和二次控制保护设备组成。核心部件包括电容器组、金属氧化物限压器、放电间隙、晶闸管阀等，该设备能够有效提升电网传输能力，节省输电走廊和工程建设成本。

固定串联电容器补偿装置：全球正在运行的固定串联补偿装置覆盖了当今运行的所有输电电压等级。2011年，世界首套1000千伏固定串补成套装置在中国晋东南——南阳——荆门1000千伏特高压交流工程投运（额定电压1000千伏、额定电流5080安，额定容量228.8万千乏），提高输送能力100万千瓦，单回特高压线路稳定输送500万千瓦。

可控串联电容器补偿装置：全世界已有8个可控串联补偿工程投入运行，电压等级从200千伏（230千伏）到500千伏，补偿度从5%到50%。2007年，中国建成了500千伏可控串联补偿装置——伊敏——冯屯可控串联补偿工程，是目前世界上电压等级最高、容量最大的可控串联补偿工程。

特高压可控并联电抗器

可控并联电抗器可根据系统运行方式变化，灵活调节自身无功输出，解决特高压输电系统中无功补偿和限制过电压与固定高压电抗器不同需求之间的矛盾，提升特高压电网的稳定性，具有补偿效率高、运行损耗小、占地面积小、不受变压器容量限制等优点。

高阻抗型可控并联电抗器：1979年，加拿大魁北克省在工程中应用了735千伏晶闸管控制变压器式可控电抗器。2012年。中国的750千伏敦煌变电站高阻抗型（分级式）可控并联电抗器工程，是世界首套应用750千伏可控并联电抗器（额定电压800千伏、额定容量30万千乏）的工程。

磁控型可控并联电抗器：俄罗斯、白俄罗斯分别投运了多套磁控式可控并联电抗器。中国的750千伏鱼卡站磁控型可控并联电抗器工程，是世界首台应用于高海拔地区的750千伏磁控型并联电抗器成套装置（额定电压800千伏、额定容量33万千乏）。

2) 特高压直流关键设备

特高压直流输电工程涉及的电气装备有换流变压器、换流阀及其控制保护系统，平波电抗器、直流滤波器、直流场开关设备、 直流测量设备、直流避雷器、直流穿墙套管、杆架等。其中，直流特高压关键设备主要包括换流变压器，换流阀，控制保护系统和平波电抗器。

换流变压器

换流变用于长距离直流输电或电网之间联网的电能转换，换流变除了承受交流电压外，还要承受交流转换成直流过程中的直流电压。随着我国特高压直流工程输送容量的逐步提高，单台换流变压器的容量从云南-广东工程的250MVA提升至锡盟-泰州工程的509.3MVA；电压等级也提升到±11 00kV。2018年6月，世界首台送端±11 00kV特高压换流变压器在昌吉换流站进行安装。

换流阀

换流阀是交直流电能转换的核心单元，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。换流阀体由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，决定了换流阀的通流能力。目前，我国自主研制的±800kV/6250A 换流阀已在上海庙-山东等工程应用。 2017年8月，国家电网公司联合华北电力大学和中车时代电气成功研制具有自主知识产权的±1100kV/5500A 特高压换流阀研发。与此同时，我国还完成了全球电压等级最高、容量最大的±800kV/5000MW 特高压柔性直流输电换流阀研制工作。

直流穿墙套管

直流穿墙套管是连接换流站阀厅内部和外部高电压大容量电气装备的唯一电气贯通设备，单体承载着全系统的电压和电流，堪称直流输电系统的“咽喉”。2017年7月，由公司与中国西电、清华大学、西安交通大学等共同研制的两种结构的±11 00千伏直流穿墙套管全套试验完成并通过科技部验收。2018年上半年，世界首支±1 000kV级直流纯SF6气体绝缘穿墙套管交付。

(5) 智能电网技术与装备

1) 交流输变电设备

柔性交流输变电设备

柔性交流输电系统（FACTS），是以电力电子设备为基础，并结合现代控制技术来实现对原有交流输电系统参数及网络结构的快速灵活控制，从而大幅提高线路的输送能力和增强系统稳定性、可靠性的一种交流输电系统。

FACTS技术装备由基于半控型器件向基于全控型器件方向发展，已形成系列产品。其对电网的控制也从对电压、无功功率、有功功率等单一电气量控制，发展到对电网多个电气量的协调控制。其中静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）已经广泛应用，并向更大容量的方向发展。已投运的SVC工程最大容量为90万千乏（埃萨俄比亚Holeta工程，本体电压35千伏，并网电压500千伏），已投运的STATCOM单体最大容量为16.4万千乏（芬兰奥托昆普公司，本体电压为33千伏，并网电压110千伏）。串联补偿器、可控高压电抗器、统一潮流控制器等装备以开展不同电压等级的工程试点和推广应用，并向特高压方向发展。

智能高压设备

智能高压设备是一次设备（变压器、断路器和高压组合电器）和智能组件的有机结合体。智能高压设备突破了传统在线监测技术仅面向运行检修人员进行故障报警功能的局限性，强调设备与电网的信息交互，基于测量监测及控制反馈等信息，评估高压设备的运行可靠性、控制可靠性和负载能力，优化电网的运行控制。

中国已研制了开断能力为63千安的超高压单/双断口断路器。并具备1000千伏交流特高压断路器的制造能力；研制了500千伏/33.4万千伏安智能变压器、330千伏/9万千乏三相一体式并联电抗器等。

智能变电站

智能变电站作为互联大电网运行的管控节点，对信息交互、保护测控，运行维护等方面的技术要求在不断提高。中国在智能变电站方面已开展了大量研究和工程实践。截至2017年底，已建成投运智能变电站约4900座，占110千伏及以上变电站数量的21.1%。

变电站保护测控设备

随着数字化采样控制技术、多元量测数据共享技术应用，保护测控设备的集成化、自动化、智能化水平不断提升，控制保护设备硬件平台已经实现接口标准化、功能模块化、信息透明化，在突破复杂电网继电保护原理的基础，继电保护设备以克服智能变电站数字化接入的影响，保护可控性、稳定性及复杂电网故障识别能力和新能源接入适应能力得到显著提升。

特高压保护：1000千伏特高压全系列保护测控设备（保护装置、测控装置、功角测量装置、故障路波装置等）已在工程中应用。

层次化保护：层次化保护控制设备与系统研制完成，形成了电网故障隔离控制与系统恢复控制有机结合的保护控制架构。

就地化保护：已完成就地化线路保护装置的研制，正在结合工程开展试点应用。

智能运维设备

机器人、无人机等智能巡检设备已在电力输变电领域中应用并取得技术突破。

变电站巡检应用：智能巡检机器人能够执行变电站例行巡检、抄录表计、红外测温、恶劣天气特巡等任务，可取代日常人工巡检。

输电线路巡检应用：利用现代化的卫星遥感、雷达遥测技术，开展直升机巡检、无人机巡检、机器人巡检，实现输电线路灾情隐患监测及管控，构建立体化防护网，实现输电通道异物、山火等自然灾害的全方位实时监控预测与预警，提升线路运维水平。

变电站智能运维方面，输配电网价规模逐步扩大，变电站数量不断增加，运维工作量持续加大。为提高变电站的运维效率，智能运维系统和机器人巡检等技术越来越受到关注。目前中国侧重开展具备智能通信能力的变电站二次系统运维研究已有近千台各类型巡检机器人在110~500千伏变电站试点应用。

线路智能运维方面，欧洲、美洲、大洋洲等多个国家和地区的线路智能巡检系统取得了重大突破，已实现高配备的载人直升机进行输电线路非常规巡检工作。美国研制的空中巡检系统可以在输电线上高速飞行拍摄，拍摄并记录下输电线及相关设施的状况，并利用GPS标识坐标。英国研制半自主无人飞行器spirit，抗气流扰动能力强、质量轻，可用于输电线路及相关设施的检测。

中国正在积极推广智能巡检机器人、无人机等巡检装备。智能巡检机器人从移动方式来看大致包括三种：轨道悬挂式、地面移动式以及管道滚动式。三种机器人分别对应完成不同领域或工作环境下的巡检工作。除移动方式不同外，其关键技术普遍相同，主要是利用智能语音识别、移动终端和中控端控制巡检机器人行走到指定位置，通过自主导航与定位技术准确获取外界环境信息，检测对象相应指标数据，并将相关数据采集收集传输到客户端。当前导航技术主要有三种：一是 GPS 导航，利用空间、地面和技术人员实现智能导航和定位。二是激光导航，利用机器人自身激光束与目标物碰撞，根据发生时间确定距离，实现导航定位。三是视觉导航，利用机器人摄像头捕捉的外界信息，确定其所在位置，从而实现自主导航和移动。目前从智能巡检机器人发展情况来看，视觉导航技术的应用较为普遍，在精度、广度都能够准确快速获得相关信息。无人机方面不同类型的无人机具备不同技术优势，游动单旋翼无人机实现自主起飞、程控飞行、轨迹展示、航线跟踪等技术突破；旋翼油动遥控无人机开展了高海拔飞行试验；四旋翼无人机对线路耐张塔进行高空近距离观冰试验。

2) 直流电网装备

故障电流限制器

限流器主电路拓扑结构主要基于超导技术、电力电子技术、爆破切割技术，目前已应用于工程的限流器主要集中于交流领域，直流领域限流器还处于理论研究和实验样机阶段。采用超导技术的±500千伏直流电网故障限流器处于工程样机研制阶段。

DC/DC变换器

DC/DC变换器是实现直流电压等级变换和直流电网互联的重要设备，DC/DC变换器拓扑主要包括IGBT器件串联结构、MMC结构以及混合多电平换流器拓扑等。目前基于MMC结构的10千伏/20千伏兆瓦级DC/DC变换器样机已研制成功，有待进一步开展工程应用。

3) 配用电设备

主动配电网

美国、欧洲、日本、韩国、中国等都相继开展了主动配电网试点应用，各国/地区配电网运行优化的目标各有侧重。目前主动配电网协调优化控制，主要利用快速仿真技术，通过超短期负荷预测及实时在线监测各类型分布式电源，实现对电源侧及受控复合侧的协同控制。多能源的一体化模型构建和协调优化控制技术尚处于理论研究阶段。

智能用电

欧美国家的智能用电技术主要研究和应用了高级测量体系（AMI）、基于电力市场的需求侧响应，开展了基于邮件、电子账单推送等互动服务，进行了分布式电源/分布式储能的接入研究实践。

中国已建成了覆盖人口最多、覆盖率最高的用电信息采集系统，构建了高度自动化的计量生产自动化系统，开展了微信、智能营业厅、电子商城等互动服务，进行了全球规模最大的复合调控及需求响应实践，开展了电、水、气、热四表集中抄收，分布式电源/分布式储能的接入等技术研究和试点应用。

电动汽车充放电

目前在全球范围内，交直流电桩及充放电设施、换电设施和充换电信息服务平台已大规模商业化应用，大功率充放电机和无线充放电机的技术研究和标准，预研工作也正在开展。国际标准化组织已制定电动汽车及充电设施标准，形成了欧、美、日、中四大充电标准体系。中国已建成规模最大、跨区域、全覆盖的智能充换电服务网络，基本实现跨区域充换电服务信息的互联共享。

4) 信息通信设备

电力通信基础设施主要包括电力骨干通信网和电力终端通信接入网。电力骨干通信网作为电力系统的支撑和保障系统，主要承担大区域或区域级电力公司间的调控业务和生产管理信息的传输，主要实现大容量的业务承载，长距离传输，要求具备高度可靠性及自愈能力。通信方式以光纤通信为主，微波、载波、卫星通信为辅，多种传输技术并存。电力终端通信接入网作为直接面向用户的网络，具有业务终端数量众多、分布广泛、通信距离短、地理环境复杂、通信网络拓扑受电网影响、成本敏感等特点。通信方式采用光纤通信为主，电力线载波和无线通信为辅，多种通信方式共存，其中光纤通信主要采用EPON、无线通信方式逐渐从2G/3G向4G/5G演进。

中国已建成全球规模最大的电力通信专网，骨干层面已实现光纤全覆盖，接入网采用光纤、有线、无线等多种通信混合组网模式。截至2016年底，电力通信光缆总长度132.7万千米，通信设备总量达42.6万套，其中骨干通信网设备27.3万台套，接入网通信设备15.3万台套。

5) 智能用电与多能高效转换装备

智能用电与多能高效转换装备主要是面向用户侧的智能用电和电冷热气氢高效转换装备，包括充电桩、用户侧能源路由器，高效电转冷热、电制氢等。充电桩是一种新型基础设施。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式。快速充电采用了智能化的变脉冲充电方式，即采用充电电流脉冲；地面充电站中充电由一个能将输入的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成。充电桩目前在欧洲各国已得到大力推广。我国此次“新基建”将新能源汽车充电桩纳入其中，为新能源汽车充电桩建设带动了新的机遇。

能源路由器是实现能源互联网互联、互通、协调、可控的核心载体。当前研究的能源路由器架构主要以电能路由器为对象，基于电力电子变换技术的电能路由器，具备高度的可扩展性。用户侧能源路由器是未来的发展方向，对于特定设备，如电动汽车，为其提供包括供电管理、电流水平和能源价格等用电策略。

电转冷热、电制氢等装备是促进清洁能源消纳的重要技术装备，光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电，其主要设备设施包括光伏组件、汇流箱、支架、基础、接地装置等，光伏组件可根据制氢站输入电压和电流要求进行串、并连配置，从而提高系统效率。集中式电采暖（冷）装备同样是今年来发展的重要方向。应用电阻式、电极式、电磁感应式电热锅炉可实现边蓄边供、蓄热、直供模式等多种运行模式的灵活切换。

(6) 清洁能源技术

1) 清洁能源发电技术

风力发电

根据全球风能理事会（GWEC）统计，2019年全球新增风电装机容量60.4GW，较2018年增长19%。全球风能总容量目前已超过6.51亿千瓦，较2018年增长10%。中国风电累计新增装机容量均居全球第一。

表 1 2017-2019年全球风电装机容量区域统计表

目前风力发电仍以路上风电为主，随着海上风电技术突破和成本降低，海上风电规模将快速增长。GWEC预测，2020年以后，全球新增风电装机容量将再次突破6000万千瓦并继续增长。到2022年底，累计风电装机容量总量将达到8.40亿千瓦。各国电网风力发电渗透率持续提高，其中丹麦已达到40%，乌拉圭、葡萄牙和爱尔兰超过了20%，西班牙和塞浦路斯达到20%，德国、加拿大、美国、中国分别为16%、6%、5.5%和4%。

路上风电技术装备：截至2019年底，陆上风电累计装机容量已达621GW。陆上风电系技术已相对成熟，欧美国家已完成4000~7000千瓦级机组的产业化，并研制8000~10000千瓦级的机组样机。中国市场主力机型为1500~2000千瓦级风电机组，3000千瓦级风电机组已开始量产，5000~6000千瓦级风电机组样机完成研制。

表 2 2017-2019年全球陆上风电装机容量区域统计

海上风电技术装备：海上风电具有风速高、风资源稳定、环境友好等特点，适合大规模集群开发，但设置于海洋自然环境条件复杂、建造维护成本高等因素，海上风电发展较慢。截至2019年底，海上风电装机容量29GW。欧洲继续领跑全球海上风电市场，接近全球海上风电装机总量的84%。

欧洲商业化运营的海上风电机组容量大多在4000~8000千瓦，并完成1万千瓦风电机组研制。海上风电厂的安装海域平均水深为29.2米，离岸距离达到43.5千米，中国新增海上机组容量大多在3000~5000千瓦之间，海上风电厂大多位于潮间带和近海区域。

表 3 2017-2019年全球海上风电装机容量区域统计

太阳能光伏发电

根据行业数据统计机构Wiki-Solar统计，截止2019年底，全球大型光伏电站新增装机45GW，累计超220GW，累计装机量前五位的国家分别为中国、美国、印度、英国和日本，其中亚洲是全球最大的光伏市场。2019年，中国新增光伏装机3010万千瓦，其中光伏电站新增装机容量1655万千瓦，分布式光伏新增装机容量约1355万千瓦。至此，中国光伏发电累计装机20426万千瓦，在电源总装机容量中的占比超过10%。

根据国际可再生能源署统计，2017年全球光伏平均平准化度电成本已降至0.01美元/千瓦时以下。在意大利、德国、美国等国家的一些太阳能资源较好的地区，度电成本以低于终端用户电电价，并已接近按照最严格环保标准建设的传统常规电源度电成本。

目前，单晶硅太阳能电池的效率为18%~20%，最高已达25%；多晶硅太阳能电池效率约为16%~17%，最高可达20%；薄膜太阳能电池效率纪律也达到22.3%。钙钛矿等新型太阳能电池可突破传统光伏电池30%的效率极限，将成为未来光伏产业的重要发展方向。

太阳能光热发电

2019年全球光热发电建成装机容量新增381.6MW，总装机在2018年6069MW的基础上增至约6451MW，增幅为6.29%。其中，中国光热发电市场新增装机200MW，占全球总新增装机量的52.41%。全球太阳能光热发电市场主要集中在西班牙和美国，其中西班牙太阳能光热发电累计装机容量236万千瓦，占全球太阳能光热发电装机容量的46%。美国太阳能光热发电装机容量约为178万千瓦。其他在运的太阳能光热电站分布在印度摩洛哥、阿尔及利亚、埃及等国家。随着摩洛哥，南非、中国等新兴市场的快速发展，预计未来两年全球太阳能光热发电装机容量有望迎来快速增长。

水力发电

水利发电是一种技术成熟、运行灵活、经济高效的清洁可再生能源发电技术。全球常规水力发电装机容量为10亿千瓦，年发电量约为4万亿千瓦时，按发电量计算，开发程度为26%。欧洲、北美洲水利发电开发程度分别达54%和39%，南美洲、亚洲和非洲水利发电开发程度分别为26%，20%和9%，其中，发达国家水能资源开发程度总体较高，发展中国家水电开发程度普遍较低有较广阔的发展前景。今后全球水电开发将集中于亚洲、非洲、南美州等资源程度不高、能源需求增长快速的发展中国家。

中国已具备300米及特高拱坝，35米跨度地下厂房洞室群，单机容量80万千瓦混流式水轮发电机组，500米及水头电单机容量35万千瓦抽水储能机组建设能力；正在建造100万千瓦级水轮发电机组；正在研发高水头大容量冲击式水轮机组。

地热能发电

地热能作为一种不受季节气候昼夜变化等外界因素干扰的清洁能源，正受到业界越来越多的重视。地热发电厂种类可分为一次蒸汽发电、二次蒸汽发电和混合蒸汽发电三种。

2018年，全球新增地热发电0.5GW，总装机容量达到13.3GW，地热能发电总量为89.3TWh。其中，土耳其（42%）和印度尼西亚（27%）在新装机容量中的占比最大，约占新增装机容量的2/3，其他新增地热发电的国家分别是美国（11%）、冰岛（9%）、新西兰（5%）、克罗地亚（3%）、菲律宾（2%）和肯尼亚（2%）。

海洋能发电

海洋发电在可再生能源发电中所占比例最小，大多数海洋发电项目侧重于规模相对较小的示范项目和不到1MW的试点项目。2018年，新增的海洋发电装机容量约2MW，总装机容量约532MW。两次潮汐拦蓄作用占总数的90%以上，发展活动遍布世界各地，但主要集中在欧洲，特别是苏格兰海岸，2018年在那里部署了大量的潮汐涡轮机。海洋能源的资源潜力空间很大，但尽管经过几十年的发展努力，它在很大程度上仍未得到大规模的开发利用。

生物质发电

2018年，全球生物质发电装机容量增加到130GW，发电量也增加到581TWh。欧盟仍是全球最大的生物质发电区域，2018年发电量增长了6%；中国的生物质发电量增量最快，增加了14%左右；亚洲的其他地区增长约16%；而北美的增加速度基本保持稳定。

2) 大规模储能技术

大规模储能主要应用于可再生能源并网、调频辅助服务、电力输配、分布式发电及微网等领域。全球储能产业自2008年以来一直保持快速增长的发展态势，截至2019年底，全球已投运储能项目累计装机规模为183.1GW，同比增长1.2%，其中中国已投运储能项目累计装机规模为32.3GW，占全球18%，同比增长3.2%。

抽水储能

抽水蓄能是全球装机规模最大的储能技术，也是目前发展最为成熟的储能技术。大部分抽水蓄能电站和水电站、核电站一起结合应用，在很多国家都有推广，尤其是发达国家，在核电的开发、水能、风能的利用和蓄能配套方面已有一定成功经验，其中日本、美国和欧洲等国的抽水蓄能电站装机容量占全世界抽水蓄能电站总和的80%以上。根据CNESA全球储能项目库的不完全统计，截至2018年底，抽水蓄能的累计装机规模占储电项目累计装机容量的95.74%。

2014-2018年中国抽水蓄能市场规模不断扩大。根据CNESA全球储能项目库的不完全统计，截至2018年底，中国已投运储能项目累计装机规模31.3GW，其中抽水蓄能的累计装机规模最大，为29.99GW，同比增长4.86%，占全国储能装机总规模的96%。

电化学储能

根据全球储能项目库（CNESA）初步统计，截止到2019年底，电化学储能的累计装机规模为8089.2MW，年增长率22.1%。新增投运的电化学储能项目主要采用锂离子电池、钠硫电池和铅蓄电池等储能技术，三种技术的新增装机规模共占全部新增项目装机规模的99%以上。从增速上看，钠硫电池的新增投运规模的同比增速最快，其次是铅蓄电池。

而根据CNESA不完全统计，截至2018年底，中国已投运电化学储能的累计装机规模位列第二，占比3.76%。

其他储能

压缩空气储能方面，美国、德国等国建设了压缩空气储能示范项目和储能电站，中国开发了500千瓦压缩空气储能发电动态模拟系统；深冷液化空气储能方面，中国、英国正在推进相关工程建设；热储能方面，中国和西班牙等国家建设了示范项目；氢储能方面，美国、加拿大、欧盟研制了储能系统。

(7) 能源互联网管理平台

1) 互联电网仿真平台

随着电力系统的发展和日益复杂，对系统供电可靠性要求愈来愈高。大型电厂的安全、经济送电，严重事故下防止大面积停电和系统瓦解等都与电网结构是否合理密切相关。电网的规划是以长期的负荷预测和电源规划方案为基础，确定最佳结构电网方案，以满足既经济可靠地输送电力，又能适应系统运行方式的变化，同时有利于电网的进一步发展等要求。输电网规划问题是一个多变量、多约束、多时段动态规划问题，它具有非线性、整数性、运行方式多样性、多阶段性的特点。

互联电网仿真平台集成了机电暂态仿真、电磁暂态仿真、机电暂态-电磁暂态混合仿真、分布式计算平台等功能，依托该平台，可以实现全国交直流大电网的快速批量仿真。该平台包括协同仿真平台和混合计算扫描平台。

其中，协同仿真平台基于国调中心和五个分中心智能电网调度控制系统，实现计算基础数据的统一组织和计算任务下发、联合方式调整、故障集集成、集群化并行计算等功能，满足国调中心和五个分中心同时应用的需要，成为开展国网公司500千伏以上主网年度运行方式协同计算分析的技术手段，并能够满足统一开展公司500千伏以上主网年度运行方式计算的需要。在协同计算平台上，国调中心和分中心可实现网络协同计算，逐步将集中计算模式转移到协同计算模式上来，实现国调中心、分中心计算数据的统一管理和分散维护、实时更新和即时发布，保证全网仿真数据的唯一性、准确性、完整性、规范性以及时效性，形成双向流动多层操作交互、全景感知的协同方式系统。

混合计算扫描平台基于超算平台的ADPSS交直流电网专用扫描软件，采用通信手段把节点计算资源无缝集成为一个有机整体，提供一种基于Internet/Intranet的通用计算平台，对计算请求和节点提供计算的能力进行合理匹配，以实现计算能力的高效、集成和共享。通过采用机电-电磁仿真方式，大幅提高了仿真的精确性和模型的准确度，同时借助于超算平台的计算资源，将新的方式计算技术正式投入应用，用以提高电网生产效率和安全性。此外，还进一步丰富了电力系统元件的仿真模型，包括直流线路一次电路及控制保护模型的电磁暂态模型等，进行复杂故障行为模拟；并结合电磁暂态仿真、机电-电磁混合仿真的思想对电网动态行为进行深度挖掘，深入揭示全国电网动态运行特性。

2) 电力交易技术支持系统

电力市场的运营涉及到电力市场、市场规则、市场监管以及电网安全运行等诸多问题，但归根到底是要组织电力市场成员，按照一定的市场运营规则竞价上网发电、购电，并对发电企业实际发电情况和供电企业及部分大用户实际购电情况进行计量、考核和结算，保障各方的经济利益。要在电网安全、稳定运行的前提下，公平、公正和准确无误地完成这些工作，就必须要有计算机网络、电能计量系统和电网调度系统的技术支持。通常将这些技术支持系统称为电力交易技术支持系统(Electricity Market Operation System，以下简称为EMOS)，构成它的主要功能系统包括：

1)电能计量系统(TMR)，用于自动、实时采集和统计各发电企业、供电企业和部分大用户在各时段，在网上实际交易的电量及相关数据。

2)实时数据采集、安全监控和系统稳定分析，即除原有能量管理系统(EMS)的经济调度之外的功能，用于保证电网的安全、稳定运行。

3)市场信息管理系统，包括内部信息系统和外部信息系统。内部信息系统提供对EMOS中其他子系统的信息支持，外部信息系统实现远程市场成员与市场交易管理机构之间上传报价数据、技术参数和发布竞价信息、下达发电计划等，还可以进行电能买卖合同的签订、结算信息的质疑，提供授权信息查询，完成市场成员管理，市场各成员也可以交流其他相关信息。

4)电力市场交易管理系统，用于预测有关竞价的市场信息、制定竞价上网发电计划和辅助服务计划。电能交易管理系统是EMOS的核心。

5)合同管理系统，用于对电力市场中的各种合同(期货交易合同、现货交易合同、实时交易合同和辅助服务合同等)进行管理，并作为交易结算的依据。

6)考核与结算系统，用于对已发生的电能交易，按合同进行实时或定期的考核、结算，并定期进行交易结算资金的银行划拨。

7)数据库管理系统，为各子系统的分析计算提供可靠、统一、完整的数据支持，提供规范的数据接口和稳定的数据操作界面，实现整个技术支持系统的信息共享。

8)系统运行支撑平台，提供各子系统的集中调度、模块管理、人机交互以及图表和报告处理等功能，是EMOS的最终集成体现。

3) 互联电网调度技术支持系统

在社会不断发展的背景下，我国电力需求量不断增加，电网系统也越来越复杂，保证电网系统的安全和稳定的发展显得十分重要。新一代互联电网调度技术支持系统，以面向服务为构架，构建基于安全分析的体系结构、面向设备的标准模型，采用可视化技术，实现各级调度的一体化运行。

互联电网调度技术支持系统需要满足能够进行一体化和经济化的运行，和能够进行自主的安全防御和检修维护等方面的要求，因此，互联电网调度技术支持系统在运用时，会受到因系统自主性大、范围广、对象多、突变原因复杂等多种问题造成的干扰，拖慢互联电网调度技术支持系统的完善和发展。

从横向上来看，互联电网调度技术支持系统需要通过统一的基础平台，才能够实现各类运用的一体化运行，以及各类运用与SG-ERP信息系统的协调运行，通过这种方式来达到主、备调间各应用功能协调运行，以及系统维护与数据同步的目的。

而从纵向上来看，互联电网调度技术支持系统则需要通过基础平台来实现上下级之间调度技术支持系统之间的一体化运行，并且在这个过程中还可以实现模型、数据、画面的源端维护。又可以通过调度数据网双平面的方式来实现厂站和调度中心之间，以及调度中心内部的数据采集和交换的可靠运行。D-5000平台采用先进的软件开发技术，具有标准、开放、可靠、安全和适应性强等特点，直接承载着实时监控与预警(新EMS)、调度计划(OPS)、安全校核(SCS)和调度管理(OMS)四大应用平台，对提高电网的调度运行水平、加快调度机构的标准化建设和提高调度业务精益化的管理具有重要而深远的意义。

4) 信息技术/操作技术集成平台

近两年，“工业4.0”、“智能制造”、“物联网”、“互联网”等新一轮工业革命的推进，制造业的智能化转型正在让现实与虚拟世界之间的界限变得越来越模糊，IT和OT的深度融合成为趋势。所谓IT，即信息技术(Information Technology)，是用于管理和处理信息所采用的各种技术总称，主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。OT指的是操作技术(Operation Technology)，是工厂内的自动化控制系统操作专员为自动化控制系统提供支持，确保生产正常进行的专业技术。

OT被认为是现代工业的支柱。它控制着工厂的基础设施，并使工厂生产线正常运转。随着更多的机器和组件相互连接，OT的重要性得到了增强。通过提供工厂车间的实时信息，物联网(IoT）正在模糊办公室和车间工厂之间的界限。

IT/OT集成平台云上部分通过提供IaaS、PaaS服务能力,满足公司资源统一管理、数据去边界、应用高可靠、运营流程打通、研发效率提升的建设目标，推动数字化转型。实现数据中心的计算、网络及存储资源的统一管控，自动匹配和选择最适合的资源状态，为各类业务系统按需供给基础资源；满足业务应用跨数据中心自动迁移的功能。云平台通过软件定义网络、分区分域管理多个数据中心，实现应用的云上高可用，满足云平台的分布式架构。物联平台部分定位于提供设备管理、数据管理、应用管理等服务，有效解决采集终端重复建设、跨专业和跨系统数据重复采集等问题，实现各类终端设备标准化接入和统一物联管理。

5) 综合能源系统

近年来，工业化、信息化及互联网的多维融合成为了各国能源工业发展的主题，德国的工业4.0、美国的工业互联网引领着国外能源工业的发展。随着能源供给侧改革及电力体制改革的推进，我国能源发展进入新时期，在“互联网+”综合能源、中国制造2025及两化融合的时代背景下，能源产业与信息技术的深度融合已经成为现代能源体系的重要形态及发展模式。能源服务从传统能源建设及供应向信息化、数字化、智慧化的能源服务模式转变。能源价值已由传统单一的能源价值链纵向延伸向多要素协同合作的横向互联价值网络转变。

新时期综合能源业务不仅包括能源生产消费基础设施建设，还包括多能协同的综合能源网络和信息化平台建设，通过广泛互联的信息平台部署，推动能源与信息通信基础设施深度融合，实现综合能源智能化、集中化的运营管理，打造开放共享的综合能源信息化生态体系。信息通信技术是推动综合能源服务产业发展、提升综合能源服务质量和水平的重要驱动力。

综合能源系统全力打造状态感知、优化控制和交互应用，是智能运维、园区一体化供能、用能监控、数据增值服务、能源托管等业务的信息化支撑工具，也是推动构建共建共治共赢的产业生态圈的信息化平台，打造融合跨行业数字能源信息共享平台、智慧高效能源公共服务平台、综合能源一体化运营管理平台三重功能的一体化平台，实现综合能源（电、冷、热、气）综合管理与能源智能运营全业务支撑（生产、调度、营销），为政府、能源消费者、能源运营商、能源产品商等多元化用户提供“一站式”综合能源信息化智慧服务，实现能源“统一管理、统一运营、多能协作、联合服务”的信息化支撑，形成“一体化联动”的能源互联网生态圈，以智能化平台推进优质化服务。

以“平台性、开放性、共享性”理念建设综合能源系统，基于灵活、开放、可扩展的技术架构，搭建一套随着业务的发展可以不断自我演进的平台，同步积累数据价值，沉淀业务能力，快速响应多场景的前台业务变化，提升应用开发效率，进一步加强公司综合能源和新兴业务价值创新能力。

四、国内外研究进展比较

国民经济的快速发展，大大促进了我国能源互联网设备领域的快速发展，目前我国电力行业在能源互联网设备方面已经达到了多个行业之最。

全球最长特高压直流输电线路

2010年7月8日，向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程投入运行，为我国继云广待高压直流工程之后又一特高压直流输电工程。该工程于2007年4月26日通过国家核准，起于四川宜宾复龙换流站，止于上海奉贤换流站，途经四川、重庆、湖北、湖南、安徽、浙江、江苏、上海等8省市，四次跨越长江。线路全长1907公里，输送能力达700万千瓦级，是世界上输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进、电压等级最高的直流输电工程。该工程由我国自主研发、自主设计和自主建设，是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。

全球最高输电电压等级

1000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程，是世界上运行电压等级最高、技术水平最先进、我国具有完全自主知识产权的交流输变电工程。该工程起于山西晋东南变电站，经河南南阳，到湖北荆门变电站，全长640公里。工程于2006年底正式开工，2009年1月投入商业运行，2010年8月通过国家验收。该工程在世界上首次研究提出了特高压交流输电技术标准体系，修订和发布多项国家标准和企业标准，确立了我国在特高压输电技术研究、装备制造、工程设计、建设和运行领域的国际领先地位。

全球最多百万千瓦火电机组

截至目前，全国范围内已投产的单机容量100万千瓦超超临界火电机组共有47台，投运、在建、拟建的百万千瓦超超临界机组数量居全球之首。2004年6月，国内首个百万千瓦超超临界机组工程——华能玉环电厂一期工程开工建设。随着华能玉环电厂、华电邹县电厂、国电泰州电厂等一批百万千瓦级超超临界机组相继投入运行，标志着我国已经成功掌握世界先进的火力发电技术，我国的电力工业已经开始进入“超超临界”时代。2006年，上海电气成功制造我国第一套100万千瓦级超超临界机组，标志着我国已具备世界最先进机组的研制能力。

全球最长特高压直流输电线路

2010年7月8日，向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程投入运行，为我国继云广待高压直流工程之后又一特高压直流输电工程。该工程于2007年4月26日通过国家核准，起于四川宜宾复龙换流站，止于上海奉贤换流站，途经四川、重庆、湖北、湖南、安徽、浙江、江苏、上海等8省市，四次跨越长江。线路全长1907公里，输送能力达700万千瓦级，是世界上输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进、电压等级最高的直流输电工程。该工程由我国自主研发、自主设计和自主建设，是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。

全球最早运行百万千瓦级超超临界空冷机组

2010年12月28日，由中国华电集团公司投资建设的华电宁夏灵武发电有限公司二期工程3号机组顺利通过168小时满负荷运行。标志着具有我国独立知识产权的世界首台百万千瓦级超超临界空冷机组正式投产，这将彻底改写中国空冷机组技术设备依赖进口的历史，预示着我国空冷电站设备设计制造和电力工业技术等级达到世界先进水平。

全球最大水电装机

截至2011年底，全国水电装机容量（含抽水蓄能）达到2.3亿千瓦，持续雄居世界第一。早在2001年，我国常规水电装机达到7700万千瓦，首次超过美国跃居世界第一位。此后几年，我国水电持续快速发展。到2004年，以公伯峡首台30万千瓦机组投产为标志，我国水电装机容量突破1亿千瓦。到2010年，随着小湾水电站4号机组投产，我国水电总装机容量突破2亿千瓦。期间，建成了三峡、龙滩、拉西瓦、构皮滩、瀑布沟等一大批巨型电站，正在建设溪洛渡、向家坝、锦屏一二级、糯扎渡等工程。

但我国在清洁能源技术方面较国外研究水平仍存在差距，仍需要进一步深入，如地热能、沼气、风力、太阳能、潮汐能等。

五、技术应用的影响和作用

能源互联网是未来能源发展的必然方向，而能源互联网设备是现代能源系统的重要基础。能源技术和能源制度需要有更高的要求才能满足生态文明建设需求。如果在生态文明的阶段，社会持续向前发展，人口数量持续增长，产品生产、服务、消费等智能化、信息化能力全面提升。为了更大化的降低自然资源和能源的消耗，降低环境污染，实现生态平衡，除了针对传统能源需要研究改进相应技术，我们更需要努力开发能源互联网设备及平台标准化技术。

推进能源互联网设备及平台标准化，建设以多能融合、开放共享和智能调控为特征，实现不同层次的市场主体统一灵活接入信息服务平台，将现代能源系统向能源互联网推进，具有重要的战略意义。

六、关键技术趋势展望

未来五年，是能源互联网发展的重要阶段，依托设备与平台的关键技术的突破是能源互联网发展的关键所在。其中能源路由器、能源互联网安全设备、交易设备以及设备（与平台）标准化建设是未来能源互联网发展的主要趋势。

(8) 能源互联网关键设备—能源路由器

2008年，美国国家科学基金资助的FREEDM计划对Energy Internet进行研究，将信息技术、电力电子技术等引入电力系统，并提出了能源路由器的概念，期望在配电网络层面实现能源互联。能源路由器是能源互联网的关键设备，当前研究的能源路由器架构主要以电能路由器为对象，基于电力电子变换技术的电能路由器，具备高度的可扩展性，其即插即用的特点为可再生能源发电装置、储能设备及各种类型的电能负载大量接入提供了灵活多样的接口形式，实现能量的多向流动能力及对功率流的主动控制，促进分布式能源系统和智能配电网的有效结合。

能源路由器(IEM)又被称为智能能量管理设备，为能源互联提供物理通信接口，用于增强HVAC输电网、MVAC配电网、LVAC\LVDC母线之间的联系，以实现能源的调度管控、故障隔离等功能。

图 14 能源路由器

目前，我国在电能路由器研究上取得新的突破，由清华大学电机系与无锡清盛电力电子有限公司联合研制的交直流混合多端口10kV/1MW电能路由器，成功通过场内型式试验和第三方测试认证机构的相关测试，各项技术性能满足合同和相关技术标准，综合技术指标全面达到国际先进水平。

该电能路由器由以电能功率变换模块为主的电气物理层，以通信模块、中央控制器和管理与应用模块等为主的电气信息层构成，具有AC10kV、DC10kV、DC±375V和AC380V四个双向端口，各个端口额定容量均可达到1MW，四个端口两两隔离，相互独立运行。该设备的成功研发及进一步的产业化发展，将有助于加快推动我国能源互联网的发展。

电能路由器的应用将改变传统电网结构，实现能源互联网、智能微网、分布式能源信息流和电能流的高度融合。未来的能源路由器将支持用户个性化需求，要求路由器具有针对性解决方案，对于特定设备，如电动汽车，为其提供包括供电管理、电流水平和能源价格等用电策略。

(9) 基于人工智能技术的能源互联网安全设备

基于人工智能技术的电力安全设备是未来能源互联网发展的主要趋势。其中智能机器人和无人机技术设备是人工智能代替人类完成高危、复杂工作的典型案例。目前很多国家的电力公司都开始使用无人机对线路巡检，使用机器人对变电站进行巡检。目前我国的特高压输电线路已经开始使用无人机进行线路安全巡检。

图 15 无人机巡检线路技术

虚拟现实技术也是人工智能领域的热点，也是未来能源互联网发展的重要方向。其利用计算机技术与信息技术，模拟真实场景，实现现实与虚拟的同步。利用虚拟现实技术可以通过故障特征准确高效确定故障类型和准确位置，模拟真实输电线路，利用故障发生时的实时数据对故障类型、故障位置进行反向推断，减少故障恢复时间，有效保证城市配电网安全稳定运行。2018年12月20日，全球首个电脑虚拟调度员在中国浙江省杭州市供电公司运行。名叫“帕奇”的虚拟电网机器人可以胜任调度员的工作，进行配电网的电力调度。

人工智能技术在电力领域的应用具有广阔前景。电网系统控制、局部巡检、故障检测与实操培训，人工智能都提供安全完善的解决方案。未来能源互联网的应用层面的发展拉动人工智能技术的快速发展，人工智能技术也将提高全球能源互联网的稳定性、可靠性和安全性。

(10) 基于区块链技术的能源互联网交易设备

到2025年，电力市场体系逐渐完善，电力市场价格机制逐步成熟，电力市场的发展，促进多元化主体参与市场交易。能源互联网接入设备不仅为终端能源设备提供接入服务，同时承担着能源计量、交易、结算的能源市场任务。未来能源互联网中的市场主体和交易类型都将变得非常丰富，为满足众多的分布式用户的海量用能需求，去中心化的交易模式是必然选择。区块链技术与能源互联网的有效结合是未来能源互联网交易的发展趋势。

区块链目前最领先的应用场景在金融领域，已经有多种区块链框架用于交易认证，虚拟资产认证，数字资产背书等，这与能源互联网重视市场化的方向是相一致的。区块链交易平台能够同时接入物理层与信息层，物理层方面，传统的采集模块往往采用嵌入式或单片机设备进行信息采集，区块链交易平台需要自己搭建操作系统，并在操作系统上安装区块链相关插件。手机行业的部分嵌入式芯片，树莓派，华硕ASUS tinker board等是新型的Cortex-A系列嵌入式开发板，目前树莓派最新版为树莓派3B，板型图如图所示，它采用博通BCM2837，包含4个CortexA53核心，CPU频率达到1.2GHz。自带无线网卡和蓝牙模块便于与其他设备的无线连接。自带的HDMI接口为可视化提供了方便，10/100以太网接口使得树莓派可以与其他设备进行TCP/IP网络通信，四个USB接口可以接入丰富外部设备极大提升了其扩展能力，并且包含40个GPIO口，支持UART（通用异步收发传输器）使其能够良好的进行串口通讯，可以实现控制模块的模拟或者外接其他控制模块。

图 16 Raspberry3B主板展示

能源互联网与分布式能源紧密相关，区块链技术作为当今互联网最炙手可热的分布式应用，基于区块链技术的能源互联网交易平台的设计与实现是能源互联网设备与平台的发展的重要方向，区块链技术目前处于初步发展的阶段，能源区块链更是如此，往后随着技术的发展，将有更多能源方面的区块链应用出现。

(11) 能源互联网设备与平台标准化

能源互联网设备及平台标准化的体制问题、政策问题、能源价格机制问题、能源激励和约束不匹配等制度问题，导致高耗能、高污染、低产出这样的生产局面。所以，能源互联网设备及平台标准化工作是生态文明发展迫在眉睫的客观需求。

2016年，国家发改委等公布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，明确了我国能源互联网的发展计划和目标，力争在2025年前初步建成能源互联网的产业体系，构建比较完善的技术体系和标准，逐步推进成果的国际化。能源互联网的核心是智能电网，现有智能电网标准化建设已经取得积极成果，国家已经将智能电网标准化纳入《战略性新兴产业标准化发展规划》。中国智能电网标准体系框架已经编制完成，形成了有9个专业分支、25个技术领域、110个标准系列的技术标准体系。针对新能源并网、智能变电站、智能调度、电动汽车充电设施建设等领域开展的智能电网综合标准化试点工作获得国家批准。在智能电网重点领域重点标准建设已经取得突破，风电、光伏等新能源接入电力系统标准已经修订完成，特高压交直流标准体系已经建立，《智能变电站技术导则》、IEC61850系列标准关键标准相继编制完成，智能电能表、配电网自动化、微电网及需求侧管理等重要标准正在稳步推进。在国际标准化方面，我国成功申请成立了国际电工委员会智能电网用户接口项目委员会、可再生能源接入电网分技术委员会、微电网系统评估组，由我国担任国际标准召集人，确定了我国在智能电网国际标准化工作中的地位。但目前能源互联网设备及平台标准化建设整体处于不完善的情况，目前已有标准主要覆盖电力以及一部分业务应用和设施类，但内容覆盖均不完整，重点缺失感知等信息类设施、数据资源、应用平台、服务于业务，业务应用也还不够丰富。

充分遵循已有国际、国家信息安全相关标准，参考行业综合能源相关标准。目前，国家层面的能源互联网设备及平台标准化体系尚未建成，结合我国能源互联网技术和产业发展实际，调动有关示范项目单位和相关标准化组织共同参与能源互联网标准体系建设，形成多方参与、多元共建的能源互联网标准化工作格局，建立完善符合能源互联网发展需求的标准化组织体系。通过综合分析能源互联网涉及的技术、应用全生命周期建设需求，标准化建设工作主要针对信息平台建设中的能源基础设施智能化、能源数据服务、综合能源平台建设、服务与业务等过程进行的规范化约束，设备产品接口类型、数据格式、通信协议、基础功能进行标准化设计；完成能源互联网软硬件体系基础和通用标准，涵盖术语、概念模型、体系架构、通用用例、信息安全、示范试点验收和评价等方面技术要求，满足能源互联网示范试点项目建设需要和逐步应用需要。目标到2025年，形成能够支撑能源互联网产业发展和应用需要的设备及平台标准体系，全面支撑能源互联网项目建设和技术推广应用，支撑我国在能源互联网国际标准化工作中影响力大幅提升，发挥引领作用。