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                    分布式信息能源系統理論與應用專題序言

                    張化光 孫宏斌 劉德榮 王劍輝 孫秋野

                    張化光, 孫宏斌, 劉德榮, 王劍輝, 孫秋野. 分布式信息能源系統理論與應用專題序言. 自動化學報, 2020, 46(9): 1767?1770.
                    引用本文: 張化光, 孫宏斌, 劉德榮, 王劍輝, 孫秋野. 分布式信息能源系統理論與應用專題序言. 自動化學報, 2020, 46(9): 1767?1770.
                    Zhang Hua-Guang, Sun Hong-Bin, Liu De-Rong, Wang Jian-Hui, Sun Qiu-Ye. Introduction to the special session on theory and application of distributed information energy systems. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1767?1769.
                    Citation: Zhang Hua-Guang, Sun Hong-Bin, Liu De-Rong, Wang Jian-Hui, Sun Qiu-Ye. Introduction to the special session on theory and application of distributed information energy systems. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1767?1769.

                    分布式信息能源系統理論與應用專題序言

                    詳細信息
                      作者簡介:

                      博士, 東北大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow, 教育部長江學者. 主要研究方向為自適應動態規劃, 模糊控制, 網絡控制, 混沌控制, 能源互聯網. E-mail: hgzhang @ieee.org

                      博士, 清華大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow, 教育部長江學者. 主要研究方向為智能電網, 可再生能源, 能源互聯網, 電力系統信息論和無功電壓優化控制. E-mail: shb@tsinghua.edu.cn

                      博士, 廣東工業大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow. 主要研究方向為智能控制理論及應用, 人工神經網絡, 模糊系統, 計算神經科學, 電力系統運行與控制. E-mail: derong@gdut.edu.cn

                      博士, 美國南衛理公會大學教授, 博士生導師. 主要研究方向為智能電網, 電力系統運行和控制, 能源互聯網. E-mail: jianhui@smu.edu

                      博士, 東北大學教授, 博士生導師. 主要研究方向為網絡控制技術, 分布式控制技術, 分布式優化分析及其在能源互聯網, 微電網, 配電網中的各種應用. E-mail: sunqiuye@ise.neu.edu.cn

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                    出版歷程
                    • 收稿日期:  2020-08-01
                    • 網絡出版日期:  2020-09-28
                    • 刊出日期:  2020-09-28

                    分布式信息能源系統理論與應用專題序言

                      作者簡介:

                      博士, 東北大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow, 教育部長江學者. 主要研究方向為自適應動態規劃, 模糊控制, 網絡控制, 混沌控制, 能源互聯網. E-mail: hgzhang @ieee.org

                      博士, 清華大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow, 教育部長江學者. 主要研究方向為智能電網, 可再生能源, 能源互聯網, 電力系統信息論和無功電壓優化控制. E-mail: shb@tsinghua.edu.cn

                      博士, 廣東工業大學教授, 博士生導師, IEEE Fellow. 主要研究方向為智能控制理論及應用, 人工神經網絡, 模糊系統, 計算神經科學, 電力系統運行與控制. E-mail: derong@gdut.edu.cn

                      博士, 美國南衛理公會大學教授, 博士生導師. 主要研究方向為智能電網, 電力系統運行和控制, 能源互聯網. E-mail: jianhui@smu.edu

                      博士, 東北大學教授, 博士生導師. 主要研究方向為網絡控制技術, 分布式控制技術, 分布式優化分析及其在能源互聯網, 微電網, 配電網中的各種應用. E-mail: sunqiuye@ise.neu.edu.cn

                    English Abstract

                    張化光, 孫宏斌, 劉德榮, 王劍輝, 孫秋野. 分布式信息能源系統理論與應用專題序言. 自動化學報, 2020, 46(9): 1767?1770.
                    引用本文: 張化光, 孫宏斌, 劉德榮, 王劍輝, 孫秋野. 分布式信息能源系統理論與應用專題序言. 自動化學報, 2020, 46(9): 1767?1770.
                    Zhang Hua-Guang, Sun Hong-Bin, Liu De-Rong, Wang Jian-Hui, Sun Qiu-Ye. Introduction to the special session on theory and application of distributed information energy systems. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1767?1769.
                    Citation: Zhang Hua-Guang, Sun Hong-Bin, Liu De-Rong, Wang Jian-Hui, Sun Qiu-Ye. Introduction to the special session on theory and application of distributed information energy systems. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(9): 1767?1769.
                    • 分布式信息能源系統(Distributed cyber energy system, DCES)是能源互聯網(Energy internet, EI)順應新時代、新機遇與新挑戰的產物, 是能源發展的新階段與新形態. 能源作為信息的載體催生出海量能源數據, 而信息技術的發展又將反哺能源網絡的改造和升級. DCES通過信息流與能量流的交互影響, 實現能源互聯網的計算、優化、控制與管理的深度融合, 以安全、高效、可靠和實時的方式感知與管控能源系統, 實現多能源系統之間的自治與協作.

                      隨著可再生能源的高速發展、信息智能技術深度融合以及終端用能的多樣化需求使得能源生產、分配及消費形式都出現了顯著地變化, 呈現出時空異步、信能融合、多能互補以及智物協同的新趨勢, 這使得終端信息能源系統的平衡、協同、管控、優化必須與之相適應. 如何實現終端的能源綠色高效利用成為全球廣為關注的熱門問題. DCES及其相關技術為解決上述問題提供了可行的方案.

                      針對DCES方法驅動原則, 建模分析、狀態監控、數據優化、控制決策以及能量調度管理等“方法型”特點, 以CNKI論文278篇, Web of Science論文353篇為檢索庫, 采用科學知識圖譜的方法形成學術地圖如圖1所示. 可以看出DCES的熱點研究主要從人工智能、機器學習、強化學習、主從博弈、分布式優化、交替乘子法等方面逐步擴散.

                      圖  1  DCES“方法型”重點領域學術地圖

                      Figure 1.  DCES is a “methodical” academic map of the focus area

                      《自動化學報》 與《中國電機工程學報》 針對這一熱點領域, 共同組織了“分布式信息能源系統”專題. 該專題受到廣大同行專家的積極響應, 收到了近百篇投稿, 總錄用率接近20%, 《自動化學報》 所錄用文章主要以方法驅動, 《中國電機工程學報》 所錄用文章主要以對象驅動. 本次專題文章集中反映了近年來DCES及其相關技術的最新成果, 以供廣大科技工作者了解和研討. 《自動化學報》 本期出版的7篇論文, 內容涉及綜合能源系統的研究綜述、機理模型、分布式優化、主從博弈、經濟調度、協同控制等多個方面.

                      在 《中國電機工程學報》 中, 針對分布式信息能源系統的多場景應用, 中國農業大學付學謙與清華大學孫宏斌等從園區農業能源互聯網的典型模式、理論體系、獨特性、發展趨勢等方面, 提出了農業園區能源互聯網的在線安全分析思路, 促進了新能源開發與農業交叉融合發展. 而為了保障系統的穩定運行, 華北電力大學龔剛軍等, 針對電網與電力通信網提出了可由客觀因素修正主觀賦權的多指標綜合評價方法, 建立了電網節點的重要度評價指標體系, 為網絡重構級骨干網架搜索提供參考.

                      DCES由于各種不可抗力原因, 造成能源孤島的情況時有發生. 南京郵電大學張占強、竇春霞等針對孤島微電網中由不匹配饋線阻導致的無功均分偏差的問題, 提出了一種事件觸發的電壓分布式協同控制策略, 通過穩定的DGs電壓同步來改善無功均分精度.

                      隨著能源市場終端需求的改變, 市場結構已經由傳統的垂直一體式結構逐步轉向為交互競爭式, 山東大學的王海洋等提出了基于主從博弈的社區綜合能源系統分布式協同優化運行策略, 求解出該信息能源系統的目標最優交互策略. 在有源配電網的分布式經濟調度中, 經常會受到網絡攻擊、或個體欺騙問題, 武漢大學樂健、周謙等考慮到分布式系統全局信息難以獲取的特點, 以微增成本為一致性變量設計了完全分布式經濟調度策略, 采用偏差修正方法設計了相應的應對策略.

                      當系統框架建立完成, 穩定運行得到保障, 如何最優化信息能源網絡的能量管理成為關鍵. 上海交通大學韓赫、張沛超等首先對區域熱電系統的物理模型抽象化, 建立了關鍵設備的凸優化模型, 之后利用交替方向乘子法對集中式熱電最優潮流問題進行了分解, 通過具有分散式決策能力的信息物理模塊化, 實現了能量流、信息流和價值流的協同能量管理. 而天津大學李浩、趙軍等提出基于熵的能力與信息的一致標度, 利用熵理論同時對由能級降低造成的能量不可用性和由不確定性造成的能量不可用性進行量化, 很好地解決了可再生能源的波動和不確定性問題.

                      安全問題不僅局限于DCES的穩定運行, 還體現在面對臺風、地震等極端自然災害面前的安全性和可靠性. 東北電力大學李雪等首先建立了海島綜合能源系統及其面臨極端自然災害下個元件故障率的數學模型, 并分析了系統魯棒性、快速性、冗余性等韌性量化指標.

                      《自動化學報》 本著方法驅動的原則, 聚焦于DCES的監測、建模、優化、控制以及調度等方面的關鍵技術實現. 近年來, 國內外學者針對有關分布式信息能源系統的各種關鍵理論與工程技術, 開展了大量的科學研究和理論分析.

                      針對網絡安全與故障過程監控, 華東理工大學的姜慶超和顏學峰以單元?變量分層貢獻圖的方式, 對故障單元以及故障變量實現了分層定位. 同時, 東北大學胡旭光、馬大中等利用生成式對抗網絡對數據缺失進行了可靠性補償, 基于關聯信息對抗學習建立了綜合能源系統的運行狀態分析方法.

                      多系統、多耦合的DCES在實際建模過程中, 經常面對機理建模困難的問題. 華中科技大學平作為等基于數據驅動稀疏學習算法, 將人工智能引入微電網建模, 同時實現負載模型結構選擇和參數的校準.

                      與已有電、氣、熱等單一供能系統一樣, 如何實現系統的分布式協同優化、管理、控制也是人們重點關注的問題. 大連海事大學的滕菲、單麒赫等基于寬度學習、帶有廣義噪聲的多智能體分布式優化相關理論, 建立了智能船舶綜合能源的系統的能量優化調度模型, 實現高效的能源優化調度. 三峽大學的席磊等利用了資格跡及雙重Q學習, 在避免傳統強化學習動作探索值易高估的同時, 實現了分布式多區域多能微網的協同.

                      關于DCES的能量調度和管理, Denver大學高文忠等引入輔助變量可將連續通訊離散替代化, 并利用異步動態事件觸發可以很好地解決. 隨著人工智能在能源系統起到越來越大的作用, 北京理工大學的夏元清等利用機器學習算法對采集到的風、光電功率進行短時預測.

                      DCES建模、場景應用、網絡架構、優化配置、安全運行等方面研究尚處于初期階段, 迫切需要通過理論和實踐創新來解決新形勢下信息能源系統面臨的新問題. 衷心希望能夠與各位作者、讀者共同探討關于分布式信息能源系統各個方面的理論與實踐應用問題.

                      衷心感謝有關專家對于本專題的大力支持, 同時感謝 《自動化學報》 編輯部對于本專題策劃組織以及順利出版做出的努力. 希望本專題的出版能夠對關心和從事相關研究的專家提供參考, 推動我國信息能源系統相關領域的科技進步.

                      參考文獻 (15)

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