专栏：数智化能源互联网 2025(7)
发刊词
数智化能源互联网融合了能源电力与信息通信技术，正成为全球能源领域竞争的新高地。通过数字化、智能化技术的深度融合，能源互联网实现了从电能、热能等多能源的生产、传输、分配到消费的全时监控与协同优化，突破了效能瓶颈。先进的功率器件、通信网络、大数据分析和人工智能等技术在这一过程中发挥了关键作用，支撑了能源互联网的稳定运行、高效调控与安全防护等重要应用，促进国家“双碳”战略目标的实现。本专栏旨在搭建数智化能源互联网领域的学术交流高地，聚焦能源互联网与信息通信技术融合的前沿问题与技术创新。我们邀请了能源、电力、通信、信息多个领域的知名专家学者组成编委团队，面向国内外科研院所和企业征集稿件，得到了学界同仁的热烈响应。经过严格的同行评审与遴选，本专栏汇集了多篇具有创新性和代表性的论文，为读者呈现了该领域最新的科研成果。
本期专栏内容丰富，从基于太赫兹技术的能源电气设备可信安全、先进大功率电子器件研发、数字孪生电力信息物理系统构建等多个角度展现了数智化能源互联网领域的新理念、新方法和新应用，为能源与信息通信交叉融合的创新提供了有益启示。在此，我们谨向关心和支持本专栏出版的各级领导、编委专家以及所有踊跃投稿的作者们表示衷心的感谢！感谢你们的支持与付出，使本期专栏得以顺利出版。我们衷心希望，所收录的研究成果能为数智化能源互联网领域的研究与实践注入新的活力和灵感，推动该领域持续创新与发展。
本期专栏主编：杨 挺
本期专栏编委：刘 东，胡泽春，杨 强，刘 俊，仝 杰
专栏主编简介 :
杨 挺，天津大学教授，博士生导师，学科带头人，全球前 2%顶尖科学家(终身科学影响力)，教育部新世纪优秀人才。任国家级政府间“能源信息学和需求响应技术”联合中心主任， 国家级电气电子实验中心主任。担任多个 IEEE/IET 期刊编委和特刊主编，获“杰出特约主编”。发表高水平论文 150 余篇，出版专著 4 部。成果获得省部级科技进步一、二等奖 8 项。先后参与制定了《智能电网工程科技中长期发展战略规划》等多部国家级的智能电网发展战略文件和国际标准。
文章列表
2025, 23(7):663-670.
DOI: 10.11805/TKYDA2024550
摘要:
随着高频斩波调制技术的应用，直流微电网中超高频噪声干扰愈发严重，极端情况下已影响到系统的稳定运行。为提升系统抗干扰能力和动态运行性能，本文提出一种面向含储能系统的直流微电网分层协同抗扰控制方法。设计了一种非平滑复合调节法则，通过采用前馈补偿缓解不断增加的超高频噪声扰动；基于低通信成本的非平滑动态平均共识协议，建立了一种动态下垂策略，旨在为荷电状态均衡进行动态功率分配；利用动态功率分配策略和每个储能单元的一次控制，确保荷电状态动态平衡和系统级母线电压的稳定性。通过硬件仿真验证，相较于常规策略，所提策略具备更强的抗干扰能力，可用于多种储能支撑微电网系统的稳定性。
随着高频斩波调制技术的应用，直流微电网中超高频噪声干扰愈发严重，极端情况下已影响到系统的稳定运行。为提升系统抗干扰能力和动态运行性能，本文提出一种面向含储能系统的直流微电网分层协同抗扰控制方法。设计了一种非平滑复合调节法则，通过采用前馈补偿缓解不断增加的超高频噪声扰动；基于低通信成本的非平滑动态平均共识协议，建立了一种动态下垂策略，旨在为荷电状态均衡进行动态功率分配；利用动态功率分配策略和每个储能单元的一次控制，确保荷电状态动态平衡和系统级母线电压的稳定性。通过硬件仿真验证，相较于常规策略，所提策略具备更强的抗干扰能力，可用于多种储能支撑微电网系统的稳定性。
2025, 23(7):671-676.
DOI: 10.11805/TKYDA2024557
摘要:
随着以光伏发电(PV)为代表的可再生能源分布式发电渗透率提升，有源配电网面临潮流倒送、电压越限等问题。因光伏逆变终端与中央控制器间通信为全时全域异构网络，通信延时不可避免，导致控制性能降低甚至系统失稳。为此，设计光伏逆变器有功功率控制，调整配电网功率分布与调节节点电压；提出计及通信时延的线性化状态空间模型，采用线性矩阵不等式(LMI)方法获得通信时延依赖稳定性准则，确定时延裕度，保证系统运行稳定性。仿真试验结果表明，所构建空间模型及时延裕度计算能够有效提升系统鲁棒性，并适用于有源配电网中的多光伏系统。
随着以光伏发电(PV)为代表的可再生能源分布式发电渗透率提升，有源配电网面临潮流倒送、电压越限等问题。因光伏逆变终端与中央控制器间通信为全时全域异构网络，通信延时不可避免，导致控制性能降低甚至系统失稳。为此，设计光伏逆变器有功功率控制，调整配电网功率分布与调节节点电压；提出计及通信时延的线性化状态空间模型，采用线性矩阵不等式(LMI)方法获得通信时延依赖稳定性准则，确定时延裕度，保证系统运行稳定性。仿真试验结果表明，所构建空间模型及时延裕度计算能够有效提升系统鲁棒性，并适用于有源配电网中的多光伏系统。
2025, 23(7):655-662.
DOI: 10.11805/TKYDA2025031
摘要:
为提升对有源台区内海量分布式电力设备的安全管理能力，提出一种面向有源台区的电力设备太赫兹指纹识别防篡改与分簇联邦学习协同方法。首先通过特殊的工艺制作电力设备太赫兹标签，提供物理防伪基础；进而提出一种双分支多模态卷积神经网络识别设备指纹是否存在异常篡改；最后设计了一种分簇联邦学习(FL)训练方法，避免因隐私问题导致的防篡改识别模型的数据难以共享共用，并实现有源台区内多设备太赫兹指纹数据的分布式联合建模与高效协同训练。实验结果表明，本文所提方法的指纹识别精确度达到90%以上，比传统直方图相似度算法识别精确度提升了212%。本文所提方法在提高设备指纹识别精确度、增加训练效率和数据可用不可见等方面均具有显著优势，为电力设备的安全监测及预防攻击提供了新的技术路径。
为提升对有源台区内海量分布式电力设备的安全管理能力，提出一种面向有源台区的电力设备太赫兹指纹识别防篡改与分簇联邦学习协同方法。首先通过特殊的工艺制作电力设备太赫兹标签，提供物理防伪基础；进而提出一种双分支多模态卷积神经网络识别设备指纹是否存在异常篡改；最后设计了一种分簇联邦学习(FL)训练方法，避免因隐私问题导致的防篡改识别模型的数据难以共享共用，并实现有源台区内多设备太赫兹指纹数据的分布式联合建模与高效协同训练。实验结果表明，本文所提方法的指纹识别精确度达到90%以上，比传统直方图相似度算法识别精确度提升了212%。本文所提方法在提高设备指纹识别精确度、增加训练效率和数据可用不可见等方面均具有显著优势，为电力设备的安全监测及预防攻击提供了新的技术路径。
2025, 23(7):677-684.
DOI: 10.11805/TKYDA2024575
摘要:
近年来，基于数字孪生的研究逐步在电力通信领域展开，其中部分工作着重于数字孪生模型的构建和虚实映射能力，另有研究探索了多路径路由优化技术，但在动态故障恢复中的应用仍较为有限。为此，本文提出一种基于数字孪生的迂回路由重构方法，通过构建电力通信网的数字孪生体，对链路运行参数和通信设备进行建模分析。该方法通过实时监测网络状态，能够自动判断故障节点。同时，在路由重构规划中，引入改进遗传算法(IGA)，充分考虑链路时延、带宽和电力业务的优先级，确保了迂回路径选择的精准性与高效性。实验结果表明，数字孪生和改进遗传算法的引入显著缩短了故障恢复时间，提升了通信质量与网络自适应性，为电网的安全运行提供了可靠的技术保障。
近年来，基于数字孪生的研究逐步在电力通信领域展开，其中部分工作着重于数字孪生模型的构建和虚实映射能力，另有研究探索了多路径路由优化技术，但在动态故障恢复中的应用仍较为有限。为此，本文提出一种基于数字孪生的迂回路由重构方法，通过构建电力通信网的数字孪生体，对链路运行参数和通信设备进行建模分析。该方法通过实时监测网络状态，能够自动判断故障节点。同时，在路由重构规划中，引入改进遗传算法(IGA)，充分考虑链路时延、带宽和电力业务的优先级，确保了迂回路径选择的精准性与高效性。实验结果表明，数字孪生和改进遗传算法的引入显著缩短了故障恢复时间，提升了通信质量与网络自适应性，为电网的安全运行提供了可靠的技术保障。
2025, 23(7):699-710.
DOI: 10.11805/TKYDA2025013
摘要:
随着城市电气化和可再生能源技术的发展，分布式电源在配电系统中发挥着重要作用，但其随机波动性和不确定性对系统的智能化调控和稳定性提出了挑战。为此，本文基于数智化能源互联网的信息物理系统(CPS)融合理念，提出一种新的概率潮流计算方法。该方法通过构建信息物理融合模型，利用传感与计算的协同机制全面感知系统动态运行，考虑分布式电源发电的随机波动性，构建了风力和光伏发电的出力概率模型，并运用Copula理论建立了风光电场出力相关性的联合模型。此外，提出了基于高斯混合模型的负荷概率特性分析方法，并在此基础上，采用概率密度演化方程，通过有限差分法实现高效求解，从而开发出一套面向数智化能源系统的概率潮流计算方法。该方法为分布式电源主导的配电系统提供了精准、高效的计算途径，助力数智化能源系统的安全、稳定和智能运行。
随着城市电气化和可再生能源技术的发展，分布式电源在配电系统中发挥着重要作用，但其随机波动性和不确定性对系统的智能化调控和稳定性提出了挑战。为此，本文基于数智化能源互联网的信息物理系统(CPS)融合理念，提出一种新的概率潮流计算方法。该方法通过构建信息物理融合模型，利用传感与计算的协同机制全面感知系统动态运行，考虑分布式电源发电的随机波动性，构建了风力和光伏发电的出力概率模型，并运用Copula理论建立了风光电场出力相关性的联合模型。此外，提出了基于高斯混合模型的负荷概率特性分析方法，并在此基础上，采用概率密度演化方程，通过有限差分法实现高效求解，从而开发出一套面向数智化能源系统的概率潮流计算方法。该方法为分布式电源主导的配电系统提供了精准、高效的计算途径，助力数智化能源系统的安全、稳定和智能运行。
2025, 23(7):685-691.
DOI: 10.11805/TKYDA2024591
摘要:
随着"双碳"战略的推进，配电网由传统单向辐射供给向多分布式电源参与的有源配电网转变。配电云主站采集各分布式电源并实现多源协同依赖于稀疏的通信网络，因此受到虚假数据注入(FDI)恶意攻击的威胁。为应对具备高频高阶导数无界的广义FDI威胁，提出一种面向有源配电网的完全分布式二次韧性控制策略。借助高阶积分压制系数，有限阶导数有界的控制通道FDI得到抑制。通过Lyapunov法证明，所提出的防御策略可实现频率调节的均匀最终有界(UUB)收敛，并在改进型IEEE 9-bus系统有源配电网上进行了验证。
随着"双碳"战略的推进，配电网由传统单向辐射供给向多分布式电源参与的有源配电网转变。配电云主站采集各分布式电源并实现多源协同依赖于稀疏的通信网络，因此受到虚假数据注入(FDI)恶意攻击的威胁。为应对具备高频高阶导数无界的广义FDI威胁，提出一种面向有源配电网的完全分布式二次韧性控制策略。借助高阶积分压制系数，有限阶导数有界的控制通道FDI得到抑制。通过Lyapunov法证明，所提出的防御策略可实现频率调节的均匀最终有界(UUB)收敛，并在改进型IEEE 9-bus系统有源配电网上进行了验证。
2025, 23(7):711-719.
DOI: 10.11805/TKYDA2025046
摘要:
随着分布式能源的普及，有源配电台区内大量分布式“边-端”设备的身份认证和行为识别越来越具有挑战性。受损设备可能会危及配电网的安全性，恶意设备则可以通过注入虚假和恶意数据破坏网络的完整性。与高成本的基于密钥的安全方案相比，使用基于信任的安全性检测恶意节点是一种有效且轻量化的对策。本文提出一种高效信任值评估机制，可有效区分恶意设备，并防御开关和拒绝服务(DoS)攻击。使用贝叶斯估计方法收集并计算边端设备的直接和间接信任值，进一步考虑随时间收集的数据的相关性，通过应用两阶段信任评估框架，在动态环境中实现精确的信任评估，进而确保数据传输的安全性。与现有方法相比，提出的方法在恶意节点检测方面延迟更少，网络吞吐量更高。
随着分布式能源的普及，有源配电台区内大量分布式“边-端”设备的身份认证和行为识别越来越具有挑战性。受损设备可能会危及配电网的安全性，恶意设备则可以通过注入虚假和恶意数据破坏网络的完整性。与高成本的基于密钥的安全方案相比，使用基于信任的安全性检测恶意节点是一种有效且轻量化的对策。本文提出一种高效信任值评估机制，可有效区分恶意设备，并防御开关和拒绝服务(DoS)攻击。使用贝叶斯估计方法收集并计算边端设备的直接和间接信任值，进一步考虑随时间收集的数据的相关性，通过应用两阶段信任评估框架，在动态环境中实现精确的信任评估，进而确保数据传输的安全性。与现有方法相比，提出的方法在恶意节点检测方面延迟更少，网络吞吐量更高。
2025, 23(7):692-698.
DOI: 10.11805/TKYDA2024595
摘要:
长期的能耗数据记录和分析有助于发现能源消耗的趋势和规律，为制定碳减排策略提供重要参考。重点碳排放监测用户的能耗数据涉及多种类型，不仅要对用户的能耗数据聚类进行分析，还需研究更加精确的聚类结果可视化方法。对此，本文提出一种基于Tent混沌序列灰狼优化的模糊C-均值算法(TGWO-FCM)，对用户的能耗数据进行分析。将用户能耗数据的聚类中心看作灰狼个体进行寻优，解决FCM算法对初始聚类中心位置敏感、容易陷入局部最优的缺点；采用均匀流形逼近与投影(UMAP)的数据降维方法降低能耗数据的复杂度，将高维能耗数据映射到二维或三维空间中，从而实现对数据的直观可视化。实验结果表明，本文方法可将具有相似能耗模式的用户归为同一类别，不仅揭示了用户间的能耗模式差异，还为制定针对性的节能减排政策提供了科学依据。
长期的能耗数据记录和分析有助于发现能源消耗的趋势和规律，为制定碳减排策略提供重要参考。重点碳排放监测用户的能耗数据涉及多种类型，不仅要对用户的能耗数据聚类进行分析，还需研究更加精确的聚类结果可视化方法。对此，本文提出一种基于Tent混沌序列灰狼优化的模糊C-均值算法(TGWO-FCM)，对用户的能耗数据进行分析。将用户能耗数据的聚类中心看作灰狼个体进行寻优，解决FCM算法对初始聚类中心位置敏感、容易陷入局部最优的缺点；采用均匀流形逼近与投影(UMAP)的数据降维方法降低能耗数据的复杂度，将高维能耗数据映射到二维或三维空间中，从而实现对数据的直观可视化。实验结果表明，本文方法可将具有相似能耗模式的用户归为同一类别，不仅揭示了用户间的能耗模式差异，还为制定针对性的节能减排政策提供了科学依据。
