近日，IEEE旗舰期刊Proceedings of the IEEE发布了由清华大学孙宏斌教授和雅典理工大学Nikos D. Hatziargyriou教授联合组织的“能源互联网（Energy Internet）”专刊，并刊出了由清华大学电机系调度自动化实验室撰写的30页研究长文“Energy Circuit-Based Integrated Energy Management System: Theory, Implementation, and Application”。 论文第一作者为电机系博士生陈彬彬，通讯作者为电机系孙宏斌教授和郭庆来教授。

专刊封面

综合能源系统是能源互联网的物理层核心，通过电、热、冷、气等多种能流广泛互联并深度协同，在供能可靠性、经济性与灵活性上具有突出的技术优势。综合能量管理系统（Integrated Energy Management System, IEMS）是支撑综合能源系统实现安全与经济运行的关键技术。随着综合能源系统规模的不断扩大，IEMS如何实现大规模系统的在线分析与决策已成为一个亟待解决的难题。

在此背景下，该论文首先介绍了面向多能流统一建模的能路理论。通过将电网建模从场到路、从时域到频域、从分布到集总、从元件到网络的推演规律应用于气网和热网建模，完成了电路向气路和热路（合称为能路）的推广，揭示了电、气、热等异质能流传输的共性规律，实现了气和热能流模型从偏微分方程向数值代数方程的高效化简，最终为电网、气网和热网在不同时间尺度上建立了数学形式一致、计算性能突出的网络模型。

能路理论的原理示意

该论文随后介绍了IEMS的软件架构与功能架构设计，并基于能路方法进一步发展出能流计算、状态估计、优化调度、安全评估/控制等IEMS应用的高效算法，为IEMS的研发与实施奠定了基础。相关算例的数值测试结果表明，基于能路方法的综合能量管理相比传统方法可实现百倍乃至千倍的计算加速，有力推动了IEMS在大规模综合能源系统上实现在线能量管理。

IEMS的软件架构

该论文还对上述理论与系统在国内10个省市、12项综合能源系统示范工程中的应用情况进行了报道与总结，介绍了IEMS助力园区级综合能源系统、城镇级综合能源系统、省市级综合能源系统实现可观可控、节能降耗、多级互动、风电消纳等典型应用场景，论证了IEMS在综合能源系统中的广阔应用前景与巨大效益空间。最后，该论文总结了相关工作，并展望了未来IEMS的发展方向。

IEMS在国内示范工程的应用情况

Proceedings of the IEEE采用邀稿制，本期（110卷12期）由IEEE PES能源互联网协调委员会主席孙宏斌教授发起，以“能源互联网（Energy Internet）”为主题，向全球4个研究团队发出稿件邀请，经同行评审后作为专刊集中发表。除清华大学电机系调度自动化实验室外，此次专刊邀请的科研团队还包括雅典理工大学的Nikos D. Hatziargyriou教授团队、德州农机大学的Le Xie教授团队和英国卡迪夫大学的Jianzhong Wu教授团队，涉及综合能量管理、即插即用技术、信息物理系统、分布式账本技术等研究方向。

引文信息

Hongbin Sun and Nikos D. Hatziargyriou. “Energy Internet,” Proceedings of the IEEE, vol. 110, no. 12, pp. 1894-1896, 2022.

Binbin Chen, Qinglai Guo, Guanxiong Yin, Bin Wang, Zhaoguang Pan, Yuwei Chen, Wenchuan Wu, and Hongbin Sun. “Energy Circuit-Based Integrated Energy Management System: Theory, Implementation, and Application,” Proceedings of the IEEE, vol. 110, no. 12, pp. 1897-1926, 2022.

团队介绍

清华大学电机系调度自动化团队主要从事电网能量管理、自动电压控制、多能流综合能量管理和人工智能应用等研究工作，是我国最早开始电网能量管理与运行控制研究的单位之一。

团队已有40余年历史，在电网能量管理领域有超过30年的研究积累，曾研发出我国第一套具有完全自主知识产权的大区电网EMS应用软件。团队研发的EMS系统、无功电压控制系统、有功频率控制系统等产品应用面覆盖100余个国/网/省/地级电网。团队在学术界和工业界都取得国际领先成果，先后领衔获得3次国家科学技术奖（一等奖1次，二等奖2次），2次获中国高校十大科技进展，30余次获省部级科技奖励。

近年来，团队在国内率先提出并探索多能流能量管理新方向，并于2017年发布了国内外首套多能流综合能量管理系统（IEMS），将能量管理对象从“电力流”拓展为“多能流”。2017年创办了能源互联网领域最大国际会议，2018年受主编邀请在IEEE Electrification杂志上发表了国际上首篇介绍IEMS的学术论文，2019年主持建成了国内外首个大型城市能源互联网示范工程，2020年成立并主持了IEEE PES能源互联网协调委员会（首个由中国学者成立的PES委员会），促进了能源互联网新兴交叉领域的形成和发展。

团队合影