序

随着高比例可再生能源接入、信息化通信技术深度融合以及不同类型终端用能的多样化需求，能源生产、分配及消费形式都出现了显著地变化，从而使得能源系统呈现出时空异步、信能融合以及智物协同的新趋势，信息能源系统成为能源高速发展的新阶段和应用的新形态。信息能源系统通过信息与能源的融合、可再生能源的利用比例大幅度提高，推动了能源消费的低碳化转型，逐步成为解决现今能源危机和环境问题的有效途径。

信息能源系统具有能源互联网的典型特征，是信息和能源深度耦合的分布式复杂信息物理系统，其内部不同类型设备耦合的能量传递、区域间能量的控制实时性、安全可靠性和自适应能量协调优化是确保信息流和能量流融合的关键，从而得到高效低碳、多能互补的能源供应体系，完成了对不同时空尺度多重能源系统的统一管理，使得能源系统低碳、高效、可靠、最优运行成为现实。然而，随着能源主体的泛在感知、自主调控能力不断增强，高度融合的信息流和能量流为系统运行控制带来便利的同时，也给系统注入了大量潜在、未知的安全性信息风险。同时由智能化能源主体协作驱动构成的有机整体，也使得系统内源荷波动性、时空随机性、机理模糊性和控制复杂性愈发显著。因此在实现“人-机-信-物”协同控制下的多能源平衡过程中，针对下列信息能源主体深度融合所带来的研究变得尤为重要：

随着物联网、大数据、移动互联网等信息技术的快速发展，能源系统接入大量的信息监控、采集、传输与处理设备，信息网络规模呈几何级增长，决策单元数量大大增加。受到能源系统所处的未知气候及运行工况影响，容易导致采集的数据具有存在缺失情况；同时，由于系统长时间处于稳定运行状态，所以收集到的不同类型的数据数量存在较大偏差，难以直接应用于后续的状态感知、控制及优化问题的研究。因此需要对已有数据进行针对性处理，从而为整个系统的运行提供可靠的数据基础。

进而在此基础上，通过对信息能源系统的能量与信息关系进行梳理，对风力发电、光伏发电、燃气轮机、燃气锅炉、热泵、储能等设备的数学模型和运行特性实现定量化研究，从而掌握由于信息与能源深度耦合的交互影响，完成以横向电、气、冷、热等多种能源互补转化，纵向以电力系统为核心的源、网、荷、储等多资源协调控制的机理建模、能量流计算与静态稳定性分析。

对于信息网络来说，其已成为能源系统中存在的第二个拥有物理主体的网络，承载着类型众多、数量庞大的通信功能。虽然能源网络一方面能够充分利用信息资源，实现不同种能源间的相互转化，耦合互补；但是另一方面，能源网络对信息网络的依赖逐步加重，也给能源主体的运行带来了安全风险。信息空间的异常运行或失效，会导致通信阻塞与传输风险等问题发生，从而导致能量管理系统失效。由此可见，信息网络攻击类型分析及防御策略的研究是信息能源系统安全运行的基础。

对于能源网络来说，传统电力、天然气及热力等能源均处于独立运行状态，缺乏能量利用间的相互协调，容易造成资源浪费，能源利用率难以提高。虽然不同能源系统运行特性各有差异，在能源供应侧，风电、太阳能的间歇性与波动性对系统能量供应影响不可忽视；在能源消耗侧，用户行为习惯、需求响应等会受到天气状况、能源价格、激励机制等的影响而存在随机性和多重不确定性。但是，信息网络技术的发展，为能源领域的多类型能源综合利用创造了有利条件。基于大数据、人工智能、物联网技术的信息网络，需要通过对系统设备出力情况、负荷需求响应情况、储能设备出力情况、电动汽车充放电情况以及系统运行成本进行分析，从而实现能源网络内设备控制及能源主体的优化运行策略制定。在优化运行时考虑供用能特性，能够保证不同种类能源间相互转化，彼此协调，在满足不同能源需求情况下实现能源利用效率的大幅度提高。

王睿老师及其团队从事信息能源系统问题研究已逾10年，相关成果曾获得IEEE Transactions on Energy Conversion最佳论文奖、IEEE国际会议最佳论文奖、中国科协“科创中国”装备制造领域先导技术榜、中国自动化学会科技进步一等奖和全国发明展金奖等。相关技术并已在国家电网等大型能源企业成功应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

本书是王睿及其团队长期以来关于信息能源系统问题的理论与技术成果总结。书中以能源与信息强耦合的信息能源系统为对象，紧密结合能源转型发展的重大需求，以“碳达峰”及“碳中和”重大战略目标为导向，详细介绍了所提出的信息能源系统数据处理、能流计算、协同控制与优化等基础理论方法和关键工程技术。通过信息集成化反馈的多能源主体协同，突破了能源互济互补的关键技术，实现了不确定信息深度融合下信息能源系统运行控制，解决了信息能源系统的安全高效运行问题。书中成果为实现能源主体间能量互补互济，促进可再生能源高比例消纳提供了切实可行的方案，并且为多变量深度耦合的复杂多能源系统可靠性和稳定性问题的解决提供了行之有效的方式，对能源转型过程中的信息能源系统研究提供了创新性的理论方法指导和技术支撑。希望本书的出版能够给读者的研究带来启发与收获，并激发社会各界同仁投身信息能源系统建设的热情。

IEEE新加坡区主席/IEEE Fellow

新加坡南洋理工大学终身教授 Wang Peng