本书是作者及其研究团队多年来在信息能源系统研究领域理论成果及工程经验的集成。在“碳达峰、碳中和”背景下，本书试图总结信息能源系统的研究工作，深度剖析了信息和能源深度耦合的信息能源系统的主流研究方向、核心技术和未来发展，建立起适用于实际复杂系统及应用场景的基础理论和工程分析方法。本书对信息能源系统领域的数据处理、机理建模、能量流计算、协同控制及优化运行等问题具有指导、借鉴作用。
本书内容全面、实用性强，既可作为高等院校控制工程、能源动力工程、电气工程、计算机等相关专业的研究生与本科生的实践应用性读物，也可作为相关领域科研工作者和工程技术人员的理论参考书。

王睿，东北大学硕士生导师，辽宁省向上向善好青年。近5年第一/通信作者发表IEEE会刊超20篇，曾获中国电工技术学会优秀博士学位论文奖、中国自动化学会科技进步一等奖，担任数个国际期刊编委/特约编委，如IEEE TIA、IETRPG等。长期从事各类电能转换装置研发和信息能源系统运行控制研究工作。

序
前言
第1章 信息能源系统与智慧能源概述
1.1 引言
1.2 能源系统与国家战略
1.2.1 国际能源发展战略
1.2.2 国内能源发展战略
1.2.3 “双碳”目标和实现路径
1.2.4 “双碳”与我们
1.3 信息系统与能源系统的耦合——比特驱动的瓦特变革
1.4 信息能源系统的感知建模与特性分析
1.4.1 信息能源系统数据与机理特性
1.4.2 信息能源系统建模与运行仿真
1.4.3 信息能源系统能量流动与安全分析
1.5 信息能源系统的分布式协同控制
1.5.1 多主体主动致稳控制
1.5.2 多层级能量互补控制
1.5.3 信息-物理交互的博弈控制
1.6 信息能源系统的分层优化管理
1.6.1 基于集中式管理的优化运行
1.6.2 基于分布式策略的优化运行
1.6.3 基于人工智能的优化运行
1.6.4 以碳中和、经济和安全等为目标的交易优化运行
1.7 本章总结
第2章 信息能源系统数据处理
2.1 引言
2.1.1 信息能源系统数据特征
2.1.2 数据处理分类与基本方法
2.2 信息能源系统多场景数据生成
2.2.1 数据生成的需求与关键问题
2.2.2 基于多网络混合协作的多场景数据生成方法
2.2.3 算例分析
2.3 信息能源系统缺损数据补偿
2.3.1 缺损数据补偿的需求与关键问题
2.3.2 基于时空关联变化的实时数据补偿方法
2.3.3 算例分析
2.4 信息能源系统非侵入式检测
2.4.1 非侵入式检测方法的需求与关键问题
2.4.2 发-用-储-耦合设备一体化区域的非侵入式检测方法
2.4.3 算例分析
2.5 本章总结
第3章 信息能源系统机理建模
3.1 引言
3.2 自能源系统节点静态模型的建立
3.2.1 电力网子系统模型
3.2.2 热力网子系统模型
3.2.3 天然气网子系统模型
3.2.4 自能源整体模型
……
第4章 能量流的计算与统一标度
第5章 信息能源系统的状态感知与静态稳定性分析
第6章 信息能源系统信息网络安全分析及防御策略
第7章 信息能源系统立体协同调控
第8章 多主体博弈条件下信息能源系统协同
第9章 信息能源系统优化
参考文献

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论文奖
、IEEE国际会议论文奖、
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，