以下介绍的是城市能源数字化的发展趋势。
能源终端即插即用是城市更好地服务能源终 端用户，更充分地利用本地可再生能源资源，更灵 活地盘活海量分布式能源资源的重要基础。《指 导意见》明确提出：“推动不同能源网络接口设施 的标准化、模块化建设，支持各种能源生产、消费 设施的‘即插即用’与‘双向传输’，大幅提升可再生 能源、分布式能源及多元化负荷的接纳能力”。
即插即用（Plug-and-Play）来源于计算机术语，表示计算机能够自动识别设备如板卡的插入 和拔出等，最具代表性且广为人知的就是 USB（通用串行总线）标准及相关设备。其实在能源尤其 是电力领域，终端设备早已实现即插即用。用户只需要将插头插入插座，台灯就能亮起，电视就能 打开， 洗衣机就能运转。尤其是近来随着 USB 的发展， 用电终端的即插即用到了新的阶段。现在 一个 USB Type-C 的充电头既可以输出 5 伏 2 安给手机充电， 还可以输出 20 伏 5A 给笔记本电 脑供电。在 2021 年 5 月 25 日 USB-IF 组织更新的 v2.1 版本 USB Type-C 线缆和接口标准中，其 供电能力最高可达 240 瓦，并被命名为扩展电力范围（Extended Power Range）。随着相应的技 术和标准的不对发展，各种用电设备可能不再需要用户关注电压、电流和功率，实现“盲插”级的 即插即用。
USB Type-C 体现了一个真正的数字化供电特征。供电前先通过数字手段进行联系， 双方商 量好电压、电流，实现数据级的握手，再实现电力握手。在未来，这样的形态将延伸到能源供给端 和网络端。分布式发电并网不再像传统方式检同期，即电压幅值相同、相角相同、频率相同才可以 并网，而是采用数字化手段直流自动控制实现即插即用。在城市能源互联网中，新的设备或者系统 接入时，可被自动地感知和识别，进而被自动地管理，也可以随时断开，具有良好的可扩展性和即 插即用性。能源路由器、能源集线器、微网、代理、集群、虚拟电厂等技术的发展为设备的即插即 用提供有效手段，分层控制、分布式控制、对等控制技术发展也将支撑开放对等接入。
能源设备模块组合、灵活适配，是有效提升能源系统效率的重要趋势。传统的发电机、变压器 等设备都是大块头，而且越大的块头一般对应更高的最佳运行效率。实现最佳运行效率需要设备 处在额定功率下，但随着用能需求的逐日、逐月、逐年的变化，城市电力系统的各个设备并不能时 刻保持在额定功率下。事实上，以目前的系统设计建设的方式，设备的额定功率会按照用能负荷最 大值设计，这就意味着除了在年度负荷峰值的那短短的时间里，99%以上的情况下设备运行在低 效率的状态，造成了巨大的浪费。在新能源为主体的新型电力系统形态下，新能源将带来更大的波 动性，使得传统发电机、变压器等设备处于最佳运行效率工况下的时间更加短暂，带来更加巨大 的损耗。
随着电力电子技术的发展，电力设备将从“模拟”态转变为“数字”态。从发电角度看，风电 场、光伏电站这样的新能源已经改变了传统的发电机的模式。这样的新能源电站在总体上和一个 火电机组功率相当，但其是由一个可以独立关断、可以实现0/1控制的风机或者光伏组件组合而成 的。传统的单个大型发电机组变成了一个模块式的、独立小型个体组合式的发电群组。这样的发电群组可以实现0到N的自由组合控制。从变电角度看，模块化的变流器尤其是新能源并网核心装 备逆变器将更大规模更快增速的发展。国内领先的逆变器企业都对传统集中逆变器进行重大革 新，发布了其模块化逆变器产品，通过并联扩展实现灵活配置，实现新能源电站设计更灵活、发电 量更高、运维更高效。在储能角度，集装箱式锂电池储能系统是模块化储能的代表。
能源设备模块组合实现了各模块独立运行，当单一模块出现故障，其他模块可正常运行，确保 设备更高在线率，减少停运损失。设备模块化也能有效提升运维效率，缩短维护时间，设备内部地 的器件也能够实现如同计算机内存那样轻松更换、即插即用极大降低运维成本。此外，模块化还 能够实现能源设备灵活移动，从而支撑系统更高效的配置与优化，尤其在应急保障中具有不可替 代的作用。2021年7月，为应对河南地区洪涝灾害带来的供电问题，电网公司和燃气发电公司调动 大量应急供电车、微燃气轮机，有效缓解了民众生活受到的影响。
能源网络实现软件定义既是能源系统在运行时随着工况变化动态组织实现效率最优，又是能 源系统在应对扰动、故障时自动恢复实现可靠运行的必然趋势。
传统的能源网络是单向网络，由配电方对用户进行电力调配和传输。随着新能源尤其是用户 侧分布式新能源占比不断提升，能源网络上的能量流动已经由单向朝着双向改变。此外，随着终端 用能逐步被电力替代，城市电网将越来越复杂。因此，城市能源网络安全稳定运行和灵活经济调 控的压力越来越大。2022年5月投产的粤港澳大湾区直流背靠背电网工程是探索能源网络软件定 义的重要尝试，其运用柔性直流技术把分区电网进行柔性互联，正常时可以相互送电，在故障情况 下可以在不到0.1秒的时间里快速进行功率支援，大幅提高了粤港澳大湾区电网的安全稳定水平。
软件定义网络（Software Defined Network, SDN），是一种新型网络创新架构，是网络虚拟 化的一种实现方式，其核心技术通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量 的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。互联网作为双向传输网络，其网络架构也正在向去中 心化、异构化演进。能源网络可以充分可以参考和借鉴SDN的技术和架构，使网络架构更为灵活， 还可以支撑未来业务和技术的发展。
实现能源网络软件定义需要“软硬兼施”， 其基础支撑需要前述的能源终端即插即用和能源 设备模块组合，还需要基于电力电子技术的能源路由器的广泛部署，此外还需要能源虚拟化技术 的快速发展和应用。虚拟化是指通过软件方式将物理资源抽象成虚拟资源，以提升物理资源利用 率。能源虚拟化在物理基础层按照共享、可调度、可重用的模式设计而形成物理资源池，以按需分 配、灵活组装、动态调度的方式来提供物理资源服务。通过对物理资源的描述、抽象、配置、调度 等，来实现物理资源池的虚拟化。多个虚拟资源聚合形成虚拟资源池，在虚拟资源池之上，形成虚 拟网络。虚拟化前，无论是电力系统还是石油天然气网络系统，其硬件与软件资源独立，软件必须 与硬件紧耦合。虚拟化后，硬件和软件资源抽象成共享资源池 ；软件与硬件解耦，上层操作系统 从资源池中分配资源。当软件与硬件彻底解耦时， 可以实现软件定义一切 （Software Defined Everything，SDE）。
能源系统的信息物理融合是前述所有趋势的基础。《指导意见》 指出 ：“推进信息系统与物 理系统在量测、计算、控制等多功能环节上的高效集成，实现能源互联网的实时感知和信息反馈 ； 建设信息系统与物理系统相融合的智能化调控体系，以‘集中调控、分布自治、远程协作’为特征， 实现能源互联网的快速响应与精确控制。”
在传统的有关信息系统和物理系统的观念中，信息空间与物理空间是相对解耦的，在能源系 统信物融合的趋势下， 通过在物理系统中嵌入计算与通信内核，可以实现计算进程与物理进程的 一体化。计算进程与物理进程通过反馈循环方式相互影响， 从而实现嵌入式计算机与网络对物理 进程可靠、实时和高效的监测、协调与控制。如腾讯推出的产品能源数字孪生 Tencent EnerTwin （图 33）可以快速构建 3D 可视化模型，实现远程高逼真、沉浸式的能源管控 ；同时，依靠高性能 运算和 AI 技术，能源数字孪生可以对监控图像、视频数据进行智能分析，自动识别设备缺陷和环 境异常，全面提升能源企业生产效率和安全水平。这对生产线、海上风电场等复杂设施、高危作业 环境尤为关键。
要构建信息物理融合的系统（Cyber-Physical System）， 首先要实现信息物理融合的个体， 可称为信息物理综合体（Cyber-Physical Synthesis）。信息物理综合体是把传感器、边缘计算等数字化技术充分应用到各级设备中。智能电网时代的智能装备如智能变压器、智能断路器是信息 物理综合体的源起。智慧能源时代的智能风机是典型的信息物理综合体，一台风机拥有数百个传 感器，通过数百万行代码，实现自学习、自组织、自运行，支持优化控制。随着数字技术尤其是传感 器技术的水平得以大幅提升，使得信息物理综合体得以在能源系统广泛涌现。
一个个的智能风机在一起，就成为一个智能的风电厂，也就是场站级的信息物理系统。风电、 光伏、储能、各类用户、电网等各种信息物理系统有机结合，就构成一个真正的信息物理融合的能 源系统。
能源管理是能源系统的大脑，在能源系统信物融合的支撑下，其将实现多级联动，成为能源 网络软件定义的各级指挥中心。
包括各级各类的源、网、荷、储等城市能源系统的每一个信息物理综合体、每一个信息物理子 系统，都将具备一个能量管理系统（Energy Management System, EMS）。各个、各级EMS会根 据自身的目标和获取的信息进行自主决策，并和其他EMS进行互动，从而形成多级协同的EMS家 族。
面向城市能源互联网的EMS家族，其管理对象不仅包括电力系统，还包括供热系统、天然气 系统等其他能源系统，也覆盖能量生产、传输和使用的所有环节，并采取了新的互联网、计算机技 术。EMS平台通过将不同能源、不同环节的信息流进行协同处理，从而可以实现多种能源系统的 协同管理，打破原来不同能源系统的孤立、割裂管理的状况，发挥多能协同系统的优势。多能协同 能量管理平台由众多分布的EMS构成，这些EMS组成EMS家族，以自律-协同的方式实现能源互联 网的运行与控制。另外，多能协同能量管理平台需要一套适应调度系统需求的支撑平台，并能够满 足电、热、冷、天然气多能协同系统的综合能量管理需求。多能协同能量管理平台采用基于冗余的 开放式分布应用环境，整个软硬件体系结构满足开放性、安全性、标准化和模块化要求。其各个模 块都需要突破原来只以电为对象的限制，而要把电、热、冷、天然气多能协同系统作为管理对象， 解决复杂系统带来的问题，实现EMS的升级。
腾讯基于能源连接器EnerLink数据汇接和碳计算引擎，建立园区能源数据采集和集成，内置 算法和排放因子计算模板，可以快速搭建应用计算和模拟各场景的碳排放；基于能源数字孪生 EnerTwin的数字孪生和AI能力，协助园区综合利用能源结构优化、用能设备降耗、工艺优化降碳、 能 源 尾气回收等手段实现能 碳 全 过程、全周期管理，实现从高碳 到低碳、低碳 到零 碳的转 变。
