我國國家標準《電力需求響應系統(tǒng)通用技術規(guī)范(GB/T 32672—2016)》、《電力需求響應系統(tǒng)功能規(guī)范》(GB/T 35681—2017)等標準連續(xù)發(fā)布,初步奠定了我國DR業(yè)務通的基本框架和功能。目前正在制定的行業(yè)標準《電力需求響應信息交換規(guī)范》和《電力需求響應信息模型》系列標準也即將發(fā)布,將對虛擬頂端節(jié)點(virtual top node,VTN)與虛擬末端節(jié)點(virtual end node,VEN)間的復雜業(yè)務交互邏輯提供有力的支撐。為了保障設備與系統(tǒng)間的良好互操作管理,在進行數(shù)據(jù)模型、資源模型設計時,還應當充分考慮將設備的屬性描述與功能描述分開,如圖4所示,DR資源可以從設備類型、實體類型、特征類型等方面進行解耦,同時在交互的數(shù)據(jù)模型中,應基于行業(yè)標準《電力需求響應信息模型》進行相應的功能擴展。

 

 

 

圖4 DR設備/系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)模型與資源模型關系圖

 

2.2.3 安全風險

 

需求響應信息交換對端到端延遲和安全性均有較高的要求,在已有的加密和簽名方案中,需要考慮計算的花費代價。對于常規(guī)的模數(shù)的加法運算、隨機數(shù)產(chǎn)生、級聯(lián)操作耗時較短,其計算的成本可以忽略。而模數(shù)乘法、模冪運算、模逆元素運算和散列函數(shù)操作則不能夠忽略不計。以文獻[40]中給出的需求側投標競價業(yè)務為例,包括了預處理、密鑰生成、投標人登記、中標認證、激勵主張等功能。其中,預處理和投標人登記僅執(zhí)行一次。此外為了提高效率,中標驗證和核實得主的計算也設置為可選。同樣,主張激勵的計算在中標人與注冊管理器之間運行。因此,參與投標密鑰生成成本、招投標設置和招投標過程是在一輪招標過程中主要的實時計算成本。此外,還需要考慮在每個階段各方之間傳遞的消息的數(shù)量和信息交換成本。此外,在招投標設置、中標認證階段沒有信息交換,不產(chǎn)生額外的通信費用。通常為了防止非授權訪問,可以采用端到端的安全加密認證方式[41]。但是,數(shù)據(jù)的加密會增加額外的開銷,尤其對于大規(guī)模、高頻度智能控制終端而言。對于電網(wǎng)控制中心而言,往往關注的是一個區(qū)域范圍內(nèi)的整體情況。負荷聚合商所關注的也只是與其直接相關的上下級的信息,因此并沒有必要將所有數(shù)據(jù)流進行端到端的加密處理。在業(yè)務信息匯聚點處,可以將數(shù)據(jù)流合并進行統(tǒng)一的處理。盡管當前電網(wǎng)信息通道的帶寬容量較高、且延時較低,但是大量參與互動的用戶分散在不同的區(qū)域,而且會以近乎于相同的頻率和時間發(fā)送數(shù)據(jù),在某一瞬間仍然會形成較大的壓力。文獻[42]對通過對VTN/VEN多播樹的業(yè)務需求進行分析,評估地市級供需互動終端聚合后的帶寬需求約為STM-4量級。需求響應系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡設計至少應滿足以下兩個方面的技術需求：

 

1）安全性需求。沒有有效的保障,則用戶通信過程中的數(shù)據(jù)可能會被竊取、篡改,因此私密性與數(shù)據(jù)完整性均需要考慮。

 

2）通信高效性需求。考慮到大量的分散用戶終端交互的并發(fā)性需求,需要提供通信網(wǎng)絡的傳輸效率以保障大規(guī)模用戶互動過程中報告?zhèn)魉偷臏蕦崟r性。

 

除了常規(guī)的安全性防護體系外,在不同實體交互時,還可以引入逆向協(xié)議分析與AI安全防御手段保障DR系統(tǒng)的正常運行。如圖5所示(假定DR聚合系統(tǒng)采用SPDYv3協(xié)議),DR終端通過本地代理(可選)向聚合系統(tǒng)發(fā)起請求[43],通常聚合系統(tǒng)會具有獨立的私有協(xié)議,為了屏蔽不同參與實體的差異性并且防范來自于未知協(xié)議的攻擊,在電網(wǎng)側系統(tǒng)協(xié)議轉換網(wǎng)關將首先獲取聚合商系統(tǒng)的自描述信息(標準信息模型),通過逆向協(xié)議分析手段檢測其合法性,并下發(fā)特定的策略配置。

 

 

 

2.3 平臺部署及組織實施層面

 

2.3.1 平臺部署

 

目前普遍認為在全國范圍內(nèi)實施滿足標準要求的大規(guī)模電力需求響應項目的所有方案中,通過現(xiàn)有部署的電能服務管理平臺的成本是最低的。根據(jù)電能服務管理平臺的規(guī)劃,目前中國電力科學研究院已經(jīng)開始啟動了自動需求響應模塊的部署及接口標準的一致性測試工作。目前規(guī)劃的DR業(yè)務功能主要包括分時電價、實時電價、尖峰電價、直接負荷控制、可削減或中斷負荷、緊急需求響應、容量市場計劃、輔助服務計劃等機制。考慮到我國的電價體制還不夠靈活,在現(xiàn)有的價格型項目部署上,初步設計是通過模擬的價格方式進行運行,在完整系統(tǒng)的運行過程中,還需要對部署在電能服務管理平臺上的新功能進行試運行驗證。考慮到DR項目通知的時限在逐步縮短,未來還應當重點考慮加強DR平臺的實時性事務處理能力建設。

 

在DR業(yè)務推廣過程中,涉及諸多不確定性因素,如：用戶行為的影響、外接因素的干擾、精確的負荷模型、結算機制,在系統(tǒng)運行時均需要進行提前模擬驗證。因此,需求響應策略仿真推演是保障DR項目執(zhí)行順暢的關鍵,而現(xiàn)有的平臺大多集成一些固定的靜態(tài)模型,少量仿真也是集中于DR資源的理論性的模擬,無法將實現(xiàn)能量流、信息流的深度耦合仿真[44]。需求響應策略模擬演練功能是保障實際DR系統(tǒng)運行效果的重要手段(如圖6所示),中國電力科學研究院牽頭研制的自動需求響應混合仿真平臺(automated demand response hybrid simulation platform,ADRHSP)仿真演練模塊已經(jīng)進入多方聯(lián)調(diào)測試階段,并計劃于2018年下半年在江蘇、天津等地進行初步部署和實施。

 

 

 

在平臺大規(guī)模部署實施過程中,目前普遍存在的問題就是電力企業(yè)的基礎設施建設還不夠完善,還無法有效地實現(xiàn)大規(guī)模需求側負荷的在線監(jiān)控和雙向交互機制。DR系統(tǒng)的架構部署最為方便的方式還是借助于互聯(lián)網(wǎng)實施,直到支撐先進計量基礎設施(advanced metering infrastructure,AMI)等專有網(wǎng)絡基礎設施完備后,再將其部署方式切轉到電力專用網(wǎng)絡。甚至連分項計量的智能電表都不是必須的,可以通過建筑能源管理系統(tǒng)將能源的耗費數(shù)據(jù)通過Internet回傳。精細化的表計計量的數(shù)據(jù)可以用于增強DR項目實施的效果,能夠更加精細地刻畫需求側的負荷基線,同時還能為DR服務商準確地評估用戶的DR響應潛力,并為其制定實時調(diào)控策略,最大化其收益。隨著DR項目實施范圍的擴大,參與調(diào)度的對象不僅僅限定為需求側的負荷,針對規(guī)模更大的建筑和微型電網(wǎng),還可以調(diào)度其電源(如：現(xiàn)場柴油發(fā)電機)作為緊急備用電力供應,參與實時電力供需互動平衡。