全國范圍內(nèi)的電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展被人們認為是20世紀的最高工程成就。盡管它取得了成功和巨大的影響，但是美國及其他國家的電網(wǎng)都在經(jīng)受著來自日益增長的需求和正在老化的基礎(chǔ)設(shè)施的雙重壓力。在一些經(jīng)濟上仍處于發(fā)展中的國家，現(xiàn)有的電網(wǎng)無法滿足大量人口的需求。這些壓力引發(fā)了人們對于如何設(shè)計和操作電網(wǎng)，及電網(wǎng)與終端用戶交互方式的新想法。重新設(shè)計電網(wǎng)的愿景仍然不斷涌現(xiàn)，但是這種現(xiàn)代化已經(jīng)被稱為“智能電網(wǎng)”。在美國，一個發(fā)展智能電網(wǎng)的國家政策已經(jīng)在2007年通過公共法律建立了起來。

　　現(xiàn)在的電網(wǎng)可以描述成為一個電能單向流動的自上而下系統(tǒng)，電能從中央發(fā)電廠發(fā)出，經(jīng)地區(qū)輸電系統(tǒng)傳送至本地的配電系統(tǒng)和終端負荷。市場運營中心和發(fā)輸電系統(tǒng)會根據(jù)有限的態(tài)勢感知及消費者交互信息來采取控制措施，以平衡供給與需求。由于自動化水平有限，在大多數(shù)情況下，除非消費者主動報送信息，否則設(shè)備無法自己檢測出服務(wù)中斷。在未來智能電網(wǎng)的背后，部分想法是改進用于管理電能發(fā)送和分配的監(jiān)控技術(shù)，但最主要的想法是通過信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)結(jié)合來轉(zhuǎn)變電網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，這將使電力流與信息流的雙向流動成為現(xiàn)實。

　　電網(wǎng)現(xiàn)代化的驅(qū)動力之一是希望大幅增加可再生發(fā)電資源的利用，主要是風(fēng)電及光伏發(fā)電。這些資源的波動性很大，而利用大規(guī)模的儲能來平緩這種波動性目前還未被證實是經(jīng)濟可行的。隨著這些波動性能源的利用不斷增加，匹配瞬時的發(fā)電與需求變得困難了起來。結(jié)合了自動控制技術(shù)的電網(wǎng)與消費者間的雙向通信能夠快速地調(diào)節(jié)家庭和樓宇系統(tǒng)中的負荷或發(fā)電資源，能夠使家庭和樓宇在管控電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性方面成為伙伴。利用預(yù)測和轉(zhuǎn)移負荷所增加的能力有助于更好地利用電網(wǎng)資源，因為平滑負荷意味著只需較少的資源就能管理電力峰值。

　　圖1 智能電網(wǎng)將雙向通信的基礎(chǔ)設(shè)施和本地發(fā)電與傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)結(jié)合起來

　　智能電網(wǎng)與設(shè)備間接口的主要概念

　　在智能電網(wǎng)的環(huán)境中，正在形成的國際共識認為各種交互最有可能位于能源供應(yīng)者與消費者之間。這些交互過程以用例的形式被記錄。能源供應(yīng)者與消費者之間實現(xiàn)交互動作的接口的目的與特征也正在不斷取得共識。這些特征包括集成能力，即能夠輕易地集成各種各樣的、基于設(shè)施管理標準的環(huán)境。

　　已經(jīng)有國際標準支撐著的成熟產(chǎn)業(yè)，這些國際標準用于工業(yè)過程和商業(yè)樓宇的自動化和控制系統(tǒng)。在住宅應(yīng)用的自動化和控制系統(tǒng)方面，正在不斷涌現(xiàn)新的產(chǎn)業(yè)和一些新興的標準。在這些環(huán)境中，技術(shù)、需求和成本約束是不同的。用于消費者設(shè)施領(lǐng)域（居民、商業(yè)、工業(yè)）的技術(shù)和標準不同于支撐電網(wǎng)運行的控制技術(shù)和標準。

　　為了使消費者設(shè)備領(lǐng)域的控制和自動化系統(tǒng)與智能電網(wǎng)系統(tǒng)以協(xié)作的方式交互，在這兩個領(lǐng)域之間需要接口的存在。圖2對此做出了圖例說明。這種接口必須具備以下特征：

　　它定義了經(jīng)接口傳送的信息，并允許應(yīng)用靈活地使用這些信息；

　　它能使兩側(cè)的系統(tǒng)各自獨立地升級；

　　它的特性應(yīng)豐富至足以滿足可能在商業(yè)和工業(yè)設(shè)備上發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)的需求，簡單至對于居民消費者所使用的簡單系統(tǒng)也是經(jīng)濟可行的；

　　它應(yīng)該被標準化，以使可互操作的商業(yè)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實。

　　圖2 電網(wǎng)域與用戶域之間用戶接口（藍線）的高層級視圖

　　美國的新興標準

　　在美國，一個公共/私營伙伴關(guān)系，智能電網(wǎng)互操作委員會（Smart Grid Interoperability Panel ，SGIP）已經(jīng)成立，用以加快開發(fā)和實現(xiàn)互操作的智能電網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)。SGIP的部分努力旨在通過和眾多的標準發(fā)展組織合作以促進所需標準的開發(fā)，并從SGIP的標準目錄上識別出重要的智能電網(wǎng)標準。SGIP也支持產(chǎn)品檢測、認證過程和行業(yè)利益相關(guān)者教育的開發(fā)工作。一些已經(jīng)被標準名錄認定的現(xiàn)有標準或正在SGIP的影響下編制的標準與電網(wǎng)及消費者之間的接口相關(guān)。這些標準包括OASIS能源互操作協(xié)議，OpenADR 2.0 ， IEEE 2030.5智能能源協(xié)議2.0[12]和能源服務(wù)供應(yīng)者接口（Energy Services Provider Interface ，ESPI）。下一節(jié)會討論這些標準。

　　OASIS能源互操作協(xié)議

　　能源互操作協(xié)議1.0（Energy Interoperation ，EI)發(fā)布于2011年12月，結(jié)構(gòu)化信息標準促進組織（Organization for the Advancement of Structured Information Standards ，OASIS)的一個技術(shù)委員會負責(zé)對該協(xié)議進行維護。EI指定了一種信息模型和報文來實現(xiàn)需求響應(yīng)事件、實時電價、市場參與投標和報價、負荷和發(fā)電預(yù)測的標準通信。該項標準包括：規(guī)范文檔的范圍、架構(gòu)、含有統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language ，UML)圖表的服務(wù)描述以及可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）架構(gòu)形式的服務(wù)描述（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)報文必須與此架構(gòu)一致）。該規(guī)范和架構(gòu)可從OASIS免費獲取。

　　EI服務(wù)于電網(wǎng)域和消費者域之間的需求響應(yīng)和其他的市場通信。EI的架構(gòu)很簡單，減少至兩方之間的服務(wù)交互。一方可以是設(shè)備能源管理系統(tǒng)或裝置、需求響應(yīng)供應(yīng)者、市場運營商、配電系統(tǒng)運營商、微網(wǎng)及任何其他的需求響應(yīng)事件或能源市場交易的參與者。

　　EI標準指定了三種配置文件，在已發(fā)布的標準描述中，可被看作為三種基本的用例。

　　（1）OpenADR-該配置文件定義了需求響應(yīng)事件和價格通信所要求的服務(wù)。它是以O(shè)penADR 1.0規(guī)范的現(xiàn)場經(jīng)驗所提煉出的功能和經(jīng)驗教訓(xùn)為基礎(chǔ)建立起來的；

　　（2）價格分布-該配置文件定義了在純粹的價格分布環(huán)境中交互所需的最小服務(wù)集，不要求能源市場交易和基于事件的需求響應(yīng)交互；

　　（3）TEMIX-該配置文件定義了實現(xiàn)更多的通用能源市場交互功能所需的服務(wù)，這些交互取決于協(xié)商性的基于價格的交易。

       開放式自動需求響應(yīng)

　　對電網(wǎng)而言，最為緊迫和普遍的壓力之一即對短期峰值需求的管理。各式各樣的示范工程已經(jīng)表明，消費者響應(yīng)來自電網(wǎng)服務(wù)提供商請求從而減少電力消費的需求響應(yīng)項目有助于降低高峰負荷。OpenADR 1.0為了實現(xiàn)DR信號和響應(yīng)的自動化而發(fā)展起來。自動化提供了一種同時增加DR項目規(guī)模（參與響應(yīng)的消費者數(shù)量）和確保響應(yīng)更為可靠且可預(yù)測的方法。從OpenADR 1.0的部署所學(xué)到的經(jīng)驗促進了對其的改進，并發(fā)展出了OpenADR 2.0.

　　OpenADR 2.0是一種用于DR和價格信號的通信協(xié)議，并定義了安全性配置文件。OpenADR的設(shè)計初衷是為電網(wǎng)域和設(shè)施域之間的DR事件所涉及到的重要信息的通信提供服務(wù)（圖2）。OpenADR中涉及電力、能源相關(guān)的信息要素均符合IEC的通用信息模型（Common Information Model ，CIM)標準。目前，IEC PC 118正在考慮接納OpenADR為IEC標準。OpenADR 2.0是OASIS EI 1.0的一個子集，除了一項詳盡的執(zhí)行規(guī)范之外，還有擴展以支持零售DR需求。

　　OpenADR是應(yīng)用層的數(shù)據(jù)模型，擁有簡單的面向服務(wù)的架構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議，能夠使用任意的傳輸機制。測試和認證項目支持兩種傳輸機制：簡單的RESTful網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和可擴展通信和表示協(xié)議服務(wù)，包含安全性測試。OpenADR聯(lián)盟正致力于其他傳輸綁定的研究。

　　OpenADR聯(lián)盟是一個專門研制詳細的OpenADR執(zhí)行規(guī)范的工業(yè)協(xié)會，同時也支持一致性、測試和認證等套件。該聯(lián)盟有超過120個成員，已認證通過了超過60個的符合OpenADR 2.0的產(chǎn)品。OpenADR聯(lián)盟已經(jīng)研發(fā)出了兩種滿足DR的不同產(chǎn)品和市場需求的協(xié)議。OpenADR 2.0a適用于簡單的DR應(yīng)用，包括了全面的安全性解決方案。OpenADR 2.0b協(xié)議增加了能夠支持更為復(fù)雜的DR客戶端的內(nèi)容。

　　2030.5 智慧能源協(xié)議2.0

　　IEEE 2030.5 智能能源協(xié)議2.0（ Smart Energy Profile 2.0 ，SEP 2.0)使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，利用有線和無線連接，使家庭能源信息、控制和應(yīng)用程序管理以及電力設(shè)施到家中裝置的通信成為可能。SEP 2.0是由ZigBee聯(lián)盟、HomePlug聯(lián)盟、Wi-Fi聯(lián)盟等協(xié)作開發(fā)的。SEP 2.0為家庭域控制網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的而設(shè)計的，涵蓋范圍從表計（或其他連接至電力設(shè)施的實體，比如互聯(lián)網(wǎng)）到家庭中的裝置。

　　SEP 2.0提供了多種功能，包括能源使用信息、價格、需求響應(yīng)信號和負荷控制信號的通信。SEP 2.0可以與多種裝置交互，包括智能電表、恒溫控制器、池泵、智能家電、太陽能逆變器、插電式電動汽車、前提下的顯示器、移動設(shè)備和與支付終端。

　　SEP 2.0的測試和認證是由SEP 2.0互操作聯(lián)盟（Consortium for SEP 2.0 Interoperability，CSEP)提供支持的。CSEP的根本使命是通過定義用于SEP 2.0一致性和認證的測試標準，來幫助具有互操作性的SEP 2.0產(chǎn)品的交付。在2015年1月，CSEP發(fā)布了首個用于SEP 2.0一致性和認證的官方SEP 2.0測試工具，使眾多的認證實驗室能夠開展SEP 2.0產(chǎn)品具有統(tǒng)一的認證程序。

　　為了支持互操作性，并廣泛地應(yīng)用SEP 2.0，標準中的需求不依賴于任何特別的物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。SEP 2.0構(gòu)建于IP堆棧和其他常見的基礎(chǔ)協(xié)議之上。

SEP 2.0是按IEC CIM設(shè)計而成的一個配置文件，直接映射于可能之處，在所需之處使用子集和