我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力需求響應(yīng)系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范(GB/T 32672—2016)》、《電力需求響應(yīng)系統(tǒng)功能規(guī)范》(GB/T 35681—2017)等標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)發(fā)布,初步奠定了我國(guó)DR業(yè)務(wù)通的基本框架和功能。目前正在制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力需求響應(yīng)信息交換規(guī)范》和《電力需求響應(yīng)信息模型》系列標(biāo)準(zhǔn)也即將發(fā)布,將對(duì)虛擬頂端節(jié)點(diǎn)(virtual top node,VTN)與虛擬末端節(jié)點(diǎn)(virtual end node,VEN)間的復(fù)雜業(yè)務(wù)交互邏輯提供有力的支撐。為了保障設(shè)備與系統(tǒng)間的良好互操作管理,在進(jìn)行數(shù)據(jù)模型、資源模型設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)當(dāng)充分考慮將設(shè)備的屬性描述與功能描述分開(kāi),如圖4所示,DR資源可以從設(shè)備類(lèi)型、實(shí)體類(lèi)型、特征類(lèi)型等方面進(jìn)行解耦,同時(shí)在交互的數(shù)據(jù)模型中,應(yīng)基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力需求響應(yīng)信息模型》進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展。

 

 

 

圖4 DR設(shè)備/系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)模型與資源模型關(guān)系圖

 

2.2.3 安全風(fēng)險(xiǎn)

 

需求響應(yīng)信息交換對(duì)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(jì)算的花費(fèi)代價(jià)。對(duì)于常規(guī)的模數(shù)的加法運(yùn)算、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生、級(jí)聯(lián)操作耗時(shí)較短,其計(jì)算的成本可以忽略。而模數(shù)乘法、模冪運(yùn)算、模逆元素運(yùn)算和散列函數(shù)操作則不能夠忽略不計(jì)。以文獻(xiàn)[40]中給出的需求側(cè)投標(biāo)競(jìng)價(jià)業(yè)務(wù)為例,包括了預(yù)處理、密鑰生成、投標(biāo)人登記、中標(biāo)認(rèn)證、激勵(lì)主張等功能。其中,預(yù)處理和投標(biāo)人登記僅執(zhí)行一次。此外為了提高效率,中標(biāo)驗(yàn)證和核實(shí)得主的計(jì)算也設(shè)置為可選。同樣,主張激勵(lì)的計(jì)算在中標(biāo)人與注冊(cè)管理器之間運(yùn)行。因此,參與投標(biāo)密鑰生成成本、招投標(biāo)設(shè)置和招投標(biāo)過(guò)程是在一輪招標(biāo)過(guò)程中主要的實(shí)時(shí)計(jì)算成本。此外,還需要考慮在每個(gè)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(biāo)設(shè)置、中標(biāo)認(rèn)證階段沒(méi)有信息交換,不產(chǎn)生額外的通信費(fèi)用。通常為了防止非授權(quán)訪問(wèn),可以采用端到端的安全加密認(rèn)證方式[41]。但是,數(shù)據(jù)的加密會(huì)增加額外的開(kāi)銷(xiāo),尤其對(duì)于大規(guī)模、高頻度智能控制終端而言。對(duì)于電網(wǎng)控制中心而言,往往關(guān)注的是一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的整體情況。負(fù)荷聚合商所關(guān)注的也只是與其直接相關(guān)的上下級(jí)的信息,因此并沒(méi)有必要將所有數(shù)據(jù)流進(jìn)行端到端的加密處理。在業(yè)務(wù)信息匯聚點(diǎn)處,可以將數(shù)據(jù)流合并進(jìn)行統(tǒng)一的處理。盡管當(dāng)前電網(wǎng)信息通道的帶寬容量較高、且延時(shí)較低,但是大量參與互動(dòng)的用戶(hù)分散在不同的區(qū)域,而且會(huì)以近乎于相同的頻率和時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù),在某一瞬間仍然會(huì)形成較大的壓力。文獻(xiàn)[42]對(duì)通過(guò)對(duì)VTN/VEN多播樹(shù)的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析,評(píng)估地市級(jí)供需互動(dòng)終端聚合后的帶寬需求約為STM-4量級(jí)。需求響應(yīng)系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)至少應(yīng)滿足以下兩個(gè)方面的技術(shù)需求：

 

1）安全性需求。沒(méi)有有效的保障,則用戶(hù)通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)可能會(huì)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(hù)終端交互的并發(fā)性需求,需要提供通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率以保障大規(guī)模用戶(hù)互動(dòng)過(guò)程中報(bào)告?zhèn)魉偷臏?zhǔn)實(shí)時(shí)性。

 

除了常規(guī)的安全性防護(hù)體系外,在不同實(shí)體交互時(shí),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(yùn)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(guò)本地代理(可選)向聚合系統(tǒng)發(fā)起請(qǐng)求[43],通常聚合系統(tǒng)會(huì)具有獨(dú)立的私有協(xié)議,為了屏蔽不同參與實(shí)體的差異性并且防范來(lái)自于未知協(xié)議的攻擊,在電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)將首先獲取聚合商系統(tǒng)的自描述信息(標(biāo)準(zhǔn)信息模型),通過(guò)逆向協(xié)議分析手段檢測(cè)其合法性,并下發(fā)特定的策略配置。

 

 

 

2.3 平臺(tái)部署及組織實(shí)施層面

 

2.3.1 平臺(tái)部署

 

目前普遍認(rèn)為在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的大規(guī)模電力需求響應(yīng)項(xiàng)目的所有方案中,通過(guò)現(xiàn)有部署的電能服務(wù)管理平臺(tái)的成本是最低的。根據(jù)電能服務(wù)管理平臺(tái)的規(guī)劃,目前中國(guó)電力科學(xué)研究院已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)了自動(dòng)需求響應(yīng)模塊的部署及接口標(biāo)準(zhǔn)的一致性測(cè)試工作。目前規(guī)劃的DR業(yè)務(wù)功能主要包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)、直接負(fù)荷控制、可削減或中斷負(fù)荷、緊急需求響應(yīng)、容量市場(chǎng)計(jì)劃、輔助服務(wù)計(jì)劃等機(jī)制。考慮到我國(guó)的電價(jià)體制還不夠靈活,在現(xiàn)有的價(jià)格型項(xiàng)目部署上,初步設(shè)計(jì)是通過(guò)模擬的價(jià)格方式進(jìn)行運(yùn)行,在完整系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中,還需要對(duì)部署在電能服務(wù)管理平臺(tái)上的新功能進(jìn)行試運(yùn)行驗(yàn)證。考慮到DR項(xiàng)目通知的時(shí)限在逐步縮短,未來(lái)還應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮加強(qiáng)DR平臺(tái)的實(shí)時(shí)性事務(wù)處理能力建設(shè)。

 

在DR業(yè)務(wù)推廣過(guò)程中,涉及諸多不確定性因素,如：用戶(hù)行為的影響、外接因素的干擾、精確的負(fù)荷模型、結(jié)算機(jī)制,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)均需要進(jìn)行提前模擬驗(yàn)證。因此,需求響應(yīng)策略仿真推演是保障DR項(xiàng)目執(zhí)行順暢的關(guān)鍵,而現(xiàn)有的平臺(tái)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(wú)法將實(shí)現(xiàn)能量流、信息流的深度耦合仿真[44]。需求響應(yīng)策略模擬演練功能是保障實(shí)際DR系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要手段(如圖6所示),中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭研制的自動(dòng)需求響應(yīng)混合仿真平臺(tái)(automated demand response hybrid simulation platform,ADRHSP)仿真演練模塊已經(jīng)進(jìn)入多方聯(lián)調(diào)測(cè)試階段,并計(jì)劃于2018年下半年在江蘇、天津等地進(jìn)行初步部署和實(shí)施。

 

 

 

在平臺(tái)大規(guī)模部署實(shí)施過(guò)程中,目前普遍存在的問(wèn)題就是電力企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還不夠完善,還無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模需求側(cè)負(fù)荷的在線監(jiān)控和雙向交互機(jī)制。DR系統(tǒng)的架構(gòu)部署最為方便的方式還是借助于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施,直到支撐先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(advanced metering infrastructure,AMI)等專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施完備后,再將其部署方式切轉(zhuǎn)到電力專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。甚至連分項(xiàng)計(jì)量的智能電表都不是必須的,可以通過(guò)建筑能源管理系統(tǒng)將能源的耗費(fèi)數(shù)據(jù)通過(guò)Internet回傳。精細(xì)化的表計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)可以用于增強(qiáng)DR項(xiàng)目實(shí)施的效果,能夠更加精細(xì)地刻畫(huà)需求側(cè)的負(fù)荷基線,同時(shí)還能為DR服務(wù)商準(zhǔn)確地評(píng)估用戶(hù)的DR響應(yīng)潛力,并為其制定實(shí)時(shí)調(diào)控策略,最大化其收益。隨著DR項(xiàng)目實(shí)施范圍的擴(kuò)大,參與調(diào)度的對(duì)象不僅僅限定為需求側(cè)的負(fù)荷,針對(duì)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(chǎng)柴油發(fā)電機(jī))作為緊急備用電力供應(yīng),參與實(shí)時(shí)電力供需互動(dòng)平衡。