我國國家標準《電力需求響應系統通用技術規范(GB/T 32672—2016)》、《電力需求響應系統功能規范》(GB/T 35681—2017)等標準連續發布,初步奠定了我國DR業務通的基本框架和功能。目前正在制定的行業標準《電力需求響應信息交換規范》和《電力需求響應信息模型》系列標準也即將發布,將對虛擬頂端節點(virtual top node,VTN)與虛擬末端節點(virtual end node,VEN)間的復雜業務交互邏輯提供有力的支撐。為了保障設備與系統間的良好互操作管理,在進行數據模型、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,同時在交互的數據模型中,應基于行業標準《電力需求響應信息模型》進行相應的功能擴展。

 

 

 

圖4 DR設備/系統通信數據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。對于常規的模數的加法運算、隨機數產生、級聯操作耗時較短,其計算的成本可以忽略。而模數乘法、模冪運算、模逆元素運算和散列函數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,數據的加密會增加額外的開銷,尤其對于大規模、高頻度智能控制終端而言。對于電網控制中心而言,往往關注的是一個區域范圍內的整體情況。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據流進行端到端的加密處理。在業務信息匯聚點處,可以將數據流合并進行統一的處理。盡管當前電網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域,而且會以近乎于相同的頻率和時間發送數據,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。需求響應系統的底層網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據可能會被竊取、篡改,因此私密性與數據完整性均需要考慮。

 

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性需求,需要提供通信網絡的傳輸效率以保障大規模用戶互動過程中報告傳送的準實時性。

 

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

 

 

 

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實施滿足標準要求的大規模電力需求響應項目的所有方案中,通過現有部署的電能服務管理平臺的成本是最低的。根據電能服務管理平臺的規劃,目前中國電力科學研究院已經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。目前規劃的DR業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項目執行順暢的關鍵,而現有的平臺大多集成一些固定的靜態模型,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)仿真演練模塊已經進入多方聯調測試階段,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。

 

 

 

在平臺大規模部署實施過程中,目前普遍存在的問題就是電力企業的基礎設施建設還不夠完善,還無法有效地實現大規模需求側負荷的在線監控和雙向交互機制。DR系統的架構部署最為方便的方式還是借助于互聯網實施,直到支撐先進計量基礎設施(advanced metering infrastructure,AMI)等專有網絡基礎設施完備后,再將其部署方式切轉到電力專用網絡。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將能源的耗費數據通過Internet回傳。精細化的表計計量的數據可以用于增強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,并為其制定實時調控策略,最大化其收益。隨著DR項目實施范圍的擴大,參與調度的對象不僅僅限定為需求側的負荷,針對規模更大的建筑和微型電網,還可以調度其電源(如：現場柴油發電機)作為緊急備用電力供應,參與實時電力供需互動平衡。