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图1 基于OpenADR标准管理DER资源系统图
SEP2.0是ZigBee联盟开发的智慧能源领域内的核心标准,对需求响应信息交换、电动汽车充电、负荷控制、能效管理等业务控制流程进行了细化[13-14]。SEP2.0具备完善的信息模型,可采用IEEE 802.15.4、802.11无线协议,同时也支持HTTP协议的接入方式完成信息交换过程。此外,SEP 2.0可利用安全传输层协议(transport layer security protocol,TLS)来保护设备之间的通信,从而确保协议满足保护消费者信息和智能电网交易所需的严格安全性要求[15]。
澳大利亚发布的AS4755系列标准规范了DR设备接口功能,定义了空调、电热水器、电池储能系统的需求响应模式,使用户侧用电设备具备快速响应、获取即时反馈信息能力[16-17]。为帮助澳大利亚过渡到安全可靠的低碳电力系统,2017年3月颁布了AS/NZS 4755.1标准更新版,明确了DR系统框架,对需求响应支持设备(demand response enabling device,DRED)通信接口方式、发布事件指令内容等进行规范,并提出了验证、测试一个具体的DRED是否满足规范提出的要求的方法,其标准架构图如图2所示。
图2 AS4755标准架构
在OpenADR1.0基础上,OASIS能源互操作技术委员会(energy interoperation,EI)与能源市场信息交换(energy market information exchange,EMIX)[18]、Web服务日历技术委员会(WS-Calendar)[19]合作,制定能源市场交易价格信息交互标准,以便统一能源交易、价格发布等信息交互方式。EMIX定义了能源市场中价格等信息交互标准方法,利用WS- Calendar的通用调度机制进行日程排及调度。同时EMIX及WS-Calendar利用了SGIP优先行动计划PAPS的评估和识别过程。EI1.0的数据模型是采用统一建模语言(unified modeling language,UML)方式进行定义的,该规范所构建的信息和通信模式与面向服务的参考架构(service oriented architecture,SOA)保持一致,可以顺畅地实现动态价格信号、紧急控制信号、常规报告的信息交换。
1.2 国内信息模型标准化现状
目前我国仍然存在终端技术规范各异、缺少统一的信息交互模型等问题,引发了不同厂商所开发的系统/设备接口不统一、难以实现互联互通等问题,影响了我国需求响应实施规模、业务等进一步扩展。全国智能电网用户接口标委会SAC/TC549自2014年成立以来,其下设工作组WG2一直致力于需求响应系统、终端、互操作等方面标准化研究、 标准修订等工作,构建了需求响应信息模型整体架构,形成了UML类图文件等成果。在IEC PC118工作基础之上,中国电科院牵头承担编写的“电网与用户侧智能设备信息交换接口”系列标准。其中第2部分公用信息模型描述了信息模型的总体要求(可靠性、标准性、与CIM兼容性等)、建模领域、模型结构等内容,此部分内容将作为“电网与用户侧智能设备信息交换接口:第3部分信息交换服务规范”基础[20-21]。该系列标准将有助于用户侧设备大规模接入智能电网,提高电力供需平衡及能源供应链效率,进一步完善了我国智能电网标准体系。
在电力系统领域常用公共信息模型CIM来描述电力系统对象、属性及他们之间关系,其是一个抽象模型,提供了一个统一的标准用来描述电力系统对象[22]。CIM方便实现了电力系统不同公司开发的应用系统的集成以及独立开发的系统之间的集成。当前需求响应系统大多独立于已存在的电力调度、配电等系统,这样会导致自动需求响系统建设成本高昂、不能充分利用已建设好的电力系统资源,造成了资源浪费。因此电力需求响应信息模型系列标准需要具备可向CIM信息模型转化的能力,如国内通过对逆向工程CIM扩展方法、IEC国际标准的研究等,目前已经初步完成了OpenADR2.0模型的逆向工程转换及需求响应信息模型的CIM扩展[23-24]。
2017年8月30日,中国电科院组织并召开了《电力需求响应信息模型》系列标准启动会,该系列标准涵盖通则、集中式空调系统、分散式空调系统、电热水器、电热锅炉、电冰箱、用户侧分布式电源、电动汽车信息模型共8项标准[25],该系列标准约定了模型的框架,未来可不断扩充和丰富新的信息模型标准。每一类设备的信息模型分为通用信息模型、专用信息模型2部分,各类设备信息模型对比见表1。
表1 各类设备信息模型的比较
1.3 国内信息交换标准化现状
我国从需求响应系统类、终端类、接口类、测评类等方面制定了多项标准[26],正在逐步完善我国需求响应标准体系。当前我国需求响应发展趋势主要特征是信息交互标准化、决策智能化和执行自动化[27]。根据在国内实施的需求响应试点情况,存在需求响应信息交换过程中信息表达方式不统一、系统互操作差等问题,总体上我国仍处于人工需求响应向自动需求响应过渡阶段。
为了保障需求响应信息交换标准的未来能够顺畅推广,该标准牵头单位中国电力科学研究院广泛邀请国内科研院所、需求响应试点工程参与厂商共同参与制定该标准,旨在建立一个发布即执行的实用性标准,以支撑未来需求响应市场的广泛应用。《电力需求响应信息交换规范》系统性地介绍了电力需求响应信息交换过程的一般原则和要求、信息交换模型、数据类型、信息交换机制及信息交换底层协议要求等,该规范将用于指导电网公司、售电公司、负荷聚合商、设备厂商等如何设计、生产DR系统、终端,用以实现DR业务的自动化。
1)信息交换服务。
该规范根据当前需求响应业务发展、实施情况,提出了信息交互服务,将需求响应信息交互过程通过不同的包进行分类描述,包括通用服务、注册服务、报告服务、事件服务、参与退出服务及询问服务。各类服务详细定义了信息类调用时序及信息交换采用的数据封装格式,表2给出了各类服务所包含具体服务信息。
表2 各类服务所包含具体服务信息
2)信息交换机制及底层协议要求。
在售电侧放开的市场背景下,需求响应参与主体逐渐多元化、执行智能化、互动场景多样化,因此对于需求响应信息交换机制要求较高。《电力需求响应信息交换规范》对电力需求响应信息交换的底层协议要求作了明确的说明,在实际应用所选择的底层协议需具有传输安全性、数据防篡改等基础性要求,如需客户端身份验证等额外的需求,可以利用基于REST架构的HTTP协议及消息队列遥测传输(message queuing telemetry transport,MQTT)协议中的表明连接身份方式实现客户端验证。
2 需求响应信息交换标准化方向
2.1 低层承载协议
某些特定的需求响应资源通常需要快速完成响应过程,如DR辅助服务类服务一般需在2到4 s内完成响应,因此其再需求响应信息交互过程中需要尽可能降低时延并保障消息传递的可靠性[28]。由于在实际通信过程会受到丢包、网络拥塞、冲击噪声、信道衰减、多径效应以及物理层、网络层、应用层通信结构等诸多因素影响[29],不可避免地会产生一定的时延,因此如何实现传输时延最小化将是未来需求响应信息交换需要面临的重要问题之一。针对低层承载协议,本文提出以下几种优化思路对采用REST风格作为信息交换方式进行传输优化,以减少传输延、提高响应速率,供后续需求响应信息交换标准化参考。
1)信息交换模型优化。
通过分析信息交换模型中请求、响应类属性,在信息交换过程中请求、响应消息存在大量重复性属性,尤其对于周期性地事件查询、轮询等服务,这必然会导致产生大量冗余数据。参考HTTP2.0中首部压缩方法[30],在上位节点(down node,DN)与下位节点(up node,UN)中创建“属性表”记录并跟踪此前消息类中的属性中的键值对,每次发送请求、响应消息类时通过与“属性表”差异对比,选择性发送不同的内容。“属性表”在DN与UN第一次连接进行信息交互开始建立,并在持续连接过程中不断进行更新。例如在事件包中,DN需按照一定的时间频次发送QueryEventRequest类向UN查询相关事件信息,在第二次在查询事件信息时可对比建立的“属性表”,对于相同的内容不再重复发送,如图3所示。
2)基于HTTP的REST优化。
HTTP2.0相比HTTP1.x,较大幅度提升了Web服务性能[31]。在HTTP2.0中为了实现多路复用,在应用层与传输层之间增加了二进制分帧层(binary framing),提出了流(stream)的概念[32]。其中,流是建立连接中的双向字节流,二进制分帧层规定了HTTP消息的封装方法。在二进制分帧层传输的信息分割为更小的消息及数据帧,HTTP1.x的首部与实体部分可分别封装到Headers帧与Data帧里面,以需求响应信息规范中DR注册查询请求为例,基于HTTP2.0封装DR注册查询信息示例如图4所示。单条TCP连接可传输任意数量的双向数据流,在二进制分帧层被分解的帧可以乱序发送,在接收端根据流标识符进行重新组合,从而提高了底层TCP连接的利用效率。
图3 基于“属性表”方式优化信息交换模型示意图
图4 基于HTTP2.0封装DR注册查询信息
除了以上2种优化思路,还可对TCP传输层进一步进行优化,提升传输速率,如文献[33]利用数据挖掘技术改善CUBIC拥塞控制算法,实现对拥塞的判断及丢包预测,文献[34]提出了利用加权随机早期检测(weighted random early detection,WRED)对TCP连接初始化连接进行优化,减少了TCP连接建立时间及错过任务规定的时间限制问题。
2.2 适配器规范
目前IEC PC118 WG2工作组已开展OpenADR与CIM适配器研标准化工作,在经过多次国际会议上各国专家交流、合作,初步形成了适配器标准并已进行流转[35]。2017年5月,IEC PC118在上海举行的第12次工作组会议重点讨论了OpenADR-CIM适配器流转意见。下面以OpenADR为例说明使用适配器完成数据通信过程,如图5所示。能源供应商通过使用IEC 62746标准的信息模型,发送DR事件请求给需求响应聚合商。DR聚合商通过OpenADR-CIM适配器将标准的CIM信息模型转换成OpenADR标准后继续发送给电力用户,完成电网侧与用户侧不同标准之间的互操作[36]。适配器具体构建步骤如下:
1)建立XML Schema与标准CIM DR的UML模型之间具体的映射关系。
2)确定适配方式,如通过使用XML转换工具将CIM DR中的UML子集转换成对应的XML子集,在将XML子集映射成智能电网用户侧DR连接标准的XSD。
3)自动完成转换过程。
4)根据电网侧IEC CIM模型及OpenADR内容扩展及时对适配器进行更新,以满足电力市场中业务快速发展的需求。
图5 OpenADR-CIM适配器
2.3 安全规范
需求响应信息交换规范并没有定义信息安全,但却定义了信息交换底层协议安全的要求。信息交换安全规范在需求响应标准体系中是独立存在的,目前该部分的标准化工作尚未完成。然而,由于需求响应业务涉及大量用户侧的设备和系统,其安全性不容忽略[37]。需求响应信息交互安全架构如图6所示。
图6 DR信息交互安全架构
1)基于云部署方式的DR信息安全需求。
以云计算为基础平台架构的大数据技术正逐步应用到电力需求响应系统,运用数据挖掘技术了解用户准确的用能行为及用电需求,可用于支撑电网企业制定更加合理有效的需求响应项目计划[38]。随着需求侧智能用电设备大量推广,基于“互联网+”的智慧能源应用将更为普及[39]。因此,构建一套有效的云安全评估与测试模型,将是保障需求响应大规模应用的前提条件。
2)人工智能技术构建DR信息交换防御系统。
随着人工智能(artificial intelligence,AI)技术的逐步成熟,AI的机器学习[40]、模糊逻辑控制系统和人工神经网络(artificial neural networks,ANN)都适用于设计高效的网络防御系统,且具有精准地实时监控网络、自我修复和保护能力[41]。未来可利用机器学习智能引擎快速检测需求响应信息交换过程中的异常行为、敏感访问、挑战黑洞(challenge collapsar,CC)攻击等恶意机器行为以及识别提供虚假报价信息的非法DR用户。同时在需求响应系统中可将AI与云安全结合,依靠机器学习自动发现、分类和保护存储在电力需求响应云端中的敏感数据,帮助云服务提供商更加安全高效地保护数据。
3)基于区块链技术创建DR安全交易环境。
在售电侧放开的新电力市场环境下,现有的市场安全管理机制难以解决需求响应业务中资金核算、交易信息流的安全性、账本伪造等问题。区块链技术作为一种新兴技术,由于具有去中心化、交易透明、不可篡改、可追溯等特点[42],在自动需求响应系统中将会有巨大的应用潜力。基于区块链技术的可信工作证明、互联共识记账、智能合约机制及信息安全机制[43]可促进需求响应业务的智能化发展,保障资金信息的完整性及交易的合法性,为复杂多样化的能源交易市场提供了一种快速安全交易的解决思路,未来可将该部分内容纳入到DR业务支撑规范的范畴。
3 结语
本文基于国内外最新的需求响应标准化现状,结合我国需求响应信息模型标准化工作进展开展了分析,提出了未来我国需求响应信息交换标准化的发展建议。随着我国售电市场逐步放开,未来需求响应的市场规模还将进一步扩大,其自动化、智能化程度还将进一步提升。需求响应信息交换规范的制定,有力地支撑了未来不同厂商设备间的信息交互标准化操作。但是,我国需求响应业务的顺畅发展还需要一系列的标准来支撑,目前的标准化工作才刚刚起步,未来还需要不断完善和丰富现有的需求响应标准体系,才能实现对我国需求响应试点成果大规模复制推广的有效支撑。
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作者简介:
张志昌(1968),男,硕士,高级工程师,从事智能电网应用、主动配电网应用等方面的研究;
陈京生(1993),男,硕士研究生,主要从事需求响应信息通信支撑相关技术等相关方面的研究;
李彬(1983),男,博士,副教授,通信作者,主要从事电力通信、电气信息技术相关研究;
田世明(1965),男,硕士,教授级高级工程师,主要从事智能电网、需求侧管理、分布式电源等技术方面的研究工作;
董明宇(1987),女,硕士,从事分布式电源、需求响应方面的研究工作;
朱伟义(1971),男,硕士研究生,从事电力营销技术、智能用电等方面的研究;
祁兵(1965),男,教授,博士生导师,主要从事电力节能、自动需求响应相关技术研究;
孙毅(1972),男,教授,主要从事电力大数据与电网能效节能相关技术研究。
基金项目: 国家电网公司重点示范工程项目(苏州工业园区智能电网应用示范区主动配电网综合示范工程)
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北极星售电网获悉,工业领域电力需求侧管理促进中心发布关于公示2024年第二批电力需求侧管理服务机构名单的通知,共包含8家单位,公示时间:2024年12月27日-2024年12月31日。
北极星售电网获悉,工业和信息化部公布《全国工业领域电力需求侧管理典型案例(2024年)》,确定37家企业列入《全国工业领域电力需求侧管理典型案例(2024年)》,涉及虚拟电厂、源网荷储一体化等。详情如下:工业和信息化部办公厅关于公布《全国工业领域电力需求侧管理典型案例(2024年)》的通知各省
通算规模突破3万节点,智算规模超3000P发布千亿级NLP大模型,上线5个以上垂直领域大模型年内形成基本覆盖公司全业务域的电力知识库打造人工智能综合示范区,分批次完成53个“大瓦特”揭榜挂帅场景建设在电算协同、电鸿物联、人工智能、可信数据空间等方面推进行业、产业上下游交流合作近日,南方电网召
2025年政府工作报告提出,推动科技创新和产业创新融合发展,因地制宜发展新质生产力。中能传媒记者就如何以新质生产力推动电网高质量发展对全国人大代表、河南新乡供电公司新乡变电运维站副站长高珂进行了专访。高珂谈到,一方面算力、大数据、人工智能等新科技产业对电力需求量大、可靠性要求高,做好
3月13日上午,河北省人大常委会副主任、省总工会主席陈平一行莅临科林电气开展实地调研,深入了解企业科技创新、产业升级及工会服务职工等工作。科林电气总经理王永,副总经理邱士勇全程陪同,并向调研组汇报企业高质量发展成果。调研活动聚焦科技创新与劳模精神调研组一行先后参观了科林电气产业园展
以创新技术推动新质生产力发展,为企业加速绿色转型注入强劲动能ABB电气中国副总裁杨嵘发表“科技创新助推企业绿色发展”主题演讲ABBEmax2Harness荣获产业智能“新质”奖,ABBMNS3.0Digital数字化低压开关柜荣获配电产品“新质”奖在科技快速迭代、全球产业格局深度重构的时代背景下,新质生产力正推动
3月11日,全国政协常委、中国民间商会副会长、正泰集团董事长南存辉一行来到中国华能集团,与中国华能集团有限公司董事长、党组书记温枢刚等举行会谈,双方就业务合作及发展进行交流探讨。中国华能集团副总经理、党组成员张涛,正泰集团董事、正泰新能源董事长陆川等参加会谈。温枢刚对南存辉一行的到
3月11日,全国政协常委、中国民间商会副会长、正泰集团董事长南存辉到访中国华电集团,与中国华电集团有限公司董事长、党组书记江毅举行会谈。双方围绕深化绿色能源产业合作,推动新能源高质量发展有关事宜深入交流。正泰集团董事、正泰新能源董事长陆川等参加会谈。江毅对南存辉一行在全国两会闭幕之
近日,北京市通州区领导走访国网北京市电力公司并召开座谈会。双方围绕积极拓展合作空间、强化城市用电保障、为副中心高质量发展注入强劲动力进行深入交流。通州区区委书记孟景伟表示副中心今年将继续保持千亿投资强度,重大工程项目全面展开,对电力能源的需求进一步提级。副中心将扎实推进电力规划,
在“双碳”目标引领下,能源领域正迎来深刻变革,电力系统作为能源转型的关键环节,亟需先进、高效、绿色的高压开关设备来支撑其稳定、可靠运行。西安西电开关电气有限公司(以下简称“西开电气”)作为电力装备领域的领军企业,重磅推出无氟型环保GIS、抽水蓄能成套设备、刚性气体绝缘封闭母线等系列
央企使命·破局而立从国产替代到国际领跑,重塑高压开关产业格局在构建新型电力系统的浪潮中,高压开关设备作为能源传输的“智慧关节”,其技术突破直接关乎国家能源安全与产业话语权。60多年来,西安西电开关电气有限公司(以下简称“西开电气”)的发展与国家的能源、装备战略密不可分,参与了新中国
目前,河北涿州作为“京保石”产业带的核心城市,正在大力发展高端装备、新能源汽车等先进制造业,这些产业对供电稳定性要求极高。供电企业加快电网智能化改造,结合企业实际需求,优先提升工业园区供电可靠性。对此,全国人大代表、北方凌云工业集团有限公司凌云股份中央研究院项目工程部试制班工段长
3月6日,电力规划设计总院受国家发展改革委基础司委托,院长助理康世崴一行到阿拉善开展“十五五”沙戈荒新能源大基地规划布局专题调研。盟能源局组织相关盟直部门、各旗区以及重点能源企业召开座谈会,围绕基地开发布局、要素条件保障、支撑电源开发选址等关键议题,展开了深入交流与探讨。电力规划设
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