新电改背景下 我国如何促进电力需求响应向常态化转型？

我国国家标准《电力需求响应系统通用技术规范(GB/T 32672—2016)》、《电力需求响应系统功能规范》(GB/T 35681—2017)等标准连续发布,初步奠定了我国DR业务通的基本框架和功能。目前正在制定的行业标准《电力需求响应信息交换规范》和《电力需求响应信息模型》系列标准也即将发布,将对虚拟顶端节点(virtual top node,VTN)与虚拟末端节点(virtual end node,VEN)间的复杂业务交互逻辑提供有力的支撑。为了保障设备与系统间的良好互操作管理,在进行数据模型、资源模型设计时,还应当充分考虑将设备的属性描述与功能描述分开,如图4所示,DR资源可以从设备类型、实体类型、特征类型等方面进行解耦,同时在交互的数据模型中,应基于行业标准《电力需求响应信息模型》进行相应的功能扩展。

 

 

 

图4 DR设备/系统通信数据模型与资源模型关系图

 

2.2.3 安全风险

 

需求响应信息交换对端到端延迟和安全性均有较高的要求,在已有的加密和签名方案中,需要考虑计算的花费代价。对于常规的模数的加法运算、随机数产生、级联操作耗时较短,其计算的成本可以忽略。而模数乘法、模幂运算、模逆元素运算和散列函数操作则不能够忽略不计。以文献[40]中给出的需求侧投标竞价业务为例,包括了预处理、密钥生成、投标人登记、中标认证、激励主张等功能。其中,预处理和投标人登记仅执行一次。此外为了提高效率,中标验证和核实得主的计算也设置为可选。同样,主张激励的计算在中标人与注册管理器之间运行。因此,参与投标密钥生成成本、招投标设置和招投标过程是在一轮招标过程中主要的实时计算成本。此外,还需要考虑在每个阶段各方之间传递的消息的数量和信息交换成本。此外,在招投标设置、中标认证阶段没有信息交换,不产生额外的通信费用。通常为了防止非授权访问,可以采用端到端的安全加密认证方式[41]。但是,数据的加密会增加额外的开销,尤其对于大规模、高频度智能控制终端而言。对于电网控制中心而言,往往关注的是一个区域范围内的整体情况。负荷聚合商所关注的也只是与其直接相关的上下级的信息,因此并没有必要将所有数据流进行端到端的加密处理。在业务信息汇聚点处,可以将数据流合并进行统一的处理。尽管当前电网信息通道的带宽容量较高、且延时较低,但是大量参与互动的用户分散在不同的区域,而且会以近乎于相同的频率和时间发送数据,在某一瞬间仍然会形成较大的压力。文献[42]对通过对VTN/VEN多播树的业务需求进行分析,评估地市级供需互动终端聚合后的带宽需求约为STM-4量级。需求响应系统的底层网络设计至少应满足以下两个方面的技术需求：

 

1）安全性需求。没有有效的保障,则用户通信过程中的数据可能会被窃取、篡改,因此私密性与数据完整性均需要考虑。

 

2）通信高效性需求。考虑到大量的分散用户终端交互的并发性需求,需要提供通信网络的传输效率以保障大规模用户互动过程中报告传送的准实时性。

 

除了常规的安全性防护体系外,在不同实体交互时,还可以引入逆向协议分析与AI安全防御手段保障DR系统的正常运行。如图5所示(假定DR聚合系统采用SPDYv3协议),DR终端通过本地代理(可选)向聚合系统发起请求[43],通常聚合系统会具有独立的私有协议,为了屏蔽不同参与实体的差异性并且防范来自于未知协议的攻击,在电网侧系统协议转换网关将首先获取聚合商系统的自描述信息(标准信息模型),通过逆向协议分析手段检测其合法性,并下发特定的策略配置。

 

 

 

2.3 平台部署及组织实施层面

 

2.3.1 平台部署

 

目前普遍认为在全国范围内实施满足标准要求的大规模电力需求响应项目的所有方案中,通过现有部署的电能服务管理平台的成本是最低的。根据电能服务管理平台的规划,目前中国电力科学研究院已经开始启动了自动需求响应模块的部署及接口标准的一致性测试工作。目前规划的DR业务功能主要包括分时电价、实时电价、尖峰电价、直接负荷控制、可削减或中断负荷、紧急需求响应、容量市场计划、辅助服务计划等机制。考虑到我国的电价体制还不够灵活,在现有的价格型项目部署上,初步设计是通过模拟的价格方式进行运行,在完整系统的运行过程中,还需要对部署在电能服务管理平台上的新功能进行试运行验证。考虑到DR项目通知的时限在逐步缩短,未来还应当重点考虑加强DR平台的实时性事务处理能力建设。

 

在DR业务推广过程中,涉及诸多不确定性因素,如：用户行为的影响、外接因素的干扰、精确的负荷模型、结算机制,在系统运行时均需要进行提前模拟验证。因此,需求响应策略仿真推演是保障DR项目执行顺畅的关键,而现有的平台大多集成一些固定的静态模型,少量仿真也是集中于DR资源的理论性的模拟,无法将实现能量流、信息流的深度耦合仿真[44]。需求响应策略模拟演练功能是保障实际DR系统运行效果的重要手段(如图6所示),中国电力科学研究院牵头研制的自动需求响应混合仿真平台(automated demand response hybrid simulation platform,ADRHSP)仿真演练模块已经进入多方联调测试阶段,并计划于2018年下半年在江苏、天津等地进行初步部署和实施。

 

 

 

在平台大规模部署实施过程中,目前普遍存在的问题就是电力企业的基础设施建设还不够完善,还无法有效地实现大规模需求侧负荷的在线监控和双向交互机制。DR系统的架构部署最为方便的方式还是借助于互联网实施,直到支撑先进计量基础设施(advanced metering infrastructure,AMI)等专有网络基础设施完备后,再将其部署方式切转到电力专用网络。甚至连分项计量的智能电表都不是必须的,可以通过建筑能源管理系统将能源的耗费数据通过Internet回传。精细化的表计计量的数据可以用于增强DR项目实施的效果,能够更加精细地刻画需求侧的负荷基线,同时还能为DR服务商准确地评估用户的DR响应潜力,并为其制定实时调控策略,最大化其收益。随着DR项目实施范围的扩大,参与调度的对象不仅仅限定为需求侧的负荷,针对规模更大的建筑和微型电网,还可以调度其电源(如：现场柴油发电机)作为紧急备用电力供应,参与实时电力供需互动平衡。