0 引言

需求响应（Demand Response，DR）作为协调优化发电侧和需求侧资源的重要手段，能够通过价格信号或激励措施，引导用户改变原有用电模式，保障电网的可靠稳定运行。在开展需求响应业务过程中，让大量需求侧可调节资源参与电网互动，是实现“源-网-荷”两端平衡的重要方式。该过程涉及各种类型的需求侧资源，它们以互联特性为依据，通过聚合、互补的方式实现联合调用^[1]。

在“互联网+智慧能源”背景下，国内很多城市如北京、江苏、上海、佛山等地，陆续开展了DR试点项目建设，形成了由政府主导、电网企业组织实施、聚合商/服务商以及第三方平台参与的多元化能源服务格局。DR系统平台采用分级构建方式，通过负荷聚合商平台接入上一级系统，支持DR事件和实时指令发布，实现从DR用户申报、审核、签约、项目执行、反馈评估等全过程管理。随着泛在电力物联网的大力推行，DR系统对电网自动化控制的需求越来越高^[2]。DR关键技术包括用户负荷的预测、DR资源动态聚合管理、控制组的划分、基础设施信息模型建立等^[3]，在系统构建过程中，采用了大量的预测、建模、控制、最优化技术，有效支撑自动需求响应（ADR）系统的大规模、高性能、低成本实现^[4]。

国外方面，英国研究机构采用公共中间通信服务层建立通用的服务平台，在多协议、多应用共存时，提升了网络的带宽利用效率，有效解决异构网络条件下的复杂业务应用^[5]。日本有学者提出了1种增强型开放自动需求响应通信规范（Open Auto⁃ mated Demand Response Communications Specifica⁃ tion，OpenADR），支撑聚合资源ADR的快速、灵活调度，同时还使用了IEEE1888中最新定义的TRAP机制，使得OpenADR服务器能够将预先设定的特定事件推送给每一个用户^[6]；每个用户（包括聚合商）均可以参与该事件的定制，报道事件的时延从19 s减少到2.2 s^[7]。针对未来快速自动需求响应业务需求，负荷聚合商需要在短短几分钟内将调度任务发送给众多的参与对象，在并发性方面，OpenADR仍然需要为每个用户提供更快、更灵活的调控方式。常规的OpenADR协议仅能够支持从用户端向服务器端的周期型慢速通信，目前已有关于提升ADR通信性能和灵活性的报道^[8]。例如美国劳伦斯伯克利国家实验室提出采用开源工具扩大自动需求响应业务的方式，并设想在通用的开源平台上支持创新性实验以及标准协议的一致性校验^[9]。需求侧资源泛在互联自动化程度的不断提升，对需求侧资源互联一致性测试技术提出了新的需求，亟需开展相关研究工作。

1 需求侧资源及泛在互联业务的分类 1.1 需求侧资源分类

电力峰值负荷的发电边际成本高，而通过需求响应技术能够最大限度地将使用的能源由常规化石转变为可再生资源。自动需求响应通常具有双重效益，既可以避免化石能源参与电网辅助服务，同时还利用了低碳发电技术^[10]。在应对负荷变化需求的所有技术方案中（如新建电厂、峰值发电、购买备用容量等），需求响应方案的成本最低。由于风能、太阳能发电方式缺少准确预测手段，而自动需求响应是能够在不影响服务和电网可靠性的情况下充分利用新能源的有效方案。需求侧资源可根据其用户类型、响应特性、能量流动、用户调节方式采用不同的分类方式，见图 1。

1.2 需求侧资源泛在互联业务类别

需求侧资源互联作为未来面向用户的重要业务，需求响应项目可以细分为可调度类型和非可调度类型（见图 2）。对于可调度类型业务，其触发条件往往基于离散事件，DR终端或DR聚合服务商需要快速响应上级发送的紧急事件，以达到快速调控的目的，其业务特征是流量往往在短时间内达到瞬时高峰。非调度类型业务则根据电网的宏观优化目标及负荷的统计规律进行设定，其信息发布大多具有一定的规律，如周期性发布、季节性调整等；规则的制定往往依赖于电力系统的中长期规划及负荷增长的准确预测。

1.3 信息交互方式

在信息交互方面，OpenADR协议定义了以下标准服务，其中构造基本业务的核心服务主要包括：

（1）EiEvent：用于通告自动客户端（VEN）即将发生的DR事件和DR信号；

（2）EiOpt：VEN可以选择性地加入或者退出DR事件；

（3）EiReport：用于VEN报告事件至网络虚拟终端（VTN），该信息主要用于监测及预测与VEN关联的需求侧负荷状态；

（4）EiRegisterParty：用于建立VEN和VTN之间的连接。

IEEE1888也有特有的数据模型，因此在进行系统对接时需要考虑从OpenADR到IEEE 1888的映射，IEEE1888使用URL格式符号表示^[9]，例如 < ei:eventStatus>可被转换为URL的pointID“... /ei:event Status”形式。不同的数据交互方式各有特点，分别适用于不同的应用场景。中间库采用数据库事务处理机制，交互方式简单，适用于需求侧资源互联过程中数据量大的场景，但受限于数据库资源连接池，开放性有限。WebService方式通常利用HTTP、XML等互联网标准化协议，适用于交互数据量不大的跨平台的互操作场景，但需要考虑数据的调度优化问题。“WebService+中间库”组合方式则综合了WebService和中间库各自的优势，解决了中间库方式交互双方的时序问题。

需求侧资源泛在互联对实时性的要求不高，数据量较多的交互也可以通过文件传输的方式实现，但需要预先约定好文件的命名规则和数据格式。为满足快速部署、快速应用的需求，目前国内用电信息采集系统与非国网统推业务系统之间的交互方式越来越多地采用WebService方式。参与交互的2个实体之间采用SOAP协议传递信息^[11]，主、从双方传递的信息根据WSDL描述生成SOAP请求。

鉴于目前国内需求侧资源泛在互联仍缺乏统一的通信协议，且不同设备、系统之间交互时所选择的数据交互方式各不相同，必然导致设备、系统通信能力低等问题，因此亟需针对OpenADR等通信协议研究互联一致性测试技术，以保证互联业务效率的提升。

2 需求侧泛在互联的一致性测试 2.1 需求侧资源互联测试评价体系

需求侧资源大规模互联时，可以通过事件实现单一电价、不同时段电价、不同时段调度级别等信息的发布，VTN可以告知VEN相关需求，使其调整负荷曲线^[11]。价格型事件表征的是对需求侧负荷资源的激励，而调度型事件用于指示期望的负荷曲线（甚至可以直接进行负荷控制）。以高峰负荷削减为例，DR项目通过不同时段的电价差异，引导用户将高峰负荷转移到非高峰负荷。执行过程中，需要提前将该事件发布至用户，使其有充足的准备时间。电网频率调节型项目往往无提前发布的事件，因需要DR资源快速响应VTN发布的信号，所以其交互方式更加复杂。

在参与电网互动的过程中，每个设备/系统均作为独立的个体进行决策和执行任务，随时可能发生设备的投退事件。马尔科夫决策分析方法非常适用于需求侧设备/系统在参与互动过程中的迁移状态分析，利用有限状态机描述的示意图如图 3所示。

OpenADR目前采用的是Inerenet公用技术方案，因此协议的一致性测试无需过多地关注底层的实现细节，可以侧重于业务层面的一致性互操作测试，目前主要集中于应用层级的消息（大多基于OASIS EI1.0版本）。此外，OpenADR2.0允许供应商自主选择使用不同的协议类型，例如，供应商既可以在众多的安全性标准中选择能够满足电力公司、用户需求的标准，也可以选择HTTP或者XMPP的实现方式作为传输层协议（XMPP更适合于低传输时延的通信场景[12）。]一般情况下，这些差异会给需求侧资源的互操作带来问题，但OpenADR目前的处理方式需要所有的VTN支持全部特性，而VEN则可以根据其能力选择实现部分功能，因此VEN之间的通信更加困难。

OASIS EI1.0协议定义的数据项远远超过了需求响应和价格通信业务需求^[13]，因此对于OASIS EI1.0的协议分析应当进行特殊处理：

（1）降低EI1.0定义的负载大小和复杂度，只选择与DR和价格相关的内容；

（2）减少EI1.0数据模型的变化类别，增加限定条件；

（3）必要时扩展EI1.0数据模型；

（4）创建能够支持不同实现和部署场景的配置方式。

为了有效开展需求侧互联效果测试，需要定义完备的评价指标，本文主要考虑安全、可靠、效益等相关指标，具体指标体系如图 4所示。

2.2 需求侧资源互联测试平台架构设计

图 5为需求侧泛在互联一致性测试平台架构示意图。需求侧泛在互联一致性测试平台主要针对真实电力需求响应系统中，不同角色面临的不同业务和场景进行模拟测试；基于实际的需求响应业务实施流程，分析需求响应业务模拟实施过程中相应供用电系统中能量流的发展走势，为需求响应服务商、需求响应聚合商及电力用户等不同角色的DR策略评估提供支撑，并从需求响应服务商、需求响应聚合商和电力用户等不同立场上模拟评估需求响应实施效果（成本、收益等）^[14]。

在下发交互信息时，需要考虑具体的信息模型，目前我国已经出台电力需求响应信息交换规范及需求侧典型资源的信息模型标准^[15]，图 6以DR项目信息为例，说明了具体的信息数据结构及模型内容。在进行DR项目信息描述时，需要考虑具体的项目名称以及关于项目本身的特定描述和起止时间，便于接收端能够准确了解该项目的内容，从而做出响应。

2.3 需求侧资源互联测试信号传递

测试平台共划分为4个层级，每个层级对应的实体分别由需求响应业务中参与主体的功能和作用决定，信号由电网调度人员发出，如图 7所示。这些层级由4个系统组成：电网端操作系统，负荷聚合商系统，用户负荷管理系统及负荷资源系统。

2.3.1 需求响应事件任务加载机制 2.3.1.1 电网侧（SG）

（1）SG-1：制订需求响应计划；

（2）SG-2：为每个需求响应计划设定时间戳和优先级；

（3）SG-3：需求响应计划优先级评估；

（4）SG-4：基于时间次序的需求响应计划调配；

（5）SG-5：定时上报需求响应事件。

2.3.1.2 聚合商侧（AG）

（1）AG-1：获取上级VTN发送的计划表；

（2）AG-2：感知所辖用户的数据参量，设定DR计划时间和优先级；

（3）AG-3：加载DR计划优先级模型并评估；

（4）AG-4：依照时间次序形成需求响应调度规则；

（5）AG-5：分解DR计划；

（6）AG-6：聚合商DR任务发布。

2.3.1.3 用户侧（U）

（1）U-1：获取聚合商或电网侧的需求响应计划表，构建响应规则；

（2）U-2：针对需求侧设备的结果设定优先级和时间戳；

（3）U-3：设定计划优先级并评估设备的单元级物理属性；

（4）U-4：依据时间次序进行调配；

（5）U-5：运行需求响应预先设定的任务计划。

2.3.2 需求侧资源互联一致性测试信号流

电网、聚合商及用户端汇集后，需求侧资源互联一致性测试的信号流如图 8所示

3 结束语

需求侧泛在电力物联网是未来电网企业发展的重点方向之一，DR业务作为需求侧互联的核心业务，未来需要特别关注3个方面的问题：

（1）需求侧资源种类众多，DR自动化系统需要将模型、预测、算法等进行集合；

（2）DR在辅助服务领域将越来越多地发挥作用，对于频率、电压调节服务，其响应速度需要全自动化系统进行支撑；

（3）大规模商业和工业用户将会是需求响应执行的主要目标，目前纳入到自动聚合和DR资源的集成规模较小，尚且无法提供有效的辅助服务。