近幾年，我國政府陸續(xù)出臺了《電力需求側(cè)管理辦法》、《有序用電管理辦法》、《電力需求側(cè)管理城市綜合試點工作中央財政獎勵資金管理暫行辦法》等政策法規(guī)[1-3]，為實施需求響應(demand response，DR)提供了必要的政策支持。同時，全國已建立起多種電價體系，包括尖峰電價、分時電價、豐枯電價等，部分省市(如浙江、安徽、上海等)還實行了直接負荷控制、可中斷負荷電價、高可靠性電價等補償政策，極大地促進了國內(nèi)DR業(yè)務的發(fā)展。但DR的實現(xiàn)需要相應的系統(tǒng)、終端設備、運行模式、管理模式等支撐和配合，上述內(nèi)容的標準化直接決定了DR系統(tǒng)在國內(nèi)的推廣應用規(guī)模和DR業(yè)務發(fā)展速度。
為促進和支撐DR標準化工作開展，為DR有關標準制定提供技術參考，亟待建立系統(tǒng)化的電力DR標準體系。從支撐和促進需求響應業(yè)務發(fā)展的角度，本文建立了電力DR標準體系，并梳理分析了相關標準框架。
1 DR標準研究現(xiàn)狀分析
1.1 國外研究現(xiàn)狀
在美國，DR是智能電網(wǎng)框架里的一個重要組成部分，也是智能電網(wǎng)建設的重要目標。美國聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)第719號令，以及美國復蘇和再投資法案(American Recovery and Reinvestment Act)等政策正在促進美國DR的研究及項目開展。由美國勞倫斯伯克利國家實驗室DR 研究中心負責開發(fā)的開放式自動需求響應(open automated demand response，Open ADR)通信協(xié)議是智能電網(wǎng)信息與通信技術的一部分，已經(jīng)成功應用于工商業(yè)電力用戶[4-7]。在加州等地開展的樓宇和家庭DR項目已成功實施，并積累了豐富的理論和實踐經(jīng)驗。SEP 2.0(smart energy profile2.0，智能能源規(guī)范2.0版)于2009年入選美國家庭設備智能能源管理標準，該標準將需求響應和用戶側(cè)負荷控制業(yè)務作為開展建模工作的主要對象，以提升電網(wǎng)和用戶電器設備的互操作能力。
2013年，由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主導設立的日本智能社區(qū)聯(lián)盟制定了“需求響應接口規(guī)范”。同年夏季，由電力公司及負荷集成商啟動了需求響應實證實驗，實驗目標為通過組合利用不同廠商的裝置及服務，確認不同裝置、服務間的互聯(lián)性，力爭實現(xiàn)需求響應業(yè)務的實用化。該實證項目由經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省提供“能源管理系統(tǒng)標準化連接及控制技術研究事業(yè)”補貼，同時研究在早稻田大學的實驗基地，將需求響應信息發(fā)送給地區(qū)能源管理系統(tǒng)，由接受需求響應信息的地區(qū)能源管理系統(tǒng)向地區(qū)內(nèi)的用電方提出節(jié)電要求[8]。
澳大利亞頒布實施了有關居民電器參與需求響應的AS4755系列標準[9-11]，詳細規(guī)定了家用空調(diào)、熱水器、游泳池水泵控制器、電動汽車充放電設備、家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件接口及通信協(xié)議指令，明確了家用電器需求響應等級，實施需求響應等級標識制度，并與家用電器能效標識一同推廣應用，取得了良好的效果。韓國也在DR型家電研究設計方面開展了諸多實踐，并進行了DR試點，取得了較好的實踐效果。
IEC TC57針對需求響應業(yè)務發(fā)展的實際需求，開展了用例分析、模型研究等工作，并取得了豐碩的研究成果。IEEE發(fā)布的智能電網(wǎng)行動路線圖[12-13]中對需求響應的業(yè)務場景進行了較詳細的描述。IEC PC118作為專門面向需求響應領域開展標準制定工作的國際化標準組織，完成了需求響應信息交互規(guī)范[14-15]。
盡管國外需求響應發(fā)展較早，但從目前發(fā)布的有關標準來看，尚沒有建立需求響應方面的標準體系，只在需求響應功能架構、需求響應信息交互、需求響應系統(tǒng)通信協(xié)議等方面建立了具體的技術標準。
1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
2013年，國家標準化管理委員會下達了關于《電力需求響應系統(tǒng)通用技術規(guī)范》國家標準制定任務，由中國電力科學研究院作為牽頭起草單位，聯(lián)合國內(nèi)相關領域的高校、科研機構、產(chǎn)品廠商開展了針對DR系統(tǒng)術語定義、架構、基本功能、性能指標、系統(tǒng)接口、通信要求、工作環(huán)境和安全防護等方面的標準化研究，并于2014年11月完成標準送審稿，由中國電力企業(yè)聯(lián)合會組織專家現(xiàn)場審查通過。
2014年8月6日，全國智能電網(wǎng)用戶接口標準化技術委員會在北京成立，對口IEC/PC118技術委員會，主要工作范圍為智能電網(wǎng)與用戶系統(tǒng)/設備接口、需求響應、智能用電服務等，其中需求響應是該標委會的重要工作領域，該標委會將圍繞需求響應系統(tǒng)/終端、需求響應互操作性、需求響應測評、需求響應業(yè)務與監(jiān)管等方面組織和開展標準研究、制定以及審查等工作。
2 電力DR標準體系架構
電力DR標準體系研究以DR系統(tǒng)為載體，以政府監(jiān)管部門、電網(wǎng)公司、電力用戶、負荷聚合商等主要用戶的實際需求為導向，以促進電力需求響應系統(tǒng)互聯(lián)互通、需求響應業(yè)務規(guī)范有序運行為目標。在設計電力DR標準體系架構前，首先分析電力DR系統(tǒng)架構。
2.1 電力DR系統(tǒng)架構
按照信息技術開放系統(tǒng)互連基本參考模型的分層思想，設計了系統(tǒng)的互操作架構，并將電力DR系統(tǒng)劃分成業(yè)務層、功能層、信息層、通信層和組件層5個層面，如圖1所示。
圖1 電力DR系統(tǒng)互操作架構
Fig. 1 Inter-operation architecture of power DR system
1)業(yè)務層規(guī)定需求響應政策、業(yè)務模式、業(yè)務流程和參與者分工等，該層支持電能供應商或需求響應服務提供商開展需求響應業(yè)務，支持需求響應監(jiān)管者定義新的市場模式，支持業(yè)務細化，保證各個具體業(yè)務的實現(xiàn)。
2)功能層規(guī)定系統(tǒng)功能和服務，提供相應功能，支撐具體業(yè)務流程的實現(xiàn)。
3)信息層規(guī)定在功能層和通信層、組件層之間交互的信息，定義信息對象和數(shù)據(jù)模型的基本規(guī)范，提供通信互操作的通用語義。
4)通信層規(guī)定信息交換的協(xié)議和機制，包括語法的互操作性，并提供網(wǎng)絡交互。
5)組件層規(guī)定需求響應系統(tǒng)物理分布，為需求響應參與者所屬的軟件系統(tǒng)、硬件設備等提供基本連接。
電力DR系統(tǒng)的組成結構如圖2所示，電能供應商所屬相關業(yè)務應用系統(tǒng)，用于提供電網(wǎng)負荷數(shù)據(jù)、電力用戶檔案數(shù)據(jù)、電力用戶負荷數(shù)據(jù)等信息，為需求響應管理系統(tǒng)管理需求響應業(yè)務提供數(shù)據(jù)支撐。需求響應服務系統(tǒng)、需求響應聚合系統(tǒng)以及
圖2 DR系統(tǒng)組成結構
Fig. 2 Composition structure of power DR system
電力用戶側(cè)需求響應終端是電力DR系統(tǒng)的核心組成部分。電力用戶通過需求響應終端，支撐用戶側(cè)相應系統(tǒng)或設備直接參與需求響應。需求響應監(jiān)管者通過需求響應監(jiān)管系統(tǒng)監(jiān)督管理需求響應業(yè)務執(zhí)行，同時包括電價與激勵政策制定、業(yè)務結算、資金清算等。
2.2 電力DR標準體系架構
電力DR業(yè)務的規(guī)范運行，與電力DR系統(tǒng)的研發(fā)、建設和運維，配套系統(tǒng)的建設，DR終端的研發(fā)、生產(chǎn)，業(yè)務流程，業(yè)務模式等息息相關。按照分層設計標準體系架構的思想[16-17]，將標準體系分為2層，如圖3所示。第1層劃分為系統(tǒng)類、終端類、接口類、測評類、管理類5種類型。第2層對5種類型進行細分，其中：系統(tǒng)類包括功能類、技術類、建設運行類、檢驗類4個子類別;終端類包括功能類、技術類、檢驗類;接口類包括需求側(cè)資源接口類、其他業(yè)務系統(tǒng)接口類、信息模型與互操作類;測評類主要包括需求響應潛力評估類、節(jié)約電力測量與驗證類、效益評估類。
圖3 電力DR標準體系層次架構
Fig. 3 Architecture of DR standards system
3 電力DR標準體系分析
下面根據(jù)電力DR標準體系層次架構，進一步梳理和分析相關標準的框架內(nèi)容。
3.1 系統(tǒng)類標準
系統(tǒng)類標準主要針對國內(nèi)DR系統(tǒng)研發(fā)建設以及DR系統(tǒng)管理規(guī)范化等需求，通過對電力DR系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能等技術條件進行規(guī)范，指導電力DR系統(tǒng)的科學研究、技術開發(fā)、系統(tǒng)建設、運行管理、檢驗測試等工作。
1)功能類標準。
功能類標準主要對電力DR系統(tǒng)應具備的功能進行統(tǒng)一規(guī)范，為電力DR系統(tǒng)建設提供技術依據(jù)，對電力DR系統(tǒng)建設提供統(tǒng)一功能要求。該類標準規(guī)范主要涵蓋3個方面內(nèi)容：①規(guī)定電力DR系統(tǒng)各組成部分的功能及技術指標。②對各組成部分中可能存在的特殊性功能進行界定。③規(guī)范、明確各項功能應采取的技術體系，建立功能與技術體系的對應關系。
2)技術類標準。
技術類標準規(guī)范從電力DR系統(tǒng)的性能要求出發(fā)，對涉及電力DR的相關技術進行標準化規(guī)定，包括電力DR系統(tǒng)性能指標、系統(tǒng)安全防護要求等。技術類標準包括電力需求響應系統(tǒng)技術規(guī)范、電力需求響應系統(tǒng)安全防護技術規(guī)范等。以電力需求響應系統(tǒng)安全防護技術規(guī)范為例，該規(guī)范涵蓋的主要內(nèi)容為：
①提出電力DR系統(tǒng)安全技術要求，包括總體要求、安全防護框架、邊界防護、網(wǎng)絡環(huán)境安全防護、主機系統(tǒng)安全防護等。
②明確電力DR系統(tǒng)主站服務器、用戶側(cè)終端設備以及電力DR系統(tǒng)中其他信息化設備需采用的安全防護措施，以及各部分應達到的安全性指標。
③形成具體的安全防護工作流程。
3)建設運行類標準。
建設運行類標準主要針對電力DR系統(tǒng)的整體架構設計、建設運行等進行規(guī)范化。建設運行類標準主要包括電力DR系統(tǒng)設計導則、電力DR系統(tǒng)建設規(guī)范、電力DR系統(tǒng)運行規(guī)范等。
4)檢驗類標準。
檢驗類標準主要規(guī)定電力DR系統(tǒng)的檢驗流程、檢驗項目、檢驗技術要求。
3.2 終端類
DR終端是電力用戶參與DR的重要支撐設備，應當具備與電力用戶所屬能量管理系統(tǒng)、分布式能源管理系統(tǒng)、智能設備控制器等信息化系統(tǒng)或設備直接通信的能力。DR終端技術規(guī)范能夠為不同廠商設計DR終端提供統(tǒng)一的參考依據(jù)，有利于DR業(yè)務的推廣和有序運行。根據(jù)國家公布的電價體系，不同電力用戶的電壓等級、負荷類型具有較大區(qū)別，DR終端亦須對應不同類型電力用戶提供相應的技術服務。因此，將DR終端劃分為商業(yè)用戶、居民用戶和工業(yè)用戶3種類型。下面以商業(yè)用戶DR互動服務終端技術條件為例，介紹終端類標準的技術框架：
1)技術要求、功能要求、安全防護、運行管理要求等。
2)中央空調(diào)系統(tǒng)等用能系統(tǒng)的DR接口形式。
3)DR終端應具備的基本功能集。
4)信息交互模式、通信協(xié)議及通信架構。
5)終端軟件的編寫形式。
6)DR終端應采用的技術手段及技術參數(shù)。
3.3 接口類
接口類標準主要面向2類系統(tǒng)：一是執(zhí)行相應DR功能的信息化系統(tǒng)，稱為第1類系統(tǒng);二是為電力DR系統(tǒng)正常運行提供必要數(shù)據(jù)支撐的系統(tǒng)，稱為第2類系統(tǒng)。因此，接口類標準主要規(guī)定與電力DR系統(tǒng)進行信息交互的信息化系統(tǒng)的接口，以及相應接口所應達到的技術條件，主要包括需求側(cè)資源接口類、其他系統(tǒng)接口類、信息模型與互操作類，如圖4所示。
圖4 電力DR系統(tǒng)接口架構
Fig. 4 Interface architecture of power DR system
需求側(cè)資源接口類標準主要包括第3方聚合服務商技術支持系統(tǒng)技術規(guī)范、分布式電源管理系統(tǒng)參與DR的技術要求、電動汽車充放電管理系統(tǒng)參與DR的技術要求、蓄能(冷、熱、電)管理系統(tǒng)參與DR的技術要求等。以第3方聚合服務商技術支持系統(tǒng)技術規(guī)范為例，介紹標準框架內(nèi)容。
該系統(tǒng)主要面向大量電力用戶的DR容量資源，提供分包式DR服務，具有區(qū)域聚合功能，從一定程度上行使電力DR服務系統(tǒng)的某些權利。第3方聚合服務商技術支持系統(tǒng)連接電力用戶側(cè)終端設備與電力DR服務系統(tǒng)，對電力DR服務系統(tǒng)發(fā)布的削減負荷指標進行再分配，并監(jiān)督電力用戶側(cè)DR業(yè)務的執(zhí)行，是整個DR系統(tǒng)有效運行的關鍵環(huán)節(jié)。第3方聚合服務商技術支持系統(tǒng)技術規(guī)范主要包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)架構、系統(tǒng)功能、接口要求、信息模型、信息交互模式與軟件代碼格式等。
其他系統(tǒng)接口類標準主要包括電力DR系統(tǒng)與電力調(diào)度自動化系統(tǒng)間的接口、電力DR系統(tǒng)與用電信息采集系統(tǒng)間的接口、電力DR系統(tǒng)與營銷業(yè)務應用系統(tǒng)的接口等。
信息模型與互操作類主要包括需求響應信息交互模型、互操作等方面標準[18]。
3.4 測評類
測評類標準主要對應DR潛力評估類、節(jié)約電力測量與驗證類、效益評估類等技術規(guī)范，針對不同類型電力用戶具有不同標準。面向DR業(yè)務開展需求響應潛力分析，對工商業(yè)用戶潛力進行量化;針對電力用戶建立統(tǒng)一的DR效益計算評估規(guī)范，形成客觀公正的評價指標體系，能夠為政府有關部門電力需求側(cè)管理政策制定、電網(wǎng)經(jīng)濟運行等提供可靠的數(shù)據(jù)參考;工業(yè)、商業(yè)、居民3類用戶的DR節(jié)約電力測量與驗證標準，能夠精細化評價DR業(yè)務削減電力負荷量，為相關電力需求側(cè)管理獎勵資金、節(jié)約電力補償?shù)燃畲胧┑膶嵤┑於夹g依據(jù)。
其中測量與驗證類標準主要規(guī)定以下內(nèi)容：
1)測量基本技術要求。主要規(guī)定信息采集終端的采樣周期、測量表計的本地數(shù)據(jù)存儲時間等。
2)用戶基準負荷計算方法。計算用戶基準負荷是確定電力用戶節(jié)約電力的基礎，必須按照公平合理、準確簡明、數(shù)據(jù)典型、抑制投機的原則進行，用戶基本負荷計算一般包含選擇數(shù)據(jù)、制訂計算方法和結果修正3個基本流程。數(shù)據(jù)選擇要求挑選與用戶基本負荷密切相關的用電數(shù)據(jù)，一般按照需求響應期在工作日和非工作日2類情況選擇數(shù)據(jù);對于用電負荷受天氣變化和其他因素影響較大的電力用戶，應當對用戶基本負荷進行修正。
3)節(jié)約電力計算方法。需求響應期內(nèi)節(jié)約電力效果由用戶實際用電平均負荷和基準期平均負荷計算得出。
4)測量和驗證方案。應包括需求響應項目基本情況和項目邊界，測量方法，測量點、測量時期、表計特性、抄表方式、處理數(shù)據(jù)遺失的方法等。
3.5 管理類
管理類主要規(guī)定業(yè)務流程、業(yè)務模型、交易與結算等方面的標準;標準涵蓋電力DR的管理流程、業(yè)務監(jiān)管流程，用于明確電力DR業(yè)務中監(jiān)管者、電能供應商、電力用戶等主要參與者的責任、權利與義務。
4 結論
電力需求響應是推動智能電網(wǎng)互動化水平提升的重要工具，是提高電力系統(tǒng)整體運行效率的關鍵技術手段。作為一項系統(tǒng)化的工程，各組成部分的協(xié)調(diào)有序運行是DR業(yè)務順利實施的關鍵。本文詳細分析國內(nèi)外需求響應標準現(xiàn)狀，根據(jù)國內(nèi)電力體制改革和需求響應業(yè)務開展現(xiàn)狀，研究提出了標準體系架構，分析了5類需求響應標準建設需求，旨在為DR相關技術和業(yè)務標準的制定提供了參考。
