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1、SGUI定义研究V07华电1028智能电网用户接口概念研究V 0.7华北电力大学2013年10月目 录1. 前言 12. 范围 13. 相关术语 13.1 IEEE P2030 13.2 IEC 7498 43.3 ESI白皮书 43.4其它术语 54. 智能电网用户接口概念模型 54.1 用户的智能电网接口 54.2 通信基础 64.3 智能电网应用系统 94.4 智能电网用户接口概念模型 105智能电网用户接口定义 115.1 SGUI概念 115.2 接口的层次性 125.3 需求响应用户接口（DRI） 125.4 能效用户接口（EEI） 146其他接口定义分析 156.1 美国SGUI

2、概念 156.2 NIST ESI概念 156.3 IEC62746概念 166.4 IEEE P2030概念 177接口实例说明 187.1 DR系统实例 187.2 充电系统实例 217.3 EE系统实例 231. 前言IEC PC118智能电网用户接口（Smart Grid User Interface，简称SGUI）标准的编制工作正在进行中，且已有部分成果，但还没有发布正式标准文档。因此，国内外专家虽然有了SGUI高度抽象层面的共识，但还没有统一的SGUI概念定义。本文档通过对IEC 7498、IEEE P2030、NIST Framework and Roadmap for Smar

3、t Grid Interoperability Standards, Release 2.0和SGIP ESI白皮书中相关概念进行研究，分析得出“智能电网用户接口（SGUI）”、“需求响应用户接口（DRI）”和“能效用户接口（EEI）”的概念，以期对后续国内和IEC的SGUI标准的开发工作有所助益。2. 范围本文根据智能电网用户相关应用的需求，借鉴国际相关研究成果，分析研究智能电网用户接口的内涵，并给出一种智能电网用户信息交换接口（SGUI）的定义。3. 相关术语本文档在研究SGUI的概念时主要参考了以下标准：IEEE P2030；ISO/IEC 7498-1；ESI 1.0；IEC SG3

4、；IEC 62746；IEC 61850；IEC 61968；XML Schema Definition Language (XSD) 1.1 Part 1: Structures, W3C等。3.1 IEEE P20303.1.1 architecture（架构）：系统或组件的组织结构、关系以及管理它们设计和革新的原则和指导方针。architecture: The organizational structure of a system or component, their relationships, and the principles and guidelines governing

5、 their design and evolution over time.3.1.2 data flow（数据流）：从数据生产者到数据消费者的应用层通信。data flow: Application-level communications from a producer of data to a consumer of the data.3.1.3 data link（数据链路）：从源地址到目的地址的物理通信连接（电线、光纤、无线等）。data link: A physical communication connection (wire, fiber, wireless, etc.) f

6、rom a source to a destination.3.1.4 interface（接口）：实体间的逻辑连接，通过数据链路来支持数据流的实现。interface: A logical connection from one entity to another that supports one or more data flows implemented with one or more data links.3.1.5 electric power system(EPS)（电力系统）：为负荷提供电力的设施。electric power system (EPS): Facilities

7、 that deliver electric power to a load.3.1.6 end-use application（终端应用）：设备或系统中的管理或控制设备的电力消耗或生产的进程。end-use application: A process that administers or controls the consumption or production of electricity at a device (equipment or system) or facility.3.1.7 energy management system (EMS)（能源管理系统）：系统工具，用于

8、监测、控制和优化能源的生产、交付和消耗。energy management system (EMS): A system of tools used to monitor, control, and optimize the generation, delivery, and/or consumption of energy.3.1.8 Smart Grid interoperability（智能电网互操作性）：组织机构能够进行有效地通信和转移有意义的数据，即使这些数据使用不同的信息系统，这些信息系统建立在跨地区和文化的基础设施之上。Smart Grid interoperability: T

9、he ability of organizations to effectively communicate and transfer meaningful data even though they may be using a variety of different information systems over widely different infrastructures, possibly across different geographic regions and cultures.3.1.9 Entities（实体）：（包括设备、通信网络、计算机系统、软件程序等）实体通常

10、位于域中，通过接口相互连接。每个观点都有更为匹配自己技术的实体。然而，从另外观点上看，每个实体可匹配适当的实体（们）。Entities (devices, communication networks, computer systems, software programs, etc.) are generally located inside a domain and are connected to each other through one or more interfaces. Each perspective has entities that more closely map t

11、o its technology. However, each entity can map to an appropriate entity or entities in another perspective.3.1.10 utility（电力公司）：进行电的发、输、配送的机构。utility: An electric power generation, transmission, or distribution organization.3.1.11 Bulk generation（大型发电）：大量电力的生产者，可为配电存储能量。Bulk generation: The generato

12、rs of electricity in bulk quantities. May also store energy for later distribution.3.1.12 Transmission（输电）：大量电力远距离传输的载体。Transmission: The carriers of bulk electricity over long distances.3.1.13 Distribution（配电）：分配电力至客户或从客户产生的电力。Distribution: The distributers of electricity to and from customers.3.1.

13、14 Control/operations（控制/运行）：管理电力的传输。Control/operations: The management of the movement of electricity.3.1.15 Service providers（服务提供商）：为电力客户和电力公司提供服务的组织。Service providers: The organizations providing services to electrical customers and utilities.3.1.16 Markets（市场）：电力市场的经营者和参与者。Markets: The operator

14、s and participants in electricity markets.3.1.17 Customers（用户）：电力的终端使用者。Customers: The end users of electricity.3.1.18 用户接口点实体：用户接口点是一个内部部署的设备通用点，可与用户域外部实体通信。可以是物理接口箱、电表、EMS、发电机控制器、受控负荷设备或直接连接。一个用户可有多个接口点。Customer Point(s) of Interface- Entity: The customer point(s) of interface is a common point fo

15、r the on-premises devices that may communicate with the entities outside of the customer domain. Can be a physical interface box, meter, EMS, generator controller, controllable load devices, or directly connected. A single customer may have more than one point of interface.3.1.19 用户能源门户：支持用户与服务提供商的交

16、互。可通过网络访问、电话支持或其他手段进行。包括能源使用、计费数据和用户授权。Customer Energy Portal: Supports customer interaction with the service provider. May be accessed via the Internet, telephone support, or other means. Includes energy usage, billing data, and customer authorizations.3.2 IEC 74983.2.1 实系统（real system）：一台或多台计算机、相应

17、的软件、外围设备、终端、操作员、物理过程和信息传送手段等的集合，形成了一个能执行信息处理和/或信息传送的自治整体。3.2.2 开放实系统（real open system）：在与其他实系统通信时，遵守OSI标准要求的实系统。3.2.3 开放系统（open system）：开放实系统与OSI有关的各方面在参考模型中的表示。3.2.4 应用进程（application process）：在开放实系统中，为具体应用执行信息处理的元素。3.2.5 开放系统互连环境（OSIE）：由OSI参考模型定义的概念、元素、功能、服务、协议等，及其派生出的用于在开放系统之间通信的特定标准的抽象表示。3.2.6 应用

18、进程调用（application-process-invocation）：为了支持信息处理的特定情况，对给定的应用进程的部分或全部能力的特定使用。3.2.7 应用实体（application-entity）：应用进程内的活动元素，表现为一组能力的集合。这些能力与OSI相关且为了应用层定义的。3.2.8 服务（service）：(N)层及其以下各层的一种能力，在(N)层和(N+1)层之间的边界上把这种能力提供给(N+1)实体。3.2.9 实体（entity）：(N)子系统内的活动元素，是为对应于一特定(N)实体类型的(N)层定义的一组能力（不包括任何正在使用的额外能力）的具体化。3.3 ESI白

19、皮书3.3.1 应用（Application）：由域内的参与者执行的任务。一些应用可由单一参与者完成，有些应用是由多个参与者配合完成。3.3.2 关联（Association）：是参与者间建立的逻辑连接关系。关联的端点即连接参与者的接口。3.3.3 接口（Interface）：两系统连接、作用或相互通信处。3.4其它术语4. 智能电网用户接口概念模型4.1 用户的智能电网接口智能电网的电力用户需要和电网进行能量和信息的交换，用户消费电网输送的电力，同时也提供自己分布式能源的电力给电网。用户需要与电网进行信息交换，同时也要于电力运营商、电力服务商、电力市场和第三方服务商进行相关的信息交换。用户除

20、了与电网等电力相关的部门进行信息交换外，还需要与煤气、水、有线电视和电话等非电力部门进行信息交换。图 4-1 用户接口的信息流与能量流因此，智能电网的电力用户不但要具有电能量的交换接口还要具有天然气等其它能量的交换接口，还要具有各种信息交换的接口与外界进行各种信息交换，电力用户的外界接口如图4-1所示。电力用户与外界的接口要完成多种功能，用来满足用户日常的生产和生活的需要， 不但要有能量流接口还要有信息流接口。作为电网企业（发电、输电、配电）首先要为用户提供能量，用户通过能量接口与电网的配电设施连接，获取电能，同时用户也可通过这个能量接口向电网提供电能，把用户分布式能源系统的电能反向输送给电网

21、。电网企业与用户主要进行能量流的交互。而电力运行企业、电力市场企业、电力服务商和第三方服务商主要与用户进行信息流的交换。电力的运行企业在智能电网的领域中不但要运行和控制电网实施保障电力供应，还要管理和控制用户的电力设施，包括用户能源管理系统、用户负荷设施、用户储能和分布式能源系统进行合理用电和安全用电。电力市场企业通过信息交换，为用户提供各种电力市场信息，指导用户的电力消费，最终平衡供需关系。电力服务商提供支持电力系统、配电和用户之间业务流程的服务。这些业务流程不仅包括传统的公用服务事业，例如计费，用户账户管理等，还包括扩充的用户服务，例如能源使用管理和家庭能源发电等等。第三方服务商提供新型服

22、务和产品来满足智能电网带来的新需求和机遇，这些新兴的服务代表着重大的新的经济增长领域。4-2 接口业务的分类按服务的提供方划分，用户接口可分4类，电力运行接口、电力市场接口、电力服务接口和第三方服务接口，如图4-2所示。4.2 通信基础电力相关部门建立的电力专用通信网和公共互联网Internet 的发展使电力用户与电网及运营企业、电力市产、电力服务企业、第三方的服务商的通信成为可能，这种端到端的通信如图4-3所示，电力通信专网连接着发电、输电、变电、配电和用电部门，甚至是用户的电表，专用通信网在实现通信功能的同时也保证了信息的安全。图4-3 P2030端到端的智能电网通信模型用户与电力运行企业

23、通信：电力运行企业控制/运行的网络（亦被称为后端办公）可以是一个单一的聚合的实体，依据电力企业或能源提供模型的类型，管理每个输、配电网段的输、配以及用户或一个控制实体（如DMS/EMS或其他）。电力运行企业可以通过回程网与用户侧的DER网络通信，也可以通过办公移动网与用户侧的ESIs/xAN，智能电表/ESI等网络通信。回程网可以认为属于电力企业和/或由公共电信服务提供商管理，它可以是有线的（拨号，T1，双绞线，电缆，光纤等），也可以是无线的（3G，WIMAX，点到点，寻呼机，无线电等）。办公移动网用于电力企业的调度，维护以及日常运行。DER网络使用有线/无线网络，通过ESIs和/或电子表与用

24、户驻地网连接，能够用来平衡电力负荷。ESI是一种特殊的设备，可以认为它是网络中心，也可以认为是逻辑上的网关。xAN代表了HAN，BAN和IAN三种网络。智能电表是AMI的一部分，用于各种各样的计量任务。用户与电力市场企业通信：电力市场企业提供有关变化能源/电力价格信息的能源信息服务，建立一个能源买卖市场，使用户和电力企业的动态能源交换服务成为可能。电力市场企业通过安全的公共网络连接与用户进行通信。用户与电力服务商通信：电力服务商为电力系统中发，配电和用户的商业流程提供服务。电力服务商可以通过公共网/内联网/因特网服务提供商（ISPs）与用户进行通信。通过宽带接入路由，ISPs为用户驻地网提供互

25、联网接口，为用户提供能源管理服务，而各层次的能源管理服务通过互联网云时必须提供特定程度的协议安全。用户与第三方服务商通信：第三方服务商提供的服务有家庭和商业的能源管理服务，需求响应服务以及终端用户和电力企业的聚合服务。第三方服务商网络可以通过宽带互联网路由，用户无线/有线HAN网络和HBES网络与用户能源设备通信，以管理用户中的控制开关，执行器，电机，能源，负荷，其他智能设备和有线设备。其中宽带互联网路由包括wifi路由，电缆调制解调器，ADSL调制解调器，WiMAX调制解调器等等。用户侧网络：用户侧网络(CPN)包括HAN、BAN、IAN。它允许应用程序，例如：远程控制负载、DER监控和控制

26、、显示居民用户用电状况、楼宇系统的集成。它也提供审计/日志功能，记录用户侧网络设备的执行情况。用户能源管理系统通信：DER通信：用户侧发电（即分布式电源）和储能系统可以使用有线或无线网络，通过SGUI或智能电表连接到HAN、BAN、IAN。分布式电源可以用来平衡电网的电力负荷。电能可以由用户供给电网，能源供应的比例可以动态的变化。电动汽车通信：电动汽车既可以是负荷，也可以是电源/储能装置，电能可以反馈电网，保持平衡。当车辆处于静止，电网给电池充电时，PEVs被认为是一个负荷；当PEVs放电时，电网公司使用适量的（规模化）电池进行放电，对规避用电高峰具有重要意义。负荷控制通信：负荷可以是电器，P

27、EVs等。负荷可以分为工业负荷，商业负荷和居民负荷。智能电表通信：智能电表执行各种智能量测任务，是AMI的主要部分。SGUI可选择安装在智能电表中，相当于邻域网NAN 和用户侧网络CPN之间的通信网关，包括家庭楼宇电子系统HBES、负荷、电动汽车、用户侧DER网络。NAN、CPN、HBES和DER网络可以用不同的物理介质进行互联。因此，为了最大程度地实现互操作性，涉及智能电表的通信标准不应局限于某一特定的通信介质。根据国际标准化组织（ISO）的开放系统互连（OSI）参考模型，通过对分层的功能的使用，使得ICT中的互操作性已得到了普遍的改善。在这个参考模型中，功能被分成不同的层，层与层间通过服务

28、接口层进行连接。如图4-1-2所示，IEEE P2030智能电网信息技术互操作性的重点是4至7层。图4-4 OSI参考模型4.3 智能电网应用系统在电力运行、电力市场和电力服务等领域中，管理人员需要使用相应的管理系统来辅助管理人员的工作，包括管理电力的传输、为电力客户提供服务和电力市场的经营等。这些管理系统集成了多种业务处理工具，监测、控制和优化能源的生产、交付和消耗。管理系统是针对不同业务的计算机应用系统，也称为智能电网应用系统。电力用户需要在自己的用户系统（/设备）与智能电网应用系统之间建立数据流，实现信息的交互，如图4-5所示，SGUI具有支持信息流建立和信息交的能力，SGUI的这种能力

29、是通过自身的实体功能和通信基础设施（OSI环境）提供的服务实现的。用户应用系统信息交换概念模型如图4-5所示。从计算机科学的角度看，智能电网应用系统由许多应用进程组成，包括具有通信功能的进程和无通信功能的进程。当一个应用进程需要与另一个应用进程通信时（如配电EMS的读取用户数据进程要求用户的采集进程提供功率数据时）就是调用SGUI服务的一个过程，如图4-6所示。图4-5 用户应用系统信息交换概念模型智能电网应用系统的各应用进程处于OSI环境之上，这些进程可以通过调用SGUI接口提供的服务，直接或间接地使用OSI环境完成通信。图4-6 应用进程调用SGUI进行通信的过程4.4 智能电网用户接口概

30、念模型智能电网用户接口SGUI的主要功能是为用户的应用系统提供通信服务，用户的应用系统使用这些基本的通信服务功能，可以注册到电力服务系统，得到电力服务系统的认证和授权后能够与各种运行、市场和服务程序进行信息交互，实现智能电网的互动化。智能电网对SGUI的通信服务功能要求如下： 注册管理，用户生命周期服务，允许注册用的启用，停止和控制； 安全认证管理，进行身份验证，通信服务加密和解码； 客户端管理，记录管理注册用户（在生命周期内）； 资源使用授权管理； 信息交换服务包括：发布/订阅消息，请求/回复消息，消息加密； 系统管理，允许管理和监视接口信息交换，进行接口配置管理、故障管理、安全管理和记账管

31、理等，并发性控制服务（用来管理分布在服务中的共享的、同一的项目）； 时间服务，对分布式应用进程提供一个配置需要的时间精度； 提供可选的通信服务质量，如果网络信息不能发送到预定地址，确保发送源能收到未发送的提示信息，提供对网络信息处理速度的动态调整。如图4-7所示，接口概念模型分为五个域，即用户域、电力运营商域、电力服务商域、第三方服务商域和电力市场域。电力服务商域包含计费系统、用户管理系统、紧急服务系统、楼宇管理系统、安全管理系统、需求响应服务系统、售电市场管理系统等；第三方服务商域包含电能管理服务系统、辅助服务系统、需求响应用户系统、用户聚合服务系统、安全管理系统等；用户域包含用户系统、智能

32、设备、简单设备和电表。用户域与电力运行域、电力市场域、电力服务商域和第三方服务商域进行信息交换；电力服务商域从电网运行域、电力市场域取得信息，经过处理后与用户进行信息交换，同时也与第三方服务商域进行信息交换。监管部门负责对电力运行、电力市场、电力服务商域和第三方服务进行监督，因此，也有信息交换。图4-7 用户接口的概念模型用户与电力服务商、第三方服务商之间通过通信基础设施（SGUI接口）进行信息交换，完成各种业务，电力服务商系统与电力运行系统、电力市场系统通过企业信息总线（如IEC 61968等）进行通信。5智能电网用户接口定义5.1 SGUI概念智能电网用户接口（SGUI）是智能电网领域中为用户系统和用户设备提供通信服务的实体，通过直接或间接调用通信网络提供的信息交换功能，实现用户应用进程与智能电网其它相关系统之间的通信，旨在促