摘

要：近年來(lái)隨著海量需求側(cè)資源接入電網(wǎng)，海量數(shù)據(jù)與龐大計(jì)算量使得需求側(cè)資源與電網(wǎng)的互動(dòng)難以通過(guò)集中式實(shí)現(xiàn)。為應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，需求側(cè)資源管控也從集中式向分布式演變。在分布式管理模式下，需求側(cè)資源以負(fù)荷聚合商所聚合成的負(fù)荷集群的方式與電網(wǎng)互動(dòng)。因此，需求側(cè)資源需要具有靈活接入不同負(fù)荷聚合商的能力，這對(duì)需求側(cè)物聯(lián)技術(shù)支撐提出了新的要求。以需求側(cè)資源去中心化管理為背景，明確了需求側(cè)資源靈活接入在物聯(lián)架構(gòu)中的體現(xiàn)，總結(jié)了物聯(lián)技術(shù)在需求側(cè)資源靈活接入中的進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：需求側(cè)響應(yīng)；負(fù)荷聚合商；去中心化；靈活接入；物聯(lián)技術(shù)引言電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行依托于電力生產(chǎn)與電力消費(fèi)的實(shí)時(shí)耦合。對(duì)于傳統(tǒng)電網(wǎng)而言，發(fā)電側(cè)利用負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)并結(jié)合量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制發(fā)電機(jī)組的啟停，從而保證電網(wǎng)中電力生產(chǎn)與消費(fèi)的動(dòng)態(tài)平衡。然而隨著需求側(cè)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、智能家電等可控負(fù)荷的引入，電力生產(chǎn)和使用的界限逐漸模糊，需求側(cè)用戶(hù)也具備了參與電網(wǎng)調(diào)度的能力。此類(lèi)有能力以不同形式與電網(wǎng)互動(dòng)的資源，統(tǒng)稱(chēng)為需求側(cè)資源。近年來(lái)，隨著大量需求側(cè)資源靈活接入電網(wǎng)，需求側(cè)響應(yīng)控制模型的復(fù)雜度與不確定性大大提高，系統(tǒng)內(nèi)部信息交互量與計(jì)算規(guī)模也隨之增加，這給實(shí)施集中式控制的需求側(cè)響應(yīng)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。2017年，平健等人提出了去中心化的能量交易與需求側(cè)資源管理機(jī)制，有助于應(yīng)對(duì)廣域需求側(cè)資源所帶來(lái)的海量數(shù)據(jù)聚合壓力。但是在去中心化的管理模式中，需求側(cè)資源接入的通用性與靈活性受到了廣泛關(guān)注。本文以需求側(cè)資源去中心化管理為背景，明確了需求側(cè)資源靈活接入在物聯(lián)架構(gòu)中的體現(xiàn)，總結(jié)了3種物聯(lián)技術(shù)在需求側(cè)資源靈活接入中的進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。集中式需求側(cè)控制架構(gòu)2015年，ArasSheikhi與ShahabBahrami提出了綜合需求響應(yīng)（integrateddemandresponse，IDR）的概念。在IDR的實(shí)施過(guò)程中，需求側(cè)資源參照電力市場(chǎng)、碳市場(chǎng)等能源市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)，結(jié)合自身需求對(duì)用電行為進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。就需求側(cè)資源本身而言，資源所有者可以參與長(zhǎng)期容量市場(chǎng)和日前批發(fā)市場(chǎng)的交易并從中獲益。而就電網(wǎng)而言，需求側(cè)資源與電網(wǎng)的互動(dòng)有助于協(xié)助電網(wǎng)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提升電網(wǎng)可再生能源消納能力、削減負(fù)荷峰谷波動(dòng)、延緩電網(wǎng)的建設(shè)投資?？梢?jiàn)，對(duì)需求側(cè)資源進(jìn)行有效利用可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶(hù)的雙贏(yíng)。需求側(cè)資源參與電網(wǎng)調(diào)度并非“即插即用”，而是需要借助信息流的接入實(shí)現(xiàn)對(duì)其用電行為的集中式控制。需求側(cè)資源通過(guò)與之配對(duì)的高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（也稱(chēng)智能電表）（advancedmeteringinfrastructure，AMI），分級(jí)接入信息網(wǎng)。在用戶(hù)與電網(wǎng)互動(dòng)的過(guò)程中，控制子站采集所轄區(qū)域內(nèi)所有需求側(cè)資源的計(jì)量與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)與DR信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)需求側(cè)資源用電的計(jì)劃與控制。這種集中控制是借助如圖1所示的需求側(cè)資源集中控制架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。圖1

需求側(cè)資源集中控制架構(gòu)Fig.1

Centralizeddemand-sideresourcecontrolarchitecture在該架構(gòu)中，信息網(wǎng)呈現(xiàn)固定的分層樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。所有用戶(hù)需求側(cè)資源運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)子站匯總到總站進(jìn)行集中處理?？傉就ㄟ^(guò)樹(shù)狀信息網(wǎng)對(duì)所有需求側(cè)資源實(shí)現(xiàn)集中控制。需求側(cè)靈活接入2.1集中式控制架構(gòu)的局限性隨著大量需求側(cè)資源靈活接入電網(wǎng)，IDR模型的復(fù)雜度與不確定性大大提高，系統(tǒng)內(nèi)部信息交互量與計(jì)算規(guī)模也隨之增加，出現(xiàn)了優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果生成緩慢甚至不收斂的現(xiàn)象。在需求側(cè)資源集中式控制的現(xiàn)狀之下，IDR難以維持低時(shí)延下穩(wěn)定運(yùn)行。因此，隨著需求側(cè)資源數(shù)量激增，需求側(cè)資源的管理也從集中式管理模式向分布式演變，去中心化的能量市場(chǎng)也應(yīng)運(yùn)而生。在分布式的管理模式中，用戶(hù)參與響應(yīng)更取決于局部市場(chǎng)與用戶(hù)偏好，系統(tǒng)集中發(fā)布的指令或直接控制對(duì)響應(yīng)的影響將會(huì)逐漸弱化。相比于傳統(tǒng)的能源市場(chǎng)通常由少數(shù)大型能源供應(yīng)商控制，分散化的能量市場(chǎng)通過(guò)技術(shù)和政策的支持，鼓勵(lì)更多的參與者加入市場(chǎng)并以更加分散、靈活的方式管理和交易能源。在分散化的能量市場(chǎng)中，需求側(cè)資源不再接受集中式控制，而是通過(guò)控制總站所轄區(qū)域內(nèi)的多個(gè)負(fù)荷聚合商實(shí)現(xiàn)整合，以形成規(guī)?；呢?fù)荷集群，從而提供更大的市場(chǎng)交易能力和靈活性。然而，在集中式控制架構(gòu)中，信息網(wǎng)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)是固定的。需求側(cè)資源所隸屬的子站、分站也都是固定的。這使得需求側(cè)資源不具有靈活形成負(fù)荷集群的能力，從而限制了其在去中心化的能量市場(chǎng)中與電網(wǎng)參與互動(dòng)的能力。2.2需求側(cè)靈活接入的特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)需求側(cè)資源的靈活接入，需求側(cè)架構(gòu)需在傳統(tǒng)集中式控制架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)連接結(jié)構(gòu)的軟化解耦，以確保樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的可調(diào)整性，從而賦予需求側(cè)資源擁有靈活形成負(fù)荷集群的能力。然后，在子站層引入多個(gè)負(fù)荷聚合商，實(shí)現(xiàn)主站權(quán)限部分下放及需求側(cè)資源分布式管理。需求側(cè)信息架構(gòu)的硬連接與軟連接如圖2所示。圖2

需求側(cè)信息架構(gòu)的硬連接與軟連接Fig.2

Hardandsoftconnectionofdemandsideinformationarchitecture相較于依賴(lài)硬連接的需求側(cè)集中式控制架構(gòu)，軟連接架構(gòu)的推廣對(duì)于電網(wǎng)側(cè)與用戶(hù)側(cè)都擁有重要意義。首先，對(duì)于用戶(hù)而言，在傳統(tǒng)集中式控制架構(gòu)中，用戶(hù)同電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方事先簽訂需求響應(yīng)協(xié)議，響應(yīng)形式單一。而軟連接與負(fù)荷聚合商的引入給予了用戶(hù)根據(jù)偏好選擇不同響應(yīng)方案的權(quán)利，無(wú)形中提升了用戶(hù)參與條件的意愿。其次，軟連接提升了需求側(cè)資源聚合的靈活性，充分發(fā)揮需求側(cè)資源邊際成本低，反應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，使得需求側(cè)資源能夠更靈活地匹配區(qū)域用電缺口，平抑可再生能源波動(dòng)，并在電力市場(chǎng)擁有更大獲利空間。然而，需求側(cè)信息架構(gòu)連接的軟化對(duì)物聯(lián)技術(shù)支持提出了更高的要求。需求側(cè)物聯(lián)技術(shù)進(jìn)展33.1第五代通信技術(shù)（5G）電力系統(tǒng)中，電力可控設(shè)備間的互聯(lián)互通程度決定了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與抗風(fēng)險(xiǎn)能力。對(duì)輸電網(wǎng)而言，高壓線(xiàn)路已經(jīng)普及了光纖通信，實(shí)現(xiàn)了沿線(xiàn)電力設(shè)備間的互聯(lián)互通。相較輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)的電力設(shè)備深入到千家萬(wàn)戶(hù)，呈現(xiàn)出有可控設(shè)備數(shù)量眾多，連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變的特點(diǎn)?？紤]到建設(shè)成本等因素，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光纖覆蓋幾乎是不可能的。目前，配電網(wǎng)末端海量電力設(shè)備并未實(shí)現(xiàn)完全的互聯(lián)互通，這對(duì)需求側(cè)資源參與電網(wǎng)互動(dòng)造成了極大的阻礙。近年來(lái)，5G技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用。首先，5G技術(shù)屬于無(wú)線(xiàn)物聯(lián)技術(shù)，相較于光纖通信等有線(xiàn)物聯(lián)技術(shù)，不存在信息網(wǎng)絡(luò)受制于有線(xiàn)連接結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，為海量需求側(cè)資源的低成本靈活接入提供了極大便利。其次，5G

技術(shù)的高容量特性可以實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備的接入，每平方千米范圍最多可以支持100萬(wàn)個(gè)終端，可以充分支持區(qū)域內(nèi)所有的需求側(cè)資源實(shí)現(xiàn)靈活接入。除高容量特性外，相較于4G、3G技術(shù)，5G技術(shù)也具有高速率、低時(shí)延的特點(diǎn)。5G通信在峰值速率、區(qū)域速率和邊緣速率這3個(gè)指標(biāo)相較于4G技術(shù)都有明顯優(yōu)勢(shì)。其區(qū)域速率（系統(tǒng)同時(shí)支持總速率）是4G技術(shù)的約1000倍。5G技術(shù)致力于借助通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物高速靈活互聯(lián)，這與實(shí)現(xiàn)大量需求側(cè)資源靈活接入與管理的需求不謀而合。需求側(cè)資源的有效管理依賴(lài)于IDR模型的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。量測(cè)數(shù)據(jù)的采集匯總與控制指令的分級(jí)下發(fā)是完成反饋調(diào)節(jié)的2個(gè)重要步驟。而5G技術(shù)的引入對(duì)于這2個(gè)步驟都有著顯著地提升?，F(xiàn)階段，智能電表已在需求側(cè)實(shí)現(xiàn)普及，然而受制于數(shù)據(jù)量的壓力，大量智能電表僅上傳當(dāng)日用電量，這對(duì)于IDR模型幾乎沒(méi)有意義。大量細(xì)顆粒度的量測(cè)數(shù)據(jù)被舍棄，這使得量測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)效性大幅降低，實(shí)時(shí)控制的精準(zhǔn)性也受到較大影響。早在20世紀(jì)70年代，非侵入式辨識(shí)技術(shù)就被學(xué)者提出。然而由于其所需的功率量測(cè)數(shù)據(jù)顆粒度較細(xì)，傳統(tǒng)的物聯(lián)技術(shù)無(wú)法支撐數(shù)據(jù)采集而導(dǎo)致至今尚未投產(chǎn)。對(duì)于5G技術(shù)而已，其高速率高容量特性能夠充分打破該技術(shù)壁壘，使得大量需求側(cè)資源細(xì)粒度量測(cè)數(shù)據(jù)的采集成為可能。對(duì)于控制指令的分級(jí)下發(fā)，傳統(tǒng)IDR致力于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)需求側(cè)負(fù)荷的削峰填谷，而隨可再生能源滲透率增加，具有較高實(shí)效性的短時(shí)間尺度IDR調(diào)頻也變得不可或缺。這對(duì)海量需求側(cè)資源的實(shí)時(shí)控制的信息時(shí)延提出了要求，5G通信的端到端時(shí)延小于10ms，能夠很好支持秒級(jí)的調(diào)頻需求。3.2標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的接口與協(xié)議是支撐需求側(cè)資源靈活接入并參與IDR的根本。在需求側(cè)資源參與響應(yīng)的推廣試點(diǎn)中，由于缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，各IDR設(shè)備制造商所生產(chǎn)的AMI終端等產(chǎn)品存在接口不一、通信協(xié)議多樣的問(wèn)題，造成了電網(wǎng)與需求側(cè)資源的互聯(lián)互通受到影響。為了使接口與協(xié)議互相兼容，項(xiàng)目過(guò)程中的開(kāi)發(fā)量也大幅增加。非標(biāo)準(zhǔn)化的接口與通信協(xié)議導(dǎo)致需求側(cè)資源接入受限，也阻礙了IDR業(yè)務(wù)的規(guī)?；l(fā)展。對(duì)此，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室需求響應(yīng)研究中心于2009年發(fā)布了開(kāi)放式自動(dòng)需求響應(yīng)規(guī)約OpenADR1.0（openautomateddemandresponse），并在2012年發(fā)布了OpenADR2.0版本，對(duì)初版內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)修飾。該架構(gòu)對(duì)AMI系統(tǒng)內(nèi)元件的接口與通信協(xié)議進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約，并已在加利福尼亞州開(kāi)展了大量實(shí)踐并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。澳大利亞也于2014年基于居民可控資源負(fù)荷頒布了AS/NZS4755系列規(guī)約。該規(guī)定明確了家用空調(diào)、家用熱水器、電動(dòng)車(chē)家用充電樁等硬件接口及通信協(xié)議指令，并同時(shí)確定了家用電器需求響應(yīng)等級(jí)并進(jìn)行了標(biāo)注。在后續(xù)的試點(diǎn)中，該規(guī)約為需求側(cè)資源帶來(lái)了良好兼容性，確保了其靈活接入的能力。中國(guó)同樣也致力于推進(jìn)需求響應(yīng)產(chǎn)品接口與通信協(xié)議的統(tǒng)一化。2014年8月，SAC/TC549全國(guó)智能電網(wǎng)用戶(hù)接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在北京成立。該委員會(huì)主要負(fù)責(zé)IDR、能效管理等智能用電服務(wù)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。自委員會(huì)成立以來(lái)已頒布3個(gè)國(guó)標(biāo)，另有《電力需求響應(yīng)系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)范》正在起草中。該委員會(huì)共有4個(gè)工作組，其中第二工作組主要關(guān)注IDR相關(guān)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制定。該工作組牽頭建立了國(guó)內(nèi)首套包括IDR系統(tǒng)、終端、接口、測(cè)評(píng)、與管理要求的標(biāo)準(zhǔn)，并提出了電力需求響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系。該標(biāo)準(zhǔn)正文共7章，包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、信息交換一般原則和要求、信息模型、信息交換服務(wù)和信息交換機(jī)制；該標(biāo)準(zhǔn)還有附錄4章，分別為需求響應(yīng)信息交互典型場(chǎng)景、JSON語(yǔ)法、HTTP封裝與JSON報(bào)文示例、縮略語(yǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)第5章與第6章中對(duì)應(yīng)的JSON代碼、HTTP接口、消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸?shù)葏f(xié)議都在附錄中提供了示例，為正文進(jìn)行了具象化補(bǔ)充與解釋說(shuō)明，更為IDR產(chǎn)品的生產(chǎn)廠(chǎng)商提供了標(biāo)準(zhǔn)模版。3.3邊緣計(jì)算技術(shù)隨著需求響應(yīng)技術(shù)的推廣，配電網(wǎng)末端接入的需求側(cè)資源數(shù)量急劇增長(zhǎng)，導(dǎo)致集中式控制架構(gòu)內(nèi)部信息交互量與運(yùn)算負(fù)擔(dān)呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。同時(shí)，大量的需求側(cè)資源接入在信息網(wǎng)邊緣形成了巨量數(shù)據(jù)流，對(duì)信息網(wǎng)形成了較大壓力。需求側(cè)資源帶寬配置普遍不高，如果通道被大量冗雜數(shù)據(jù)擠占，甚至?xí)绊懙絀DR的數(shù)據(jù)采集與指令下發(fā)，給配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)極大的不穩(wěn)定性。為應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，邊緣計(jì)算技術(shù)（edge

computing）應(yīng)運(yùn)而生。邊緣計(jì)算技術(shù)是指將計(jì)算資源和數(shù)據(jù)處理能力分布到離用戶(hù)設(shè)備更近的邊緣節(jié)點(diǎn)上，以降低云端計(jì)算壓力與數(shù)據(jù)鏈路平均長(zhǎng)度，從而使系統(tǒng)更好地支持大量需求側(cè)資源的靈活接入。圖3為應(yīng)用于需求側(cè)資源管理的云邊協(xié)同架構(gòu)。圖3

應(yīng)用于需求側(cè)資源管理的云邊協(xié)同架構(gòu)Fig.3Cloud-edgecollaborativearchitectureappliedtodemand-sideresourcemanagement應(yīng)用于需求側(cè)資源管理的云邊協(xié)同架構(gòu)分為云、管、邊、端4層。該結(jié)構(gòu)中，區(qū)域內(nèi)需求側(cè)資源組成了終端層。該層所有量測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)邊緣算力完成數(shù)據(jù)匯總、清洗、處理、分析，再將其輸出結(jié)果通過(guò)子站同步到云端總站?？傉窘柚乒苓叾私Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)廣域數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)行分析與推演，從而完成海量需求側(cè)資源與電網(wǎng)的高效互動(dòng)。國(guó)外相關(guān)研究已經(jīng)起步，Moghaddam等人在2017年提出了邊緣計(jì)算在需求側(cè)響應(yīng)中使用的案例。在其算例中，作者將部分原本由云端負(fù)責(zé)的計(jì)算任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行。通過(guò)與完全集中式云計(jì)算的比較，證實(shí)了邊緣數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速率確有提升。在國(guó)內(nèi)，李彬等人在2018年參考了歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)提出的邊緣計(jì)算框架，并依據(jù)國(guó)內(nèi)IEC62939標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)需求響應(yīng)邊緣計(jì)算（automateddemandresponseedgecomputing，ADR-EC）節(jié)點(diǎn)的分層架構(gòu)模型。邊緣計(jì)算的實(shí)質(zhì)是借助云管邊端架構(gòu)，在邊緣進(jìn)行數(shù)據(jù)二次匯總前的預(yù)處理，從而降低核心節(jié)點(diǎn)計(jì)算壓力與核心節(jié)點(diǎn)周邊數(shù)據(jù)量。該技術(shù)可以充分對(duì)應(yīng)需求側(cè)集中式控制架構(gòu)，在子站部署算力，從而對(duì)區(qū)域內(nèi)所有用戶(hù)的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理再上報(bào)控制中心計(jì)算集群。在協(xié)助實(shí)現(xiàn)需求側(cè)資源靈活接入上，使用邊緣計(jì)算架構(gòu)具有兩大優(yōu)勢(shì)。首先，需求側(cè)資源的靈活接入基于用戶(hù)終端與子站管控平臺(tái)的解耦，給系統(tǒng)帶來(lái)更大靈活性的同時(shí)也引入了較多不確定性。部署子站與用戶(hù)端間的邊緣算力能夠在系統(tǒng)不確定性增加時(shí)為上層平臺(tái)輸送更加有序、穩(wěn)定、清潔的數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)整體的魯棒性。其次，為實(shí)現(xiàn)需求側(cè)資源靈活接入，用戶(hù)加入/退出子站所轄集群是一個(gè)需要實(shí)時(shí)評(píng)估的過(guò)程，該過(guò)程需要充分考慮用戶(hù)偏好，也更適合由邊緣算力完成，而非通過(guò)更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)鏈路匯總到主站進(jìn)行集中決策。未來(lái)需求側(cè)物聯(lián)發(fā)展展望4需求側(cè)靈活接入方興未艾，其發(fā)展對(duì)于電網(wǎng)側(cè)與用戶(hù)側(cè)都具有重要意義。然而其蓬勃發(fā)展持續(xù)對(duì)需求側(cè)物聯(lián)技術(shù)提出了新的要求。隨著需求響應(yīng)技術(shù)在配電網(wǎng)末端的廣泛普及，需求側(cè)資源物聯(lián)技術(shù)在以下2個(gè)方面有著進(jìn)一步提升的空間。4.1電力定制化芯片隨著數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的日益成熟，電力系統(tǒng)體現(xiàn)出了高度電力電子化的特點(diǎn)。通用工業(yè)級(jí)芯片已在電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，基本能夠滿(mǎn)足電力系統(tǒng)現(xiàn)階段的需求。但隨著電網(wǎng)日益電力電子化，通用工業(yè)級(jí)芯片在諸如需求側(cè)資源管理、能量交易等特有領(lǐng)域逐漸無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)所需的可靠性、經(jīng)濟(jì)性與兼容性。電力定制化芯片（power

specific

integrated

circuit，PSIC）是電氣工程與集成電路的學(xué)科交叉產(chǎn)物，其設(shè)計(jì)與制造高度依賴(lài)于計(jì)算及多物理場(chǎng)仿真、芯片設(shè)計(jì)、場(chǎng)景算法、芯片測(cè)試等技術(shù)的高度融合與統(tǒng)一，相比通用工業(yè)級(jí)芯片，電力定制芯片具有穩(wěn)定、低成本、低延遲、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。目前，由中國(guó)數(shù)字電網(wǎng)研究院基于繼電保護(hù)、配電自動(dòng)化、新能源、計(jì)量自動(dòng)化等多個(gè)場(chǎng)景開(kāi)發(fā)的FUXI系列定制化芯片正處于驗(yàn)證階段。FUXI系列芯片由通用模塊和電力專(zhuān)用模塊共同組成，在保留部分通用功能的同時(shí)加入了基于特定場(chǎng)景用途的定制化模塊，提升了芯片在特別領(lǐng)域的性能。在未來(lái)，隨著適用于需求側(cè)資源管理的電力定制化芯片量產(chǎn)普及，系統(tǒng)的表現(xiàn)會(huì)得到進(jìn)一步提升。4.2需求側(cè)資源集群間的區(qū)塊鏈技術(shù)在需求側(cè)資源分布式管理與邊緣計(jì)算技術(shù)的雙重推動(dòng)背景下，中心化、發(fā)散式的數(shù)據(jù)流架構(gòu)并非是最高效的。盡管借助相應(yīng)的物聯(lián)技術(shù)在中心化、發(fā)散式的數(shù)據(jù)流架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了連接解耦與算力下放，同級(jí)單元之間缺乏直接溝通的手段仍然制約著需求側(cè)資源進(jìn)入完全分散化的能量市場(chǎng)。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式記賬系統(tǒng)，其架構(gòu)具有去中心化的特征，這是值得需求側(cè)物聯(lián)架構(gòu)所借鑒的。不同于中心化、發(fā)散式的數(shù)據(jù)流架構(gòu)，區(qū)塊鏈架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了同級(jí)別單元間的全連接與協(xié)同聯(lián)動(dòng)，使其能夠很好地適配當(dāng)下能量市場(chǎng)去中心化與海量需求側(cè)資源分散自治的趨勢(shì)。然而，完全去中心化的管理模式與數(shù)據(jù)流對(duì)于需求側(cè)來(lái)說(shuō)也是不現(xiàn)實(shí)的。完全分散與扁平化的需求側(cè)管理無(wú)法保證可控資源運(yùn)行的同步性，在區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)大規(guī)模電力缺口或故障時(shí)也無(wú)法進(jìn)行全局統(tǒng)籌從而盡可能減少故障損失。因此，借鑒于區(qū)塊鏈的技術(shù)特點(diǎn)，未來(lái)需求側(cè)物聯(lián)架構(gòu)將向弱中心化趨勢(shì)發(fā)展。弱中心化的區(qū)塊鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)架構(gòu)如圖4所示。在弱中心化區(qū)塊鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)架構(gòu)中，區(qū)域內(nèi)的需求側(cè)資源調(diào)度主要依靠子站間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，甚至在一般情況下，主站不介入所轄區(qū)域內(nèi)的IDR運(yùn)行。在該架構(gòu)下，子站收集所轄區(qū)域內(nèi)需求側(cè)資源的聚合功率與調(diào)節(jié)潛力并與其他子站共享。若某子站所轄區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較大的電力缺口或者負(fù)荷波動(dòng)，該子站會(huì)以發(fā)布形式向其他子站購(gòu)買(mǎi)裕度或調(diào)節(jié)潛力以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能量的供需平衡，如此便實(shí)現(xiàn)了層級(jí)內(nèi)子站間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)調(diào)控。當(dāng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生大范圍電力缺口或波動(dòng)，大量由子站發(fā)布的裕度或能量購(gòu)買(mǎi)需求未得到及時(shí)響應(yīng)時(shí)，處于更高層級(jí)的主站才會(huì)介入全局調(diào)控，并要求相應(yīng)節(jié)點(diǎn)棄電以保證所轄區(qū)域內(nèi)不發(fā)生系統(tǒng)崩潰、大面積停電等事故，將故障損失降至最小化。相較于傳統(tǒng)發(fā)散式信息網(wǎng)架構(gòu)，弱中心化區(qū)塊鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)架構(gòu)不僅大幅降低了主站的數(shù)據(jù)量與計(jì)算量，還進(jìn)一步減少了數(shù)據(jù)流的平均長(zhǎng)度，提高了需求側(cè)資源參與響應(yīng)的效率。圖4

弱中心化的區(qū)塊鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)架構(gòu)Fig.4

Weaklycentralizedblockchaincollaborativelinkagearchitecture4.3需求側(cè)資源的信息物理融合信息物理系統(tǒng)（cyber-physicalsystem，CPS）是一個(gè)包含物理環(huán)境、信息網(wǎng)絡(luò)與融合計(jì)算的多維復(fù)雜系統(tǒng)。依托3C（computing、communication、