NIST智能电网4.0版架构与安全解读（四）|四种场景通信路径图的解读

概览

上期我们从理论模型中的用户区（Customer Domain），市场域（Market Domain），服务提供商域（Service Provider Domain）这三个技术层面解读了NIST智能电网，帮助读者对“虚拟电厂”这一热门话题有更深的理解。

本期我们将引入并介绍一种新的模型-通信路径图（Communication Pathways Diagrams,CPD)，以帮助读者更详细地考察概念模型中提到的各个域之间和域内的通信接口。

在旧版本的标准（3.0版本）中已有CPD的雏形（mappings)，其主要目的是可视化传统电网应用及其各种逻辑接口。本版本的CPD则对其进行了更新，使其更适应于新型电网概念模型。我们会根据不同的场景介绍四种CPD，分别是：传统的通信路径场景，高DER通信路径场景，微电网通信路径场景和混合通信路径场景。

传统通信路径场景 The legacy communication pathways scenario

传统的通信路径场景（见图1，2014年发表于框架3.0版本）描述了上一版本的“概念模型与NIST互操作性框架”中各个实体之间的通信路径，框架4.0将其作为CPD的一个基线。该方案描述了当前电网系统的结构。其中域和子域显示了上一版本框架对电网系统和应用的分组。例如，能源管理系统（EMS）被分配在在操作域中的传输操作子域中；DER还被分为一个单独的域。而在本版本中，DER已经融合到很多领域中了，最具代表性的就是“包含DER的发电域”。该版本模型还显示了系统之间的信息流和通信路径，这也有助于后续详细定义所需的协议和信息交换的特征的接口。

                         图1-传统通信路径场景                          

图1中的架构也是目前公用事业部门中实际运行中的典型分组，整个系统就是由各种域、角色、网络和他们之间的信息流组成。

高DER通信路径场景 High-DER communication pathways scenario

现阶段随着DER的数量的大量增加，其在电网中越来越普遍。随着新政策对技术进步的补充，DER资产对电网提供的贡献将在未来几年内发生变化。高DER通信途径情景（见图2）是框架4.0提出的CPD之一，其代表了未来的电网中，DER将提供大量的电力的发展趋势。

图2-高DER通信路径场景

图2中的高DER情景描述了一种范式，即市场信号可以通过互联网发送到配电设施或DSO以及拥有DER的客户那里。通过这种方式，非公用事业资产可以参与并响应与传统资源相同的市场或并获得相应的回报。这些变化也不断推动着是许多根本性的电网运营新策略的诞生，包括交易性能源（transactive energy）。

许多角色和网关之间存在多种通讯路径是这个模型的另一个重要方面。虽然CPD的主要目的是为了尽可能准确简单地考察NIST智能电网4.0版架构与安全解读（三）|立顿模型中的运营域，发电域，输电域和配电域不同角色之间的通信接口，但图2中描述的接口和控制环路的多样性反而突出了单个行为者的接口的复杂性，以及多个冗余通信环路产生冲突信息的可能性。

在这个模型中，网关、数据传输和 IP SCADA 通信角色被置于操作域、输电域和配电域之间，因为这与实际部署和运行相一致。同样，废热发电（Cogeneration）角色被置于用户、配电和发电域，因为每个废热发电部署的规模和具体情况将决定其具体属于哪一个域。

混合通信路径场景 Hybrid communication pathways scenario

图3所示的混合通信途径场景参考了21世纪配电网控制参考模型。笔者将其理解为图2描述的方案的子方案，其重点描述了电网中最重要的配电和输电部分的信息通信。它描述了一个具有中心化系统、分布式设备和各种边缘设备的高DER环境。这种场景下，电网控制设备部署在输电和配电领域。这个场景之所以被称为混合通信途径方案，因为它描述了一种使用公共和私人通信路径的混合运行通信方式。

图3-混合通信路径场景

该图中的另一个重要概念是平行通信基础设施（parallel communications infrastructures），所谓平行，指的就是专有通讯基础设施和一般通信基础设施同时存在。例如图3所示，操作域（System Operations）与配电（Distribution）和输电（Transmission）域之间的控制通信（Operational Communications）使用的是专用的操作通信网络和路径，但其他的场景和行为者中其实还存在着一些基于现有互联网通信接口。比如在高DER环境中，DER、电动汽车或远程可控设备可以由系统操作域（System Operations）管理，但这些控制通信（Operational Communications）不一定要基于电网设备中拥有的网络设备实现。

微电网通信路径场景Microgrid communication pathways scenario

微电网指的是部署在某些特定领域的小电网。微电网的范围各不相同，从单一房舍到包括变电站的微电网。微电网的所有权和控制权各不相同，有些由消费者拥有和经营，有些由公用事业公司控制，而公用事业公司可能拥有也可能不拥有微电网。微电网通信途径方案描述了两个微电网的例子，一个由用户管理和控制，另一个由公用事业部门管理。

图4-微电网通信路径场景

微电网有能力将其控制下的电路与主电网隔离。现代微电网也可以进行优化，以支持整体电网的健康，或在连接到主电网时提供特定的电网服务。尽管由不同的实体管理，这两种类型的微电网都主要用于提高可靠性。特别是，微电网通常被部署在关键任务功能需要随时提供电力的情况下。

客户管理的微电网和公用事业管理的微电网之间的主要区别在于客户域管理的微电网可以直接对接市场，而公共事业管理的微电网受到控制域的调度管理。