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自动需量反应ADR与智慧家庭电能管理HEMS通讯标准制定应用与建议


自動需量反應(ADR)與智慧家庭電能管 理(HEMS)通訊標準制定應用與建議

Agenda
? 自動需量反應(ADR)通訊標準制定應用
? 需量反應簡介 ? OpenADR通訊標準參考應用情境 ? OpenADR通訊標準實際應用情境

? 智慧家庭電能管理(HEMS)通訊標準制定應用
? ? ? SEP 2.0 發展演進 SEP 2.0 優點與支援裝置 SEP 2.0 開發現況與應用情境

? 自動需量反應與智慧家庭電能管理標準應用於 台灣之可行性
2012/07/25
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需量反應(Demand Response)
? 控制用電需求機制,達到供需均衡
電力供應
? 尖峰成本高 ? 增加供電量不易

用電需求增加
? 尖峰屢創新高 ? 非生產用電增加

供給端提供各種優 惠方案,提供用戶 供應供端 應 降低需求誘因 端

用戶端
用戶端

參加合適的優惠方 案,將設備主控權 交給第三方控制

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需量反應系統的演進
? 需量反應(Demand Response,簡稱DR) ? 自動需量反應 (Auto-Demand Response,簡稱ADR) ? 開放式自動需量反應 (Open Automated Demand Response,簡稱OpenADR)

OpenADR

ADR DR
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OpenADR簡介
Open Automated Demand Response

OpenADR 提 供 一 個 需量反應介面的開放 標準。讓電力公司能 直接透過共通的語言 及網路通訊(如網際 網路)來與現有用戶 進行需量反應訊號的 通訊。
Source: Understanding OpenADR 2.0, 2011/11/10 http://www.openadr.org/assets/docs/understanding%20openadr%202%200%20webinar_11_10_11_s m.pdf
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OpenADR系統架構
1.電力公司定義一則需量反應事件 與價格訊號並傳給需量反應自動化 伺服器(DRAS)

2.需量反應事件與價格服務發佈於 DRAS
3.DRAS用戶端(CLIR或WS)每分 鐘向DRAS取回最新事件

4.EMCS (Energy Management and Controls Systems)根據預設之 需量反應策略進行反應
5. EMCS基於需量事件與策略,完 成需量反應的散佈
Design and Operation of an Open, Interoperable Automated Demand Response Infrastructure for Commercial Buildings, June 2009

2012/08/22

http://drrc.lbl.gov/system/files/lbnl-2340e.pdf

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使用OpenADR 2.0a資訊交換方案
? 基本構成要素: ? eventID:事件產生編號

? venID:HEMS用戶端ID
? vtnID:DRAS伺服端ID ? createdDateTime:事件建立時間

? eventStatus:事件當前狀態
? date-time:開始時間 ? duration:事件執行長度

? signalType:需量反應卸載等及
? optType:ven是否參予卸載
XML schema 內容模型

? 使用以上基本要素構成基本xml傳輸資訊,再將此文本以 HTTPs通訊協定,在DRAS與EMCS間交換資訊
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OpenADR參考應用情境(一)
需量管理伺服器
AMI
Internet Utility or ISO

DRAS

Interne t

簡易型需量管理用戶端 (Simple DRAS Client)

需量管理用戶端 (DRAS Client)

API
能源管理與控制系統 (EMCS) Control Network L L

基於OpenADR 2.0a



L

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OpenADR參考應用情境(二)
需量管理伺服器
AMI
Internet Utility or ISO 需量管理用戶端 (DRAS Client)

DRAS

Interne t

智慧型需量管理用戶端 (Smart DRAS Client)

API 能源管理與控制系統 (EMCS)

Control Network

L
9

L

L

基於OpenADR 2.0b

OpenADR實際應用情境
Utility
Meter Data

AMI Head-end Head-end VPN

Internet

VPN

DRAS
Internet

DCU Meter NPLC

HEMS

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OpenADR實際應用情境(一)
Utility

路徑一
DRAS
Internet

HEMS
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DRAS與HEMS使用網路通訊流程圖

OpenADR實際應用情境(二)
Utility
Meter Data

AMI

Internet

Head-end VPN Head-end VPN

DRAS

路徑二
DCU Meter

HEMS
NPLC 13

DRAS經由AMI(DCU)與HEMS通訊流程圖

台灣電能管理系統佈建架構

Coordinator

Zigbee Devices In-Home Display Home Gateway

NPL
DRAS為資策 會架設,模擬 台電DRAS Internet (HTTPS)

Zigbee

AMI Meter VPN

DCU

OpenADR與其他標準之間的關係
OpenADR必須與其他應用於能源管理的 通訊協定具有直接或間接的互通性!
OpenADR will also need to interoperate directly or interwork indirectly with other popular protocols now used for energy management, including BACnet (www.bacnet.org), LonMark (www.lonmark.org) and the Smart Energy Profile (www.zigbee.org).

Source: The OpenADR Primer, 2011/08/18
http://www.openadr.org/assets/docs/openadr_primer.pdf
2012/08/22 16

Agenda
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? ? ? SEP 2.0 發展演進 SEP 2.0 優點與支援裝置 SEP 2.0 開發現況與應用情境

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ZigBee Smart Energy Profile 發展演進

2002

2004

2006

2007

2008

ZigBee IP

SEP draft 0.7

SEP draft 0.9

2009

2010

2012

2013

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SEP 2.0 Milestones/Documents
? SEP 1.0 rev 15 – 12/01/2008 ? SEP 2.0 draft 0.7 Interop Complete – 6/8/2010 ? SEP 2.0 draft 0.9 V er. R32– 7/26/2012
? Smart Energy Profile 2.0 Application Protocol Specification

? ZigBee Alliance Completes Smart Energy Profile 2 Standard --- 2013/04/29
? Smart Energy Profile 2 Application Protocol Standard (339頁)
? ZigBee Public Document 13-0200-00

? ZigBee IP Specification (86頁)
? ZigBee Public Document 13-002r00

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ZigBee Alliance -SEP 2.0
? ZigBee Alliance 主推的SEP 2.0 (Smart Energy Profile 2.0)在與HomePlug PowerLine Alliance, Wi-Fi Alliance, HomeGrid Forum, SAE International, IPSO Alliance, SunSpec Alliance等 通訊協議聯盟的通力合作之下產生,橫跨無線 和有線(電力線)底層。

? 美國國家標準研究技術院(NIST)在2009年選 則SEP 2.0 (Smart Energy Profile 2.0) 為家庭設備 智能能源管理作為一個標準的配置文件,也使 得SEP 2.0有機會成為國際主流之一。
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Smart Energy Profile 2.0的特點
? SEP 2.0與1.0不同之處,在於SEP 2.0可提供需量反應服務。 ? 採用開放性的架構,可適用於無線和有線的傳輸媒介

? 主要核心層的協定改用網際網路IP協定堆疊
? 相容於IEC 61968 CIM (Common Information Mode)

? 支援IEC

61850 (變電站自動化系統)

? 支援PEV (Plug-In Electric V ehicles)插電式電動車應用 ? 支援MDU集合式住宅(Multi-Dwelling Unit, MDU)應用

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Smart Energy Profile 2.0支援的裝置
In-Home Displays Smart Thermostats Load Controllers

戶內電能顯示器 智慧溫控器 負載控制器

Meters (including non-revenue grade submeter)
Plug-In Electric Vehicles (PEV) Smart Appliances Premises Energy Management Systems (PEM) Range Extenders Energy Services Interfaces (ESI) Pre-Payment Terminals Inverters

計量器 插電式電動車
智慧電器 樓宇能源管理系統 範圍擴展

能源服務接口
預付費終端機 逆變器

SEP 2.0 的網路通訊協定堆疊
SEP 2.0 強調安全性

目前實體通訊層 標準已底定!

Source: “Smart Grid Standards and Systems Interoperability: A Precedent with OpenADR“, Lawrence Berkeley National Laboratory, December 2011

2012/07/2h 5ttp://drrc.lbl.gov/publications/smart-grid-standards-and-systems-interoperability-precedent-openadr

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Smart Energy Profile 2.0適用的範圍
SEP 2.0
ZigBee IP (TCP/IP, IPv6 RPL, 6LoWPAN)
IEEE 802.15.4 2.4 GHz PLC (Home-Plug)

TCP/UDP
IPv6

TCP/IP
IPv6 IEEE 802.11 WiFi

SEP 2.0 可跨不同的實體層

Home Gateway WiFi

ZigBee IP

Ethernet

PLC

SEP2.0功能集
功能 A B C Provide real-time data (kW, kWh) Provide price, reliability, and event signals Retrieve device IDs, settings, event overrides 來源 Meter Utility 應用 In-home display In-home display; Demand response

Consumer Demand response devices Tech support

Through the Meter Two-way Narrowband

A

B

C

SEP 2.0 應用情境

The 454MHz, ARM9-based i.MX28 processor is one of the options in a ZigBee-ready Freescale Home Energy Gateway (HEG) "smart grid" reference platform.
Linux-based home energy gateway supports ZigBee Smart Energy 2.0 linuxfordevices.com, Eric Brown, 2012-01-31 2012/07/25 http://www.linuxfordevices.com/c/a/News/ConnectPort-X2e-for-Smart-

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SEP 2.0 開發現況:需要廠商支援!

Smart Energy Profile 2.0 (SEP 2.0) – One profile to rule them all
http://blogs.freescale.com/2011/08/11/smart-energy-profile-2-0-sep-2-0-%E2%80%93-one-profile-to-rule-them-all/

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Agenda
? 自動需量反應(ADR)通訊標準制定應用
? 需量反應簡介 ? OpenADR通訊標準參考應用情境 ? OpenADR通訊標準實際應用情境

? 智慧家庭電能管理(HEMS)通訊標準制定應用
? ? ? SEP 2.0 發展演進 SEP 2.0 優點與支援裝置 SEP 2.0 開發現況與應用情境

? 自動需量反應與智慧家庭電能管理標準應用於 台灣之可行性
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ADR與HEMS標準應用於台灣之可行性
? OpenADR 2.0與SEP2.0是否適用於海峽兩岸? ? 中國國家傳感器網路(傳感網)標準工作組 (WGSN)所制定的標準如何? ? 與ZigBee SEP 2.0有多大的差異? ? 中國傳感網標準的未來發展制定的方向?

? SEP 2.0 and OpenADR 2.0 的銜接之介面標準?

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OpenADR 2.0 與 SEP2.0 應用範圍

ISO:Independent System Operators DER:Distributed Energy Resources

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SEP 與 OpenADR不同之處
SEP 2.0
? Enables

OpenADR 2.0
and

light ? Service provider (server) to customer energy system interface (client) ? Communicates over Automated Metering Infrastructure (AMI) or ? Enables automated AutoDR to via a broadband gateway commercial, industrial and residential customers ? Transmits small data packets ? Communicates over the Internet ? Ideally suited for use within a using web services home or building ? Transmits larger data packets residential commercial DR

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Organization of IEC PC 118 Smart Grid User Interface

WG1:Exchange interface between demand-side smart equipment and the grid WG2: Power demand response
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OpenADR 2.0 and SEP2.0 銜接標準?


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