Misty Penywaun landscape.
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前回に引き続き、今年7月に米国パシフィック・ノースウェアスト国立研究所（PNNL）が公開した報告書「Transactive Energy Communication Interface Standards Landscape（TE通信インターフェイス標準概欄）」のご紹介です。

前回の中で、図.2のSEPA標準カタログナビゲーションツールは、今回初めて目にしましたが、2章の説明の中にあるように、SEPAの前身であるSGIPに関しては、SGIP誕生の経緯（米国のスマートグリッド標準規格の動向　－　その後参照）やSGIP標準規格カタログ（米国のスマートグリッド標準規格の動向 ― ,hajimeその３参照）等、当ブログでフォローしていました。

図.3のGWACスタックに関しても、以前「トランザクティブエネルギーその９」で解説していますので、もう少し詳しく知りたい場合、そちらにも目を通していただければと思います。

図.4～図.7は、はじめて目にしたもので、しばらくTE関連技術のウォッチを怠っていたことを反省しています。

 

さて、今回は、TE通信インターフェイス標準概欄の4章をご紹介します。

では、はじめます。

 

 

4.0トランザクティブエネルギー（TE)対応の標準

TEに特化して対応する標準はあまり見られません。ここでは、TE関連のプロジェクト実装で考慮された標準について注釈を付けています。

4.1 OASISのTE仕様のセット

OASISのTE仕様のセットは、TE関連標準の全体像を把握する上で重要です。これらの標準の開発は、TE市場情報交換（Transactive Energy Market Information Exchange :TeMIX）プロファイルというTES実装と密接に関連しており、後にTESを実装する企業の名前として採用されました。仕様は以下の通りです：

  • Energy Interoperation（EI） Version 1.0 (OASIS, 2014)
  • Energy Market Information Exchange (eMIX) Version 1.0

これには、簡略化されたTeMIX実装プロファイルが含まれています(OASIS, 2012)

  • Common transactive services (CTS) (OASIS, 2021)。

これらの仕様は相互に参照しており、TEに特化していないいくつかの重要なOASIS仕様も参照しています。

この仕様のセットは、多くの既存および新興のTE実装に役立つ取引および視点の定義を採用していますが、一部のTEイノベータにとっては狭すぎるかもしれません。仕様は、実証された卸売りエネルギー市場の慣行に強く影響を受けています。この仕様のセットの中の取引は、将来の配送期間において、電気が購入または販売される可能性のある価格で、電気量の提供によって開始されます。取引は、特定のバイヤーがマッチングエンジンを介して特定のセラーとペアリングされ、取引のすべてまたは一部の数量が販売または購入のために提供された後にのみ存在します。この取引モデルは、火力発電所のまとまった売り注文や、リアルタイム市場において短い時間間隔中のデマンドレスポンス資源のオンオフ制御に適しています。

OASIS仕様のセットは、代替サービス（つまり、エネルギー供給そのものを超えて）の交換、あるいは場合によっては代替エネルギー商品の交換に適用できるほど一般的であることを目指していました。この一般性は、未来のTEイノベータが新しいグリッドサービスや現在独立しているエネルギー市場（例：電力市場と熱の市場）の統合を探求する際に重要になるかもしれません。

OASISのTE仕様のセットが開発された視点の潜在的な制約にもかかわらず、これらの仕様内の基本的な構造の多くは、TESデザインで有用である可能性があります。

 

4.1.1 Energy Interoperation（EI）

ここでは、OASIS Energy Interoperation Version 1.0（OASIS, 2014）を参照しています。この標準は、他のOASIS標準に採用され、Webサービスアプリケーションで実装されているOASISサービス指向アーキテクチャ参照モデル（SOA-RM）と一致しています。この標準は、動的価格、デマンドレスポンスイベント信号、およびTEインタラクションを配布するための参加者との通信をサポートするアプリケーションをサポートしています。

この標準は、OASIS eMIXおよびWS-Calendar標準、SOA-RMおよびW3C拡張マークアップ言語（XML）スキーマ定義言語を参照しています。この点で、データモデルを定義するため広く採用されているソフトウェア標準に基づいており、サービス指向のインタラクションパラダイムをサポートしています。

EIは、OpenADRの初期の作業も参照しており、その作業で適用された仮想トップノードと仮想エンドノードアーキテクチャを認識しています。OpenADR Allianceはこの取り組みと連携し、エネルギー相互運用の要素をその仕様に採用しました。

 

4.1.2 Energy Market Information Exchange (eMIX)

OASIS Energy Market Information Exchange (eMIX) Version 1.0は、エネルギーの価格、入札、利用可能性情報、および取引されているエネルギーの他の特性の交換のためのXMLモデルを提供します（OASIS, 2012）。eMIXは、既存の卸売り電気市場の交換慣行を促進するのに十分な詳細を含んでいますが、そのドキュメントには、配電系統におけるDERの柔軟性の交換にもっと適していると言える簡略化されたTeMIXのプロファイルが含まれています(Barrager and Cazalet, 2016)。

 

4.1.3 Common transactive services (CTS)

OASIS Common transactive services (CTS)は、OASIS EI 1.0の簡略化されたプロトコルを目的としており、市場での商品の交換を調整するものでした(OASIS, 2021)（OASIS, 2014）。それはまた、eMIXとTeMIX実装プロファイルを参照し、簡略化することを主張しています。CTSによって、商品のような電気の提供、取引、および配送のための有用なインタラクションパターンが定義されています。さらに、仕様は、市場への参加者の登録のためのテンプレート、および当事者の市場位置および市場の製品提供と状況の通信のためのテンプレートを提供しています。

この仕様は、一連の市場時間間隔のための市場情報の通信を予期し、促進していますが、同じ市場間隔で複数の価格-数量ペアの機会を伝える能力を現在欠いているようです。これは、豊富な供給または需要曲線を表現するために必要です。したがって、CTSはリアルタイム市場での電気の売買に適していますが、エネルギーと価格の柔軟性を表現するための施設を本質的に欠いている可能性があります。これには、柔軟ではない供給および需要エネルギーの通信も含まれます。

CTSはTeMIX実装プロファイルのインタラクションを簡略化することを意図していましたが、この簡略化の利点は議論の余地があります。TeMIX, Inc.は、カリフォルニアエネルギー委員会が後援する小売自動TEシステムプロジェクト（Retail Automated Transactive Energy System project）のためにその実装を進化させました(Cazalet et al., 2020)。

CTSは、自身の実装がCTSに準拠していると主張する人々のための適合性自己テスト要件を定義しています。CTSは既存のOASIS仕様から派生しているため、CTSの適合実装は、以前のOASIS仕様によって参照され、スケジュールされたエネルギー交換を指定するために使用されたWS-CalendarおよびStreams（スケジュールを表現し、情報の時間系列を変換するためのOASIS標準）の参照部分にも適合しなければなりません。

CTSは公認の標準化団体から承認された標準ですが、その作成には少数の個人グループが関与しており、TeMIX以外の実装者は関与していないようです。

 

4.2 Energy Flexibility Interface Specification (EFI)

Flexiblepower Alliance Network（FAN）は、オランダの独立した科学研究機関であるTNOのスタッフとともに、Energy Flexibility Interface Specification (EFI) Version 2.0を開発しました(Werkman et al., 2019)。EFI仕様の主な貢献は、TESでこれらのデバイスのエネルギー柔軟性を表現するために必要なデバイスのエネルギー柔軟性の4つのタイプの記述:①inflexible（不変）、②shiftable（移動可能）、③storage（蓄積可能）、および④adjustable（調整可能）です。このカテゴリ分けは、PowerMatcher™（Kok, 2013）を含む仕様の前身に基づいています。

仕様はデバイスのエネルギー柔軟性の単純で、おそらく有用な表現を規定していますが、エネルギー柔軟性の価値から離れています。この価値のペアリングは、その前身によって強く教えられました。この標準は、設備メーカーや取引設備内の設備を統合する人々のために有用であり、その柔軟性の特性を表現します。これは、施設マネージャが外部の当事者（例：配電系統オペレータまたは複数の施設からの柔軟性のアグリゲーター）との取引インタラクションに翻訳するのに役立ちます。

PowerMatcher 2.0 TE trading platformはFANで維持されています。それは、EFIで表現されたデータを使用して取引情報を開発するものです。施設マネージャは柔軟性の価値を追加し、市場契約に準拠します。これにより、EFI標準が取引システムインタラクションをサポートする施設のために関連していることが示されています。

 

4.3 USEF Flexibility Trading Protocol Specification（UFTP）

Universal Smart Energy Flexibility（USEF）財団は、アグリゲーターがエンドユーザー（プロシューマー）と相互作用して、配電系統オペレータ（DSO）または調整されたDSO/TSOに柔軟性サービスを提供することを含む柔軟性の統合のためのフレームワークを開発しました(USEF Foundation, 2021)(de Heer et al., 2021)。このフレームワークの一部は、アグリゲーターとDSOの間の双方向取引市場の相互作用を指定するUSEF Flexibility Trading Protocol（UFTP）です(USEF, 2020)。このプロトコルは、次のプロセス手順をカバーしています：①contract（契約）、②plan（計画）、③validate（検証）、④operate（運用）、および⑤settle（決済）。検証フェーズは、計画された交換が物理的な輸送制約を尊重して安全に配布できることを検証するために挿入されます。

UFTPは、前日、取引日、およびリアルタイム（ヨーロッパでは15分）の取引をサポートしています。入札は混雑ポイントで行われます。これは、混雑ポイントごとに市場が作成されることを意味します。DSOは、柔軟なエネルギーや柔軟なエネルギーのオプション（予備のようなもの）を調達することができます。決済は、アグリゲーターの顧客に対して合意されたベースラインに対して行われます。このアプローチは、アグリゲーターからDSOレベルでのUFTPを適切にするものですが、アグリゲーターと顧客DERの調整を指定していません。

プロトコル仕様は、インターネットプロトコル上のメッセージ交換にクライアント-サーバーアプローチを使用しています。プライバシーとセキュリティは、ガイダンスによって対処されています。プロトコルには、実装者のためのデザイン原則のガイドラインとしてのプライバシーとセキュリティガイドラインが含まれています。

UFTPメッセージはXMLでエンコードされています。標準には、メッセージングスキーマと情報セマンティクスが含まれており、メッセージを拡張して前方および後方の互換性をサポートする能力があります。プロトコルはアグリゲーターとDSOの相互作用を対象としていますが、DERコーディネータ、TEマーケットマネージャ、および顧客との相互作用に対応するために再利用される場合に問題が生じる可能性があります。スケーラビリティは大きな問題になる可能性があります。

この作業は、認識された標準開発組織のプロセスを使用して正式化されているようには見えません。しかし、ヨーロッパでいくつかの実装が報告されています。OpenADR 2.0b仕様との調和のための作業も行われており、市場取引テンプレートの形で行われています。

 

4.4 OpenADR

OpenADRは、デマンドレスポンスプログラムにおける建物のエネルギー柔軟性の統合のためにカリフォルニアで開発されました。それはOpenADR Allianceによって文書化され、プロファイル仕様の標準がIECによって標準化されました。OpenADRにはオプションの価格反応メカニズムが含まれています。それは、双方向取引メカニズムをサポートするためにOASIS eMIXおよびEnergy Interop標準を採用して進化しました。

2016年に、OpenADR AllianceとUSEF Foundationは、USEF取引フレームワークを使用したOpenADR DRプログラムテンプレートを発表しました。この作業は、認識された標準開発組織のプロセスを通じて正式化されることはありません。

 

4.4.1 IEC 62746-10-1, OpenADR 2.0b

IECのプロファイル仕様には、仮想トップノード（VTN）と仮想エンドノード（VEN）の間のSOAPベースのパブリッシュおよびサブスクライブパラダイムでのデータモデルおよびデマンドレスポンスサービスが含まれています。機能は、デマンドレスポンス、価格設定、およびDER通信をサポートします。仕様は通信輸送層に独立していますが、相互運用性のためにインターネットプロトコルの相互作用がプロファイル化されています。さらに、サイバーセキュリティメカニズムが指定されています。

TEの実装に関連して、仕様は特定の負荷、ストレージ、または発電制御戦略に関する仮定をしません。参加者間の特定の市場メカニズムやビジネス合意に関するカバレッジはありません。

 

4.4.2 OpenADR 3.0

OpenADR 3.0は、OpenADR 2.0bへの代替インターフェイスとして最近設計されました。その新しさのため、プロジェクトの実装での標準の経験は不明です。標準の基本構造が変更されました。これにより、OpenADR 3.0は2.0bと互換性がありません。VTNとVENの間のSOAPベースのメッセージ交換の代わりに、VTN（サーバー）は、情報およびイベントを保存するウェブサービスの表現的な状態転送（REST）リソースサーバーとして設定されます。VEN（クライアント）は、このRESTベースのインターフェイスを使用してVTN上の情報を読み書きします。情報の状態の維持は、RESTアプリケーションプログラミングインターフェイスで明確に示されているように、非常に簡単です。

新しい仕様はYAML（機械可読のマークアップ言語）で書かれており、これによりVTNおよびVENのコードを生成するのが容易になります。これはVTNおよびVENの通信を確立するのに役立ちますが、DER調整プログラムを設定するためのビジネスロジックや、エネルギー関連デバイスを適切に操作してそのようなプログラムと相互作用するための施設の管理をカバーするものではありません。この場合、TE準拠の相互作用をサポートしているかどうかは不明ですが、参照実装に単純な価格配布（デバイスへの価格情報伝達）が含まれているようです。

OpenADR 3.0はOpenADR Allianceで開発されており、これは正式な標準開発組織ではありません。最終バージョンは2023年の夏に掲載される予定です。

OpenADR 3.0はOASIS、eMIX、およびEnergy Interop標準を参照していません。テストや認証プログラムは利用できませんが、プログラマーガイドおよびこれらの相互運用性の進展に関する議論が行われています。登録（資格と設定）または決済および相互作用の手順は明示的にサポートされているようには見えませんが、拡張が行われることができます。

OpenADR 3.0が簡略化された方法の1つは、VTNとVENのビジネスロジックが完全にカスタムであることでした。例えば、プログラムや料金表は、eMIX や Energy Interop 標準で表現されていたような標準的な構成要素なしに、開発者によってコード化され表現されます。この点で、仕様は、ソフトウェア開発レベルでの相互作用の構造を概説し、プロジェクト定義の方法（標準でない）での登録、価格交渉、運用、計測および検証、または決済の方法を示します。セキュリティや監査もプロジェクトベースですが、共通の業界アプローチに基づいてセキュリティモデルが記述されています。クレデンシャルと認証は、指名仕様（nominative specification）ではなく、必要に応じて含まれます。これにより、OpenADR 3.0のコンプライアンスのテスト、認証、およびブランディングの価値が疑問視されます。

OpenADR 3.0の構築ブロックとRESTスタイルの相互作用を使用したTEプログラムまたは実装プロファイルを考えることができます。このような拡張機能がOpenADR Alliance、IEC、または他の標準開発組織によって指定されるかどうかは、TE関連の標準を前進させる戦略の一部として考えられるでしょう。

 

4.5 IEEE Std 2030.5 – IEEE スマートエネルギープロファイル（SEP）標準

この標準は、スマートグリッドの運用と顧客機器との間の相互作用のために設計されています。これはもともとZigbee™スマートエネルギー標準として始まり、インターネットプロトコル標準に準拠するように変更され、多くの業界で使用されているウェブサービスのアプローチで広く採用されているRESTアーキテクチャを採用しています（IEEE SA, 2011）（IEEE SA, 2023a）。主な対象は、スマートサーモスタット、メーター、EV充電システム、スマートインバーター、家電などのエンドユースデバイスです。

 

4.5.1 他のIEEE Std 2030コンポーネントからのサポート

この標準は、スマートインバーターやEV充電器、またはデマンドレスポンス負荷制御など、特定のデバイスタイプとの相互作用に関する機能セットに組織化されています。このため、電力インバータの直接制御のようなデバイス固有の統合を優先しています（Mater, et al., 2019）。しかし、この標準にはデバイスに依存しない機能セットも含まれており、特に動的価格に反応する方法を知っているビジネスロジックを持つデバイスに適用できる価格機能セットがあります。

この標準には、IEC 61850（変電所オートメーション通信）を基盤とする情報モデルが含まれています。また、システムコンポーネントが自分自身を明らかにし、他のコンポーネントによって見つけられるようにするディスカバリーサービスなどのサポートサービスのセットがあります。サブスクリプションと通知、時間同期機能も提供されています。標準には、ソフトウェアとインターフェイスのバージョンを更新する方法も含まれています。セキュリティ証明書のための公開鍵基盤に基づくサイバーセキュリティモデルが指定されています。

 

4.5.2 ポートランド州立大学プロジェクトの Energy Grid of Things（EGoT）

IEEEとSunSpecの2030.5コミュニティは、最終的にTEインターフェイスをサポートすることに関心があることを示しています。DOEのEGoTプログラムは、エネルギーサービスインターフェイス（ESI）をサポートするため、いくつかのプロジェクトに資金提供しました。ESIのコンセプトは、TEインターフェイスのサービス指向の原則と一致していますが、市場ベースの分散最適化アプローチを指定していません。ポートランド州立大学が主導するプロジェクトは、そのようなESIプロジェクトの1つです（Bass, 2022）。このプロジェクトは、IEEE 2030.5標準の実装プロファイルを作成して、システム運用との間でDERを調整するためのデバイスに依存しないインターフェイスをサポートしました。ESIは、アグリゲーターとDER所有者との間の情報交換が、プライバシーを保護し、セキュリティを提供し、信頼を築き、相互運用性を確保することを確認します。

プロジェクトは、ESIの設計をIEEE 2030.5をベースにして行い、実装プロファイルを開発しました（BassとSlay, 2021）。このプロファイルは主に、DERの容量とグリッドDERサービスに参加する能力を推定するために、フロー予約要求とフロー予約応答リソース（サーバー内のコンテンツ）を使用します。これらの見積もりは、4つのパラメータ（①エネルギー、②電力、③間隔、④持続時間）を用いて伝達されます。各DERは、GSP（グリッド・サービス・プロバイダー）に指定された電力でエネルギーを要求するために、フロー予約要求リソースを使用します。フロー予約要求の間隔は、DERが参加可能な時間帯をGSPが決定するためのもので、継続時間は、そのインターバル中に DER がディスパッチできる時間です。

このプロジェクトでは、系統運用者と系統サービスプロバイダー（DERの柔軟性を集約するアグリゲーター）、系統サービスプロバイダーとDERを運用するサービス提供顧客との間の相互作用を区別しています。2030.5は、アグリゲーターと需要家の間で使用され、系統運用者とアグリゲーターの間では使用されません。アグリゲーターと顧客の相互作用は、2030.5フロー予約要求/応答リソースを使用して、DER能力の使用を予約します。アグリゲーターは、系統運用者のサービス要求に基づき、これらの能力を呼び出します。アグリゲーターが系統運用者のサービス要求に応答する顧客をどのように選択するかは不明確ですが、アグリゲーターが顧客とやり取りするために使用する唯一のサービスは、エネルギーの予約のようです。アグリゲーターがグリッドオペレーターの要求に応えるために、その予約を呼び出すかどうかはアグリゲーター次第です。

当プロジェクトのドキュメントは、2030.5標準への変更を推奨していません。しかし、価値ベースの意思決定をサポートする基本的なTE情報交換のサポートが不足しています。予約リクエストを厳密に使用するのではなく、2030.5でのエネルギースケジューリングのサポートは、TESをより直接的にサポートするためのものとして提供されるでしょう。

 

4.6 IEEE P2418.5 – エネルギー分野のブロックチェーン用標準

P2418.5 は、エネルギーシステムの制御と調整に分散型台帳技術の使用を標準化するための取り組みです。IEEEは「IEEE Blockchain Transactive Energy」と題したポジションペーパーを発表しました（Rahimi, et al, 2021）。この作業は、公式な IEEE P2418.5 標準化の取り組みをガイドするためのものですが、その内容は主に標準でカバーされるであろうトピックを考慮した情報提供を主体としています。電気システムと制御アーキテクチャの構造についても一部議論があります。標準の実装に関する実質的な材料はありません。また、分散型台帳技術プラットフォームであるブロックチェーンをベースとしたTEの参照モデルに適用される可能性のあるブロックチェーン標準化が進行中であることが言及されています。

現時点では、IEEE-SA P2418.5 ワーキンググループは「IEEE P2418.5 Blockchain in Energy Standards」と題するガイドを完成させる過程にあります。その対象は TE よりも広範で、エネルギーシステムの他の分野にも対応します。プロジェクトの要約には次のように記載されています。「この標準は、エネルギーセクターのブロックチェーンに関するオープンで共通の相互運用可能な参照フレームモデルを提供します。さらに、以下の 3つの側面をカバーします。

1）電力、石油・ガス、再生エネルギー産業およびそれらに関連するサービスにおけるブロックチェーンユースケースのガイドラインとして機能します。

2）エネルギーセクターのブロックチェーンアプリケーションのための参照アーキテクチャ、相互運用性、用語、およびシステムインタフェースに関する標準を、オープンなプロトコルとテクノロジーアグノスティックなレイヤードフレームワークを構築することによって提供します。

3）エネルギーセクター向けのコンセンサスアルゴリズム、スマートコントラクト、ブロックチェーン実装の種類などを評価し、拡張性、パフォーマンス、セキュリティ、相互運用性に関するガイドラインを提供します」（IEEE SA、2023b）。

ガイドのドラフトバージョンによれば、これは分散台帳技術、そのサイバーセキュリティの特性、エネルギーシステムのアプリケーションにおける課題に関連する用語やコンセプトを定義する情報提供文書でもありますが、実装のための標準化技術インターフェイスの材料は含まれていません。

 

 

4章の内容は重要なので、要約ではなく、ほとんど全訳になってしましました。

OpenADR3.0に関しては、4.4.2で、第3者の立場で説明されており、OpenADRアライアンスの情報ではあまりクリアでなかったこともはっきり指摘されていました。すなわち：

VTNとVENの間のSOAPベースのメッセージ交換の代わりに、VTN（サーバー）は、情報およびイベントを保存するウェブサービスの表現的な状態転送（REST）リソースサーバーとして設定されます。VEN（クライアント）は、このRESTベースのインターフェイスを使用してVTN上の情報を読み書きします。このように標準の基本構造が変更されたので、OpenADR 3.0は2.0bと互換性がありません！

したがって、今後OpenADR3.0ベースのVEN製品が出てくると、これまでOpenADR対応（OpenADR2.0b対応）を謳っていたDERMSシステム提供者は、そのDERMSをOpenADR3.0で通信できるよう、ほぼ一から作り直す必要があるということですね。

また、4.6にあったように、今後もTESの実装においてブロックチェーン技術がかかわってくることがあると思いますが、4章を見れば、トランザクティブエネルギーのコンセプトを実装する上で、それがすべてではなさそうだということは、わかっていただけたのではないかと思います。

本日は以上です。

 

終わり

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