3.2 CPS 测试环境的概念设计和理论验证
NIST 根据 MCODSGT 报告的分析结果，启动了智能电网测试环境项目，建立一组互联和交互的实验室，验证智能电网的互操作性和性能标准，加速智能电网互操作标准开发，优化系统级的运行和控制技术，增强输电和配电系统的广域状态感知，提升分布式能源和微网的性能[28]。
2015 年 10 月 NIST 启动了信息物理融合系统测试环境概念设计项目，研发 CPS 测试环境模块化的总体设计原则和设计概念，指导 CPS 测试环境的开发、运行和发展，形成了跨行业互联的 CPS 测试环境的建设计划[29]。
3.3 测试能力与技术应用发展的同步规划
DOE 于 2016 年 8 月发布了《高级配电管理系统 2016—2020 五年规划》(简称 ADMS MYPP)征求意见稿[7]，将 ADMS 测试环境与 ADMS 开发等作为技术研究领域之一，同步开展规划研究。ADMS 测试环境将以 NREL 的 ESIF 为基础，采用开放的模块化框架，利用大规模电网仿真以及真实系统数据，集成多个供应商的软件和硬件组件，建立逼真的 ADMS 测试环境，测试评估 ADMS功能对系统运行的影响、ADMS 系统组成之间的互操作、ADMS 与硬件设备的相互作用以及 ADMS的薄弱环节和坚韧性等。ADMS MYPP 还提出了ADMS 测试环境的建议结构图，其核心包括商业化的 DMS 系统、ESIF 的模拟控制室功能、与输配电EMS 等各种模拟器的交互等。
3.4 地理分布的实时仿真平台的互联试验研究
在 DOE 的 INTEGRATE 项目资助下，NREL、INL 和 PNNL 这 3 个国家实验室联合研究开发新型联合实时仿真平台，连接分布在不同地理区域的NREL 的 ESIF 电力硬件在环、INL 输电测试网的控制器硬件在环实时模拟器，形成协同模拟的虚拟实验室，开展大规模的电力和能源系统的动态和暂态分析。项目团队已成功通过互联网实时连接了NREL、INL 两个实验室的实时数字仿真器，研究解决了数据传输延迟等问题，开发了地理分布的测试系统的电网等效技术。这预示着世界任何地方的软硬件将可以实时连接、综合利用美国国家实验室独特的设施和能力，开展更大规模的电力和能源系统的建模和研究[30]。
3.5 基础测试资源的远程共享访问
由美国国家科学基金会和国土安全部共同投资、南加州大学和加州大学伯克利分校等共同建立的ETER(cyber DEfense technology experimental research)，是一个可远程共享访问的网络安全技术测试环境，由 PC 集群和控制层组成，可以为用户建立独特的网络环境，提供许多攻击和恶意软件的模型和工具，开展信息安全技术的开发和测试[31]。
文献[32]提出了集成控制系统和 DETER 的组合式试验框架，以评估拒绝服务等攻击对控制系统的影。北卡罗来那州立大学(NCSU)将其 PMU 硬件在环测试环境与 DETER、分布式网络技术设施服务平台 ExoGENI 互联，形成了电力系统广域监测和控制的测试环境(DETER-WAMS-ExoGENI)，将大电网广域监控的集中处理算法转变为完全分布式的防网络攻击的信息物理融合架构，研究广域通信网络的各种性能瓶颈及其对广域控制器闭环稳定性的影响，研究集成广域控制和通信网络的控制算法[33]。
4 美国智能电网测试环境发展的启示
智能电网高度集成、高度融合、高度自治的特性推进了智能电网测试环境的研究和发展，同时，测试环境的发展也成为智能电网发展的核心动力。
美国智能电网测试环境已成为美国智能电网发展的重要资源和主要技术研究领域，已处于顶层设计引领、全面系统性集成、初步共享互联阶段。
模块化、互联互通是美国智能电网测试环境的发展方向，这一特征值得借鉴。实时数字仿真、电力硬件在环、网络在环成为测试环境的重要元素，通信与电力系统的融合、信息与物理融合的安全机制成为智能电网测试环境发展的重要关注点。
NIST 和 DOE 的协调和引领、研究机构资源和能力的协同、DETER 等公共基础资源的远程共享，形成了美国智能电网测试环境发展的合力，将共同推动智能电网的突破性发展(如图 1 所示)。
美国智能电网测试环境的行动策略同时也表明了富有成效的顶层设计从形成到落地的关键节点的核心内容。美国智能电网测试环境发展的顶层设计启动于测试环境由初级向高级发展之时，解决智能电网发展需求是其切入点，前期的理论研究和实践经验的总结分析是其坚实的基础，对智能电网测试环境的定位和发展方向达成共识是顶层设计的目标，集中核心力量开展关键技术的概念设计、验证和试点是顶层设计落地的重要环节。
5 我国智能电网测试环境发展几点建议
近年来，我国智能电网的基础设施建设、自主研发技术水平等方面都有巨大发展，但在测试环境建设发展的系统性以及成效等方面较发达国家仍然有一定差距。
美国智能电网测试环境已从各自独立建设应用、发挥着重要但有限作用的初级阶段进入顶层设计引领、推进更大规模能源系统研究的高级阶段。
美国智能电网测试环境的发展思路、策略以及路径值得我们借鉴。首先，将测试环境作为智能电网发展的重要技术领域之一，加强智能电网测试环境的研究、规划和建设。其次，加强智能电网测试工作的整体组织协调。组织来自电力、通信和计算机等专业的专家成立智能电网测试环境工作组：1)协调整个智能电网的测试活动;2)形成我国智能电网测试环境现状分析;3)分析测试环境对智能电网可能的业务提升点;4)以满足智能电网发展需要为出发点，统筹测试环境资源的规划、建设和共享，明确目标，达成共识;5)加强测试工作的人力资源培养，注重知识结构的系统性。
技术研究方面，建议在模块化、互联互通方向的指引下，协调各类测试资源与能力的建设和发展。加强通信、网络安全测试的基础研究及其与电力系统融合的理论研究。以互联共享、可远程访问为导向，建设通信、网络、安全、数据分析等基础测试资源，支撑各领域 CPS 的发展。电力技术研究型测试环境应在充分利用公共资源的基础上，建设深度研究分析的组合式测试环境，同时考虑独特资源的开放和互联能力。整体协调和有序推进系统模型、仿真工具和测试数据的积累、验证和开放共享，特别是真实运行数据的匿名化和共享。
6 结论
本文总结分析了美国智能电网测试环境发展的特点，着重剖析了美国 DOE 和 NIST 在智能电网测试环境领域的发展思路和策略，结合我国智能电网特点，提出了可供参考的测试环境发展建议。
目前，作为智能电网的延伸和扩展，能源互联网的概念、技术研究和试验项目在我国迅速兴起。
为确保能源互联网的可持续发展，能源互联网的测试环境研究和建设可能将是当务之急。借鉴美国智能电网的发展经验，适时就测试环境的发展方向和策略在能源领域达成共识，尽快形成符合我国发展特点的能源互联网测试环境发展策略，协调跨行业各类测试资源的协同建设和发展，促进我国能源互联网的长期可持续发展。
作者简介：
朱晓燕(1965)，女，硕士，高级工程师，研究方向为电力自动化、电力系统信息安全
陈晰(1980)，男，博士，高级工程师，研究方向为电力物联网、电力系统通信
陈星莺(1964)，女，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为智能配电网运行分析与控制、配用
电自动化及其高级应用、电力市场与电力经济
史迪(1985)，男，博士，高级工程师，主要研究方向为电力系统运行与控制、新能源接入、储能、
微网、广域监测系统
