中國儲能網(wǎng)訊：隨著新能源發(fā)電和電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降，新能源消納的壓力日益增加，配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)與運行等方面的薄弱性逐漸暴露。具備信息雙向流動、能量雙向/單向流動并存特征的電動汽車與電網(wǎng)互動（以下簡稱“車網(wǎng)互動”）技術(shù)的發(fā)展對于滿足用戶充電需求、緩解配電網(wǎng)建設(shè)壓力、有效利用電動汽車靈活性資源及消納新能源等都具有重要意義。基于此，本文以問答形式對車網(wǎng)互動技術(shù)進行了現(xiàn)狀總結(jié)，探討了未來該領(lǐng)域的潛在研究方向。
問：車網(wǎng)互動技術(shù)的含義是什么？
答：車網(wǎng)互動技術(shù)一般指在滿足用戶的充電需求或意愿的前提下，電動汽車及充換電基礎(chǔ)設(shè)施通過與運營商、電網(wǎng)等進行信息交互，根據(jù)不同的運行策略（調(diào)峰、新能源消納、運行成本等），電動汽車動力電池以聚合的形式，與各層級能量管理系統(tǒng)（電網(wǎng)、微電網(wǎng)、樓宇、小區(qū)等）進行能量互動。車網(wǎng)互動包括有序充電和有序充放電兩種模式，具備信息雙向流動、能量雙向/單向流動并存的特征。
問：現(xiàn)有的車網(wǎng)互動框架主要有哪幾種？不足是什么？可以如何改進？
答：車網(wǎng)互動的控制方式主要涵蓋分散式控制、集中式控制和分層式控制?，F(xiàn)有的車網(wǎng)互動技術(shù)研究大多基于分層式控制框架，電動汽車用戶通過參與需求響應(yīng)來與電網(wǎng)進行互動?；谛枨箜憫?yīng)的互動技術(shù)較易實現(xiàn)，但難以實現(xiàn)車網(wǎng)互動的全部功能，僅能部分滿足電網(wǎng)的削峰填谷等需求，難以應(yīng)對電網(wǎng)的區(qū)域級或節(jié)點級調(diào)控需求，使用場景受限。因此，需設(shè)計一種能夠進一步提升車網(wǎng)互動靈活性的高效車網(wǎng)互動框架，提升車網(wǎng)互動響應(yīng)電網(wǎng)主動調(diào)控的能力。為此，筆者提出了一種兼容需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動整體框架，如圖1所示。該框架對車網(wǎng)互動進行了梳理，能夠客觀反映車網(wǎng)互動發(fā)展的不同階段，并兼容滿足融合互動需求的不同的車網(wǎng)互動模式，包括：發(fā)展初期充(換)電設(shè)備層與電動汽車的無序充(換)電模式；充(換)電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層通過與充(換)電設(shè)備層、電動汽車用戶的信息交互實現(xiàn)的區(qū)域自治式有序充(換)電模式；電網(wǎng)層、充(換)電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層、電動汽車用戶等各方共同參與，基于需求響應(yīng)或主動調(diào)控的有序充(換)電模式；多網(wǎng)融合背景下信息雙向交互、能量單/雙向流動并存的雙向電能互動（有序充放電）模式。
圖1 兼容需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動整體框架
問：車網(wǎng)互動流程有什么特點？現(xiàn)有的互動流程可以如何改進？
答：基于車網(wǎng)互動技術(shù)的充電控制流程是多層級的，包括電動汽車用戶與運營商、運營商與電網(wǎng)等。以運營商層為例，根據(jù)用戶的充電需求或參與調(diào)控的意愿，并結(jié)合所控制區(qū)域內(nèi)的實時負荷狀態(tài)、電網(wǎng)下達的調(diào)控需求等因素對充電行為進行有序調(diào)控。在指令下達后，上層對下層的充電狀態(tài)進行監(jiān)控，在確保充電安全的基礎(chǔ)上，評估充電指令的執(zhí)行情況以及充電策略的可調(diào)整性。鑒于現(xiàn)有的車網(wǎng)互動控制流程未能充分涵蓋參與車網(wǎng)互動過程的多主體間的交互關(guān)系，且過程步驟較為粗略，本文提出了兼顧需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動總體控制流程，具體內(nèi)容見圖2。
圖2 兼容需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動
整體控制流程
問：國內(nèi)外車網(wǎng)互動配套政策進展如何？標準化體系推進進度如何？未來中國車網(wǎng)互動標準化推進方向可以從哪些方面推進？
答：就政策進展而言，國外，特別是美國加州，近年來通過頒布強制性政策法規(guī)如《電力監(jiān)管法典》（SB 676法案）和《加州健康和安全法典》（SB 233立法草案），極大地推動了車網(wǎng)互動的快速發(fā)展。這些法規(guī)不僅設(shè)定了具體的時間節(jié)點，如到2030年所有新售電動汽車必須具備雙向充放電功能，還明確了加州公共事業(yè)監(jiān)管機構(gòu)(California Public Utilities Commission, CPUC)和加州能源委員會(California Energy Commission, CEC)在車網(wǎng)互動市場監(jiān)管和標準制定方面的職責(zé)。中國近年來在車網(wǎng)互動技術(shù)、裝備系統(tǒng)、設(shè)施建設(shè)以及信息安全維護等方面也相繼發(fā)布了多項政策，涵蓋戰(zhàn)略規(guī)劃、財政補貼、稅收減免和產(chǎn)業(yè)支持等多個維度，為車網(wǎng)互動的發(fā)展提供了強有力的支持和指導(dǎo)。2023年12月，國家發(fā)展改革委、能源局等部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加強新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》（以下簡稱《意見》），要求構(gòu)建新能源汽車與供電網(wǎng)之間的雙向互動體系，促進新能源汽車與電網(wǎng)的深度融合，推動能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，進一步優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)，提升能源利用效率?！兑庖姟肪哂兄笇?dǎo)性作用，對于推進大規(guī)模車網(wǎng)互動領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。在上海、深圳、北京、江蘇等電動汽車發(fā)展較快的地區(qū)，車網(wǎng)互動相關(guān)地方政策也取得了顯著的突破。
近年來，車網(wǎng)互動領(lǐng)域的標準制定進展顯著。以國際電工委員會（IEC）、國際標準化組織（ISO）和電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）等機構(gòu)為代表，針對車網(wǎng)互動過程中的有序充換電、充放電及信息交互等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，發(fā)布了一系列相關(guān)標準，可以為各國車網(wǎng)互動技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供指導(dǎo)和參考。自2017年起，中國電動汽車充電設(shè)施標準化技術(shù)委員會啟動了車網(wǎng)互動相關(guān)標準體系研究。結(jié)合已有的以充電為主的標準體系，委員會拓展了電動汽車放電功能，建立了較為完善的充放電標準體系；并根據(jù)中國車網(wǎng)互動的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景確定了以居民區(qū)、停車場等慢充為主的充放電應(yīng)用場景，提出了加強小功率直流充電、有序充放電、微電網(wǎng)充放電的標準建設(shè)的思路，推動了充電設(shè)施及其系統(tǒng)在建設(shè)、設(shè)計、運營管理、測試、安全等領(lǐng)域一系列國家標準、行業(yè)標準、地方標準的制定與發(fā)布。
鑒于中國車網(wǎng)互動標準化工作的發(fā)展現(xiàn)狀，未來車網(wǎng)互動標準化工作推進方向可以從以下幾點入手：1）加快車網(wǎng)互動標準化工作組的成立，推動中國車網(wǎng)互動各類標準體系規(guī)劃建設(shè)；2）完善包含充電模塊、樁及平臺標準、充放電設(shè)備等在內(nèi)的車網(wǎng)互動相關(guān)重點標準；3）制定與車網(wǎng)互動標準體系建設(shè)相對應(yīng)的電力需求側(cè)管理、虛擬電廠、電力市場交易等與電力行業(yè)相關(guān)的標準；4）推進中國電動汽車充電設(shè)施標準國際化，加強與其他國家的標準合作。
問：目前中國使用的電動汽車充換電設(shè)施類型有哪些？不同類型的充電設(shè)備分別對車網(wǎng)互動的發(fā)展起到什么作用？
答：中國目前投入使用的電動汽車充換電基礎(chǔ)設(shè)施可分為交流充電設(shè)施、直流大功率充電設(shè)施、直流小功率充電設(shè)施、無線充電設(shè)施以及換電設(shè)施五大類。交流充電設(shè)施功率不大，通常應(yīng)用于居民區(qū)、單位停車點等對充電時長要求不高的場景，并以分散的形式接入電網(wǎng)。由于該充電場景的電動汽車數(shù)量龐大，極具互動潛力，因此是車網(wǎng)互動工作的重點。直流充電樁一般功率較大，具有集中管理優(yōu)勢，可以根據(jù)充電需求、電網(wǎng)的運行實際開展車網(wǎng)互動工作。無線充電方式具有電動汽車簡便接入電網(wǎng)的特點，相較傳導(dǎo)式充電可以有效提升電動汽車與電網(wǎng)間的物理連接概率，可大幅提高規(guī)模化電動汽車與電網(wǎng)的互動能力，有利于車網(wǎng)互動作用的發(fā)揮。鑒于成本、安裝等問題，當前無線充電設(shè)備的市場占有率能否進一步提高有待繼續(xù)觀察。換電模式可以通過動力電池與電網(wǎng)交互的形式，與電網(wǎng)實現(xiàn)能量互動。雖然目前存在著產(chǎn)業(yè)鏈不協(xié)調(diào)、標準化體系不完善等問題，但是該模式將會憑借其特有的性能在車網(wǎng)互動領(lǐng)域發(fā)揮一定的作用。
問：車網(wǎng)互動相關(guān)平臺運轉(zhuǎn)過程中的關(guān)系是什么樣的？存在什么樣的問題？
答：當前和電動汽車有關(guān)的平臺包括電網(wǎng)平臺、電動汽車充換電服務(wù)平臺、車企監(jiān)測平臺、政府與社會監(jiān)管平臺以及其他相關(guān)平臺五大類，這些平臺都可以在車網(wǎng)互動過程中發(fā)揮作用。從車網(wǎng)互動角度觀察，這些平臺之間的關(guān)系如圖3所示。電網(wǎng)平臺負責(zé)電力調(diào)控和需求響應(yīng)，還要與電動汽車充換電服務(wù)平臺緊密互動，實現(xiàn)電動汽車群體充放電計劃的計算與生成，制定有序充放電指導(dǎo)電價，并參與市場出清等。電動汽車充換電服務(wù)平臺則負責(zé)用戶、車輛、充電樁的信息采集，并根據(jù)實際情況制定所管理區(qū)域的充電計劃。車企監(jiān)測平臺可以提供車輛狀態(tài)、電池信息等數(shù)據(jù)。政府與社會監(jiān)管平臺則負責(zé)監(jiān)管和規(guī)范市場秩序。若實現(xiàn)這些平臺之間的信息共享、協(xié)同工作，可以確保車網(wǎng)互動的順暢運行和高效運作。
但當前各平臺之間相互獨立，無法進行有效的信息共享，利用率較低。此外，當前各類能量管理等平臺大多不具備支持車網(wǎng)互動所需的信息互動、數(shù)據(jù)支撐、多層級互動策略生成及分解等功能。這些都不利于車網(wǎng)互動工作的進一步開展。
圖3 車網(wǎng)互動相關(guān)各類平臺系統(tǒng)關(guān)系
問：車網(wǎng)互動中信息安全具體涉及哪些方面？該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀是怎樣的？未來研究的方向可以有哪些？如何在推進車網(wǎng)互動發(fā)展的同時，保障用戶隱私？
答：車網(wǎng)信息互動是能量互動的基礎(chǔ)，信息安全在車網(wǎng)信息互動中尤顯重要。車網(wǎng)互動過程中涉及的信息安全可以分為網(wǎng)絡(luò)安全、接口安全、數(shù)據(jù)安全以及隱私安全4個方面。研究工作一般可以分為電動汽車與充換電站/家用充電樁之間、充換電站/家用充電樁與運營商之間、運營商與電網(wǎng)之間傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)安全、隱私保護和攻擊防護等研究，以及各個過程中數(shù)據(jù)傳輸加密協(xié)議的研究。目前針對車網(wǎng)互動中的信息安全方面研究較少，鮮有研究成果能夠涵蓋所有互動主體的信息安全保障方法，以提高車網(wǎng)互動過程中各個主體之間網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的兼容性與安全性。
針對目前車網(wǎng)互動信息安全領(lǐng)域的研究不足，筆者認為以后研究需要解決的問題包括：
1）如何完善各類聚合商平臺與電動汽車之間的雙向認證；
2）如何在維護電動車主隱私安全的前提下實現(xiàn)車網(wǎng)互動；
3）如何確保車網(wǎng)互動全階段網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)安全；
4）如何防止車網(wǎng)兩端受到攻擊濫用等。
現(xiàn)有的車網(wǎng)互動信息安全研究成果均默認在電動汽車接入電網(wǎng)充放電時，可以自動獲取用戶身份、車輛位置、電池信息及狀態(tài)等隱私數(shù)據(jù)，這一前提與用戶隱私利益相沖突，可能會降低電動汽車用戶參與車網(wǎng)互動的積極性。因此，在未來的研究工作中，在確保鑒權(quán)和數(shù)據(jù)防篡改技術(shù)改進的基礎(chǔ)上，應(yīng)當充分考慮用戶的隱私安全。在保護車輛用戶安全和隱私的前提下完成充換電過程并合理共享相關(guān)信息，避免過度個人信息收集，如避免不必要的信息收集、避免敏感信息通過明文傳遞、避免無關(guān)的機構(gòu)與公司通過充換電行為信息推測車主的行車軌跡與駕駛偏好等。在使用隱私計算等先進技術(shù)實現(xiàn)車網(wǎng)互動過程中的隱私保護時，應(yīng)避免過度保護數(shù)據(jù)隱私而造成的計算負擔(dān)過大、計算精度大幅度下降的現(xiàn)象；應(yīng)避免多主體與第三方代理或多主體之間通信成本激增的現(xiàn)象；應(yīng)避免多主體、多平臺間隱私計算結(jié)果不通用的現(xiàn)象等。
問：國內(nèi)外車網(wǎng)互動示范應(yīng)用的開展現(xiàn)狀如何？
答：近年來，歐洲、北美等地區(qū)積極開展了不同規(guī)模的車網(wǎng)互動示范應(yīng)用，以探索實際落地所需的條件和市場機制。在歐洲，主要集中在英國、瑞典和荷蘭等，重點服務(wù)包括電網(wǎng)削峰填谷、頻率響應(yīng)等，如EV Energy公司與大眾、日產(chǎn)等汽車公司合作的V2X Flex協(xié)作項目等。在北美地區(qū)，美國和加拿大也建設(shè)了多個相關(guān)項目，如Peak Drive項目和豐田汽車北美公司與Oncor的試點項目。與此同時，中國的上海、深圳、北京、江蘇等地也開展了相關(guān)的示范應(yīng)用，采用多種互動模式，如電動汽車參與有序充電、有序充放電和分布式發(fā)電-儲能-電動汽車充放電一體化等。未來通過示范應(yīng)用需要進一步明確關(guān)鍵指標、制定有效的市場機制、推動技術(shù)創(chuàng)新、促進信息互聯(lián)互通以及完善相關(guān)的政策與法規(guī)，以推動車網(wǎng)互動技術(shù)的發(fā)展。
