中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新能源發(fā)電和電動(dòng)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(yùn)行等方面的薄弱性逐漸暴露。具備信息雙向流動(dòng)、能量雙向/單向流動(dòng)并存特征的電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)（以下簡稱“車網(wǎng)互動(dòng)”）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(dòng)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(dòng)技術(shù)進(jìn)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(dòng)技術(shù)的含義是什么？
答：車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)汽車及充換電基礎(chǔ)設(shè)施通過與運(yùn)營商、電網(wǎng)等進(jìn)行信息交互，根據(jù)不同的運(yùn)行策略（調(diào)峰、新能源消納、運(yùn)行成本等），電動(dòng)汽車動(dòng)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(jìn)行能量互動(dòng)。車網(wǎng)互動(dòng)包括有序充電和有序充放電兩種模式，具備信息雙向流動(dòng)、能量雙向/單向流動(dòng)并存的特征。
問：現(xiàn)有的車網(wǎng)互動(dòng)框架主要有哪幾種？不足是什么？可以如何改進(jìn)？
答：車網(wǎng)互動(dòng)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。現(xiàn)有的車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)研究大多基于分層式控制框架，電動(dòng)汽車用戶通過參與需求響應(yīng)來與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)。基于需求響應(yīng)的互動(dòng)技術(shù)較易實(shí)現(xiàn)，但難以實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)互動(dòng)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(diǎn)級調(diào)控需求，使用場景受限。因此，需設(shè)計(jì)一種能夠進(jìn)一步提升車網(wǎng)互動(dòng)靈活性的高效車網(wǎng)互動(dòng)框架，提升車網(wǎng)互動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)主動(dòng)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(dòng)調(diào)控的車網(wǎng)互動(dòng)整體框架，如圖1所示。該框架對車網(wǎng)互動(dòng)進(jìn)行了梳理，能夠客觀反映車網(wǎng)互動(dòng)發(fā)展的不同階段，并兼容滿足融合互動(dòng)需求的不同的車網(wǎng)互動(dòng)模式，包括：發(fā)展初期充(換)電設(shè)備層與電動(dòng)汽車的無序充(換)電模式；充(換)電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控層通過與充(換)電設(shè)備層、電動(dòng)汽車用戶的信息交互實(shí)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(dòng)汽車用戶等各方共同參與，基于需求響應(yīng)或主動(dòng)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(dòng)并存的雙向電能互動(dòng)（有序充放電）模式。
圖1 兼容需求響應(yīng)和主動(dòng)調(diào)控的車網(wǎng)互動(dòng)整體框架
問：車網(wǎng)互動(dòng)流程有什么特點(diǎn)？現(xiàn)有的互動(dòng)流程可以如何改進(jìn)？
答：基于車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)的充電控制流程是多層級的，包括電動(dòng)汽車用戶與運(yùn)營商、運(yùn)營商與電網(wǎng)等。以運(yùn)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(shí)時(shí)負(fù)荷狀態(tài)、電網(wǎng)下達(dá)的調(diào)控需求等因素對充電行為進(jìn)行有序調(diào)控。在指令下達(dá)后，上層對下層的充電狀態(tài)進(jìn)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(dòng)控制流程未能充分涵蓋參與車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)調(diào)控的車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)調(diào)控的車網(wǎng)互動(dòng)
整體控制流程
問：國內(nèi)外車網(wǎng)互動(dòng)配套政策進(jìn)展如何？標(biāo)準(zhǔn)化體系推進(jìn)進(jìn)度如何？未來中國車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)方向可以從哪些方面推進(jìn)？
答：就政策進(jìn)展而言，國外，特別是美國加州，近年來通過頒布強(qiáng)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(dòng)了車網(wǎng)互動(dòng)的快速發(fā)展。這些法規(guī)不僅設(shè)定了具體的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，如到2030年所有新售電動(dòng)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(jī)構(gòu)(California Public Utilities Commission, CPUC)和加州能源委員會(huì)(California Energy Commission, CEC)在車網(wǎng)互動(dòng)市場監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)制定方面的職責(zé)。中國近年來在車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)、裝備系統(tǒng)、設(shè)施建設(shè)以及信息安全維護(hù)等方面也相繼發(fā)布了多項(xiàng)政策，涵蓋戰(zhàn)略規(guī)劃、財(cái)政補(bǔ)貼、稅收減免和產(chǎn)業(yè)支持等多個(gè)維度，為車網(wǎng)互動(dòng)的發(fā)展提供了強(qiáng)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(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動(dòng)的實(shí)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(dòng)體系，促進(jìn)新能源汽車與電網(wǎng)的深度融合，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)，提升能源利用效率。《意見》具有指導(dǎo)性作用，對于推進(jìn)大規(guī)模車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)汽車發(fā)展較快的地區(qū)，車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)地方政策也取得了顯著的突破。
近年來，車網(wǎng)互動(dòng)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)展顯著。以國際電工委員會(huì)（IEC）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）等機(jī)構(gòu)為代表，針對車網(wǎng)互動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，可以為各國車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)啟動(dòng)了車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系研究。結(jié)合已有的以充電為主的標(biāo)準(zhǔn)體系，委員會(huì)拓展了電動(dòng)汽車放電功能，建立了較為完善的充放電標(biāo)準(zhǔn)體系；并根據(jù)中國車網(wǎng)互動(dòng)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(qiáng)小功率直流充電、有序充放電、微電網(wǎng)充放電的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的思路，推動(dòng)了充電設(shè)施及其系統(tǒng)在建設(shè)、設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理、測試、安全等領(lǐng)域一系列國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)布。
鑒于中國車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展現(xiàn)狀，未來車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作推進(jìn)方向可以從以下幾點(diǎn)入手：1）加快車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組的成立，推動(dòng)中國車網(wǎng)互動(dòng)各類標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃建設(shè)；2）完善包含充電模塊、樁及平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、充放電設(shè)備等在內(nèi)的車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)；3）制定與車網(wǎng)互動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)；4）推進(jìn)中國電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)國際化，加強(qiáng)與其他國家的標(biāo)準(zhǔn)合作。
問：目前中國使用的電動(dòng)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(dòng)的發(fā)展起到什么作用？
答：中國目前投入使用的電動(dòng)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(diǎn)等對充電時(shí)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(dòng)汽車數(shù)量龐大，極具互動(dòng)潛力，因此是車網(wǎng)互動(dòng)工作的重點(diǎn)。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(yùn)行實(shí)際開展車網(wǎng)互動(dòng)工作。無線充電方式具有電動(dòng)汽車簡便接入電網(wǎng)的特點(diǎn)，相較傳導(dǎo)式充電可以有效提升電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的物理連接概率，可大幅提高規(guī)?；妱?dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)能力，有利于車網(wǎng)互動(dòng)作用的發(fā)揮。鑒于成本、安裝等問題，當(dāng)前無線充電設(shè)備的市場占有率能否進(jìn)一步提高有待繼續(xù)觀察。換電模式可以通過動(dòng)力電池與電網(wǎng)交互的形式，與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量互動(dòng)。雖然目前存在著產(chǎn)業(yè)鏈不協(xié)調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)化體系不完善等問題，但是該模式將會(huì)憑借其特有的性能在車網(wǎng)互動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮一定的作用。
問：車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的關(guān)系是什么樣的？存在什么樣的問題？
答：當(dāng)前和電動(dòng)汽車有關(guān)的平臺(tái)包括電網(wǎng)平臺(tái)、電動(dòng)汽車充換電服務(wù)平臺(tái)、車企監(jiān)測平臺(tái)、政府與社會(huì)監(jiān)管平臺(tái)以及其他相關(guān)平臺(tái)五大類，這些平臺(tái)都可以在車網(wǎng)互動(dòng)過程中發(fā)揮作用。從車網(wǎng)互動(dòng)角度觀察，這些平臺(tái)之間的關(guān)系如圖3所示。電網(wǎng)平臺(tái)負(fù)責(zé)電力調(diào)控和需求響應(yīng)，還要與電動(dòng)汽車充換電服務(wù)平臺(tái)緊密互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車群體充放電計(jì)劃的計(jì)算與生成，制定有序充放電指導(dǎo)電價(jià)，并參與市場出清等。電動(dòng)汽車充換電服務(wù)平臺(tái)則負(fù)責(zé)用戶、車輛、充電樁的信息采集，并根據(jù)實(shí)際情況制定所管理區(qū)域的充電計(jì)劃。車企監(jiān)測平臺(tái)可以提供車輛狀態(tài)、電池信息等數(shù)據(jù)。政府與社會(huì)監(jiān)管平臺(tái)則負(fù)責(zé)監(jiān)管和規(guī)范市場秩序。若實(shí)現(xiàn)這些平臺(tái)之間的信息共享、協(xié)同工作，可以確保車網(wǎng)互動(dòng)的順暢運(yùn)行和高效運(yùn)作。
但當(dāng)前各平臺(tái)之間相互獨(dú)立，無法進(jìn)行有效的信息共享，利用率較低。此外，當(dāng)前各類能量管理等平臺(tái)大多不具備支持車網(wǎng)互動(dòng)所需的信息互動(dòng)、數(shù)據(jù)支撐、多層級互動(dòng)策略生成及分解等功能。這些都不利于車網(wǎng)互動(dòng)工作的進(jìn)一步開展。
圖3 車網(wǎng)互動(dòng)相關(guān)各類平臺(tái)系統(tǒng)關(guān)系
問：車網(wǎng)互動(dòng)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(jìn)車網(wǎng)互動(dòng)發(fā)展的同時(shí)，保障用戶隱私？
答：車網(wǎng)信息互動(dòng)是能量互動(dòng)的基礎(chǔ)，信息安全在車網(wǎng)信息互動(dòng)中尤顯重要。車網(wǎng)互動(dòng)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(gè)方面。研究工作一般可以分為電動(dòng)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(yùn)營商之間、運(yùn)營商與電網(wǎng)之間傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)安全、隱私保護(hù)和攻擊防護(hù)等研究，以及各個(gè)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(dòng)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(dòng)主體的信息安全保障方法，以提高車網(wǎng)互動(dòng)過程中各個(gè)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(dòng)信息安全領(lǐng)域的研究不足，筆者認(rèn)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(tái)與電動(dòng)汽車之間的雙向認(rèn)證；
2）如何在維護(hù)電動(dòng)車主隱私安全的前提下實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)互動(dòng)；
3）如何確保車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)信息安全研究成果均默認(rèn)在電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)充放電時(shí)，可以自動(dòng)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(huì)降低電動(dòng)汽車用戶參與車網(wǎng)互動(dòng)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(jìn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)充分考慮用戶的隱私安全。在保護(hù)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(gè)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(jī)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(jì)算等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)互動(dòng)過程中的隱私保護(hù)時(shí)，應(yīng)避免過度保護(hù)數(shù)據(jù)隱私而造成的計(jì)算負(fù)擔(dān)過大、計(jì)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(tái)間隱私計(jì)算結(jié)果不通用的現(xiàn)象等。
問：國內(nèi)外車網(wǎng)互動(dòng)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(dòng)示范應(yīng)用，以探索實(shí)際落地所需的條件和市場機(jī)制。在歐洲，主要集中在英國、瑞典和荷蘭等，重點(diǎn)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(xiàng)目等。在北美地區(qū)，美國和加拿大也建設(shè)了多個(gè)相關(guān)項(xiàng)目，如Peak Drive項(xiàng)目和豐田汽車北美公司與Oncor的試點(diǎn)項(xiàng)目。與此同時(shí)，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(dòng)模式，如電動(dòng)汽車參與有序充電、有序充放電和分布式發(fā)電-儲(chǔ)能-電動(dòng)汽車充放電一體化等。未來通過示范應(yīng)用需要進(jìn)一步明確關(guān)鍵指標(biāo)、制定有效的市場機(jī)制、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)信息互聯(lián)互通以及完善相關(guān)的政策與法規(guī)，以推動(dòng)車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。
