電動汽車與電網(wǎng)互動：綜述與展望

黃學(xué)良，劉永東，沈 斐，高 山，顧雅茹，楊澤鑫，文 欣

（1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇省 南京市 210096；2.中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)化中心，北京市 100761；3.上海蔚來汽車有限公司，上海市 102600）

0 引言

由于化石能源緊張和環(huán)境危機，新能源發(fā)電、電動汽車（electric vehicle，EV）得到了快速發(fā)展。以EV 為例，截至2023 年6 月底，中國各類充電樁保有量已經(jīng)超過660 萬臺，EV 保有量達1 259.4 萬輛。預(yù)計至2030 年，中國EV 保有量將達到8 300 萬輛［1-3］，等效儲能容量將達5 TW·h，EV 充電需求將占全社會用電量的6%～7%，最大充電負(fù)荷將占電網(wǎng)負(fù)荷的11%～12%［4］。在上述發(fā)展趨勢下，大規(guī)模新能源發(fā)電的接入使得電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降，所面臨的新能源消納壓力也日益增加；EV 的快速發(fā)展導(dǎo)致現(xiàn)有的配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不能很好地滿足用戶急劇增加的充電需求，配電網(wǎng)逐漸暴露了其在結(jié)構(gòu)與運行等方面的薄弱問題［5］。

EV 在承接傳統(tǒng)交通屬性的同時，還具備移動儲能的屬性，規(guī)模化發(fā)展的EV 是全社會最大的分布式靈活性資源已成為共識。因此，研究如何充分發(fā)揮EV 這一靈活性資源作用，無論對于減緩配電網(wǎng)的建設(shè)壓力、滿足用戶的充電需求，還是對于電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源的增加、新能源消納能力的增強都具有重要意義。具備信息雙向流動、能量雙向/單向流動并存特征的EV 與電網(wǎng)互動（以下簡稱“車網(wǎng)互動”）技術(shù)是發(fā)揮上述作用的核心技術(shù)。該技術(shù)是指EV 及充換電基礎(chǔ)設(shè)施在與電網(wǎng)進行信息交互的前提下，動力電池與各層級能量管理系統(tǒng)（公網(wǎng)、微電網(wǎng)、樓宇、小區(qū)等）進行能量互動，主要包括有序充電和有序充放電2 種模式。

為了更好地促進車網(wǎng)互動技術(shù)的發(fā)展，有必要從車網(wǎng)互動技術(shù)及理論、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策制定、EV補能技術(shù)及平臺系統(tǒng)、車網(wǎng)互動中的信息安全以及車網(wǎng)互動示范應(yīng)用五大方面推進相關(guān)的研究工作。本文通過對比國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果，系統(tǒng)總結(jié)了各方面的技術(shù)現(xiàn)狀，并進一步對未來車網(wǎng)互動領(lǐng)域的研究方向進行了展望。

1 車網(wǎng)互動相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

1.1 EV 資源特性分析

EV 既可作為柔性負(fù)荷，又可以作為分布式儲能設(shè)備，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)壓、局部阻塞消除等輔助服務(wù)。EV 集群作為廣義儲能設(shè)備具有相當(dāng)可觀的調(diào)控潛力。為了更好地發(fā)揮EV 資源的聚合調(diào)控作用，需要對EV 可調(diào)潛力特性、出行特性、充電行為特性及充電負(fù)荷特性等展開研究。

EV 可調(diào)度潛力/能力一般與用戶響應(yīng)度、用戶行為特性（出行開始/結(jié)束時刻、充電開始/結(jié)束時刻、充電電量等）、EV 特性參數(shù)（耗電量、電池容量、是否支持功率可調(diào)等）、車樁連接率、基礎(chǔ)設(shè)施（是否支持功率大小、方向可調(diào)等）、各層級能量管理平臺（是否具備功率調(diào)節(jié)功能等）、調(diào)節(jié)目標(biāo)（滿足充電需求、提供輔助服務(wù)、新能源消納等）及激勵機制等多方面因素有關(guān)?？烧{(diào)度潛力計算側(cè)重于使用概率計算等數(shù)學(xué)方法量化EV 可響應(yīng)容量，建立可調(diào)度潛力評估模型［6-7］。EV 的出行特性主要取決于用戶的出行目的，一般采用起訖點（origin-destination，OD）分析法、馬爾可夫鏈等模擬EV 的出行過程［8-13］。EV 充電行為特性主要反映不同種類用戶對充電電量、充電時段、充電方式、充電頻率及充電位置等要素選擇的差異性。利用數(shù)據(jù)清洗、挖掘等方法進行EV 充電潛在偏好行為分類與用戶行為畫像分析［14-17］。EV 充電負(fù)荷特性研究需要考慮時間、空間雙重維度。EV 充電負(fù)荷的時間分布受EV、用戶習(xí)慣、外部環(huán)境與設(shè)施等因素的影響［18-19］。通常采用模擬分析與數(shù)據(jù)驅(qū)動2 類方法［20-24］實現(xiàn)車網(wǎng)互動資源預(yù)測。其中，模擬分析法通過對EV 的行駛規(guī)律、充電規(guī)律進行分析，依據(jù)分析結(jié)果建立數(shù)學(xué)模型［25-29］。該類分析方法能夠充分考慮用戶出行特性、響應(yīng)不確定性等因素，但難以捕捉用戶出行過程受交通選擇影響的隨機性。數(shù)據(jù)驅(qū)動法通過挖掘歷史充電行為數(shù)據(jù)中的隱含規(guī)律，建立充電負(fù)荷預(yù)測模型［30-33］。該類方法所建立的預(yù)測架構(gòu)基于用戶真實出行數(shù)據(jù)，貼近實際充電負(fù)荷運行情況，但存在數(shù)據(jù)處理難度較大、數(shù)據(jù)資源利用率低等不足。為提高充電負(fù)荷的預(yù)測精度，交通、道路、地理位置等外部環(huán)境所屬的空間影響因素也被引入EV 充電負(fù)荷的時空分布預(yù)測當(dāng)中［31-33］。EV 在實際出行過程中與電網(wǎng)、路網(wǎng)、充電站等主體的融合對于提高充電負(fù)荷預(yù)測精度、降低路網(wǎng)擁擠程度等方面都有積極的作用。通常采用模型驅(qū)動與數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的預(yù)測模型［12，34-35］。EV 充電行為有序調(diào)節(jié)可以有效緩解交通網(wǎng)車輛擁堵和提升電網(wǎng)運行穩(wěn)定性，計及車-樁-網(wǎng)協(xié)同的（主動）配電網(wǎng)優(yōu)化運行成為近年來車網(wǎng)互動研究領(lǐng)域的熱點［36-37］。目前，為了避免單方面考慮樁網(wǎng)-電網(wǎng)雙網(wǎng)協(xié)同下電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化問題造成路網(wǎng)運行困難的問題［38-39］，基于路網(wǎng)-樁網(wǎng)-電網(wǎng)多網(wǎng)協(xié)同的EV 出行及充電行為優(yōu)化方法被廣泛研究［40］。EV 出行行為的不確定性和（主動）配電網(wǎng)接入的可再生能源出力的波動性使得上述問題成為考慮不確定性的優(yōu)化問題。目前，解決這類不確定性優(yōu)化問題的主流方法包括魯棒優(yōu)化方法［41］、分布式魯棒優(yōu)化方法［36，42］等。

各種EV 資源特性并非是獨立的，不能片面地進行研究和分析。當(dāng)前研究EV 群體資源特性的空間尺度要么偏宏觀，要么偏微觀。較為宏觀的研究一般以城市級EV 為研究對象，優(yōu)化模型較為簡單，計算負(fù)擔(dān)小，但最優(yōu)方案未考慮不同個體的差異性；較為微觀的研究一般以單輛EV 為研究對象，能更準(zhǔn)確地把握用戶特性，但較難達到全局最優(yōu)。偏宏觀或偏微觀均不利于最大化利用EV 的可調(diào)度資源。在網(wǎng)格化的趨勢下，以網(wǎng)格（例如，地理網(wǎng)格、配電網(wǎng)網(wǎng)格等）為研究對象對EV 群體資源特性進行聚合，是提升EV 資源利用效率的重要思路。

1.2 車網(wǎng)互動框架與控制流程

隨著EV 保有量的不斷提升，日益增長的EV 充電需求使得分散式充電樁及充電站的數(shù)量不斷增加。大規(guī)模EV 的無序充電負(fù)荷給配電網(wǎng)運行帶來了顯著的負(fù)面影響，故需要對EV 的充放電行為進行有序管理，發(fā)揮EV 的靈活可調(diào)資源特性，實現(xiàn)車網(wǎng)高效互動。

充電站作為天然的聚合商，通過管理站內(nèi)EV的充放電行為，使EV 作為柔性負(fù)荷可直接參與電網(wǎng)調(diào)控；一定數(shù)量的分散式充電樁可由聚合商統(tǒng)一管理，參與電網(wǎng)聚合調(diào)控［43］。為達成某種調(diào)控目標(biāo)（滿足充電需求、提供輔助服務(wù)、新能源消納等），電網(wǎng)和聚合商一般基于能量管理策略對EV 的充放電行為進行協(xié)同有序管理，現(xiàn)有的能量管理方法主要分為3 類:第1 類是從用戶側(cè)角度進行引導(dǎo)充電［44］，第2 類是從電網(wǎng)側(cè)或充電站運營商角度進行規(guī)劃充電［45-47］，第3 類是同時兼顧用戶側(cè)與電網(wǎng)側(cè)/充電站運營商側(cè)的充電及調(diào)控需求［48-49］。用戶側(cè)的目標(biāo)包括經(jīng)濟性最優(yōu)、排隊時長最短及充電需求滿足率最大等，聚合商的目標(biāo)一般為日運營成本最小、設(shè)備的時間或功率利用率最大等，電網(wǎng)的目標(biāo)為經(jīng)濟性最優(yōu)、負(fù)荷波動最小、供電質(zhì)量好、新能源消納最大等。

常用的EV 調(diào)控方式包括分散式控制、集中式控制和分層式控制，如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)有不同類型的EV 控制框架Fig.1 Existing various control frameworks for EVs

分散式控制模式無須統(tǒng)一調(diào)度和預(yù)測EV 可調(diào)度容量，決策過程在本地進行，建設(shè)成本低，多適用于無法集中管理、需要EV 即插即用的應(yīng)用場景［50-53］，但分散式控制的效果受用戶行為和設(shè)備狀態(tài)的影響較大，控制的可靠性和精度較低，難以保證整體最優(yōu)。集中式控制模式將區(qū)域內(nèi)的EV 通過一定形式聚集，由調(diào)度中心統(tǒng)一管理，控制精度高，可以實現(xiàn)全局最優(yōu)。但難點是對系統(tǒng)的雙向通信能力和信息存儲能力要求較高，當(dāng)應(yīng)用于大規(guī)模EV 時，需要建設(shè)大量的通信通道并且調(diào)度中心的計算壓力較大［54-55］。分層式控制模式綜合了集中式控制和分散式控制的特征，在調(diào)度層和本地層之間增加了聚合層，聚合層由聚合商組成，分擔(dān)了區(qū)域的EV 數(shù)據(jù)統(tǒng)計、可調(diào)度容量評估以及EV 功率就地分配等任務(wù)［56-58］，能夠降低計算壓力，并對分散的EV 進行統(tǒng)一且靈活的管理調(diào)度，因而相對于集中式控制對通信能力和優(yōu)化計算能力的要求可大大降低。

現(xiàn)有的車網(wǎng)互動技術(shù)研究大多在分層式控制框架的基礎(chǔ)上，采用需求響應(yīng)的互動手段實現(xiàn)，對主動調(diào)控的研究和應(yīng)用較少?；谛枨箜憫?yīng)的互動框架較難實現(xiàn)車網(wǎng)互動的全部功能，只能滿足電網(wǎng)的削峰填谷等需求，難以響應(yīng)電網(wǎng)如調(diào)壓、阻塞消除等區(qū)域級或節(jié)點級調(diào)控需求，使用場景受限。

文獻［59］提出了一種兼容需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動框架和策略，具體的調(diào)控框架如圖2 所示。該框架將車網(wǎng)互動進行了完整梳理，能夠滿足4 種車網(wǎng)互動模式需求。第1 種為充（換）電設(shè)備層與EV 單向電能輸送的無序充（換）電模式；第2 種為充（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、EV 用戶的信息交互實現(xiàn)的區(qū)域自治式被動有序充（換）電模式；第3 種為電網(wǎng)層、充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層、用戶等各方共同參與，基于需求響應(yīng)或主動調(diào)控的主動有序充（換）電模式；第4 種為多網(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模式。該互動框架可以使EV 這一海量分布式儲能資源發(fā)揮更大的響應(yīng)潛力，獲得更好的響應(yīng)速度和響應(yīng)精度，促進EV 更好地發(fā)揮其靈活性調(diào)節(jié)資源作用，參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、阻塞消除等多類型輔助服務(wù)，多層級促進新能源消納，可降低電網(wǎng)、運營商、用戶成本。

圖2 兼容需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動整體框架Fig.2 Integrated framework for vehicle to grid considering demand response and active regulation

基于圖2 中描述的互動框架，車網(wǎng)互動在實現(xiàn)過程中還應(yīng)遵循相應(yīng)的控制流程?，F(xiàn)有研究提出的車網(wǎng)互動總體控制流程一般未能充分涵蓋參與車網(wǎng)互動過程的多主體及主體間的交互關(guān)系，過程步驟較為粗略。因此，針對這一不足，本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上提出了車網(wǎng)互動的控制流程，如圖3 所示。該控制流程圖涉及EV 用戶層、充（換）電設(shè)備層、充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層和智能電網(wǎng)層4 個層級。首先，EV 用戶反饋各用戶參與充放電調(diào)度意愿、預(yù)計離開時間以及允許充電設(shè)備讀取并上傳其EV 的車輛及電池等信息。充（換）電設(shè)備層將所接收到的EV 用戶層信息與自身充（換）電設(shè)備狀態(tài)信息結(jié)合，上傳至充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層。接著，充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層統(tǒng)計、分析轄區(qū)內(nèi)所有用戶及設(shè)備相關(guān)信息，一般包括各時段愿意參與充放電的用戶總數(shù)及充（換）電設(shè)備可用數(shù)量等，進一步生成充放電負(fù)荷曲線或互動能力區(qū)間，并上傳至智能電網(wǎng)層。主動調(diào)控模式下智能電網(wǎng)層根據(jù)電網(wǎng)運行狀況和調(diào)控需求，以及接收到的充放電負(fù)荷曲線或互動能力區(qū)間制定各充放電運營商的充（換）電策略，將其下發(fā)至充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層，并進行狀態(tài)監(jiān)控及分析，以便于后續(xù)充換電計劃曲線的調(diào)整。充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層根據(jù)智能電網(wǎng)層下發(fā)的計劃，制定各充電設(shè)備的充放電策略并根據(jù)充（換）電設(shè)備層上傳的量測狀態(tài)信息進行后續(xù)充放電策略修正；需求響應(yīng)模式下，智能電網(wǎng)層依據(jù)電網(wǎng)運行狀況及需求響應(yīng)要求，并通過需求響應(yīng)平臺下發(fā)需求響應(yīng)需求和響應(yīng)電價至充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層，由各充放電運營商基于上報的響應(yīng)計劃制定各自的充（換）電設(shè)備的充放電策略。充（換）電設(shè)備層中各充電設(shè)備根據(jù)接收到的策略進行充放電設(shè)置并開始充放電。當(dāng)收到主動中斷信號或策略完成信號后結(jié)束充放電，將停止充放電的詳細(xì)信息上傳至充（換）電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層。EV 用戶將同步接收到充放電結(jié)束提醒等消息。

圖3 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Fig.3 Integrated control flow for vehicle to grid considering demand response and active regulation

根據(jù)不同的車網(wǎng)互動模式，比如車-樁-運營商交互模式、車-樁-運營商-電網(wǎng)交互模式等，上述控制流程可相應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。結(jié)合圖2 所示的互動框架和圖3 所示的控制流程，可以幫助電網(wǎng)與運營商充分利用大規(guī)模EV 的互動能力，有利于在滿足EV 用戶充電需求的同時，為電網(wǎng)提供多類型輔助服務(wù)，在提高響應(yīng)精度和調(diào)控效果的同時，可以降低電網(wǎng)、運營商、用戶的成本。

1.3 EV 有序充放電激勵機制及市場模式

不同于一般電力負(fù)荷，EV 的時空特性與用戶主觀充電選擇具有較強關(guān)聯(lián)性，隨機性與不確定性特點突出［60］。如需對EV 充電負(fù)荷進行調(diào)度與控制，則需借助相應(yīng)的充放電激勵機制與市場模式，使參與互動的各個主體在過程中獲得收益，才能顯著提升車網(wǎng)互動的整體效益以及車主等多主體的參與響應(yīng)度［61-62］。

目前，大多采用以需求響應(yīng)分時電價或簽約方式為主的激勵機制［63-64］，用戶可以通過響應(yīng)分時電價參與電網(wǎng)互動［65］，并在一定程度上促進新能源消納。此方式雖易于操作且應(yīng)用廣泛，但在實施過程中較難實現(xiàn)車網(wǎng)互動的全部功能，不能很好地結(jié)合電網(wǎng)在調(diào)壓、阻塞消除等方面的調(diào)控需求，無法使EV 資源發(fā)揮更大的響應(yīng)潛力，從而無法獲得更好的響應(yīng)速度和精度，以及多層級促進新能源消納。

車網(wǎng)互動是一個多層級的互動體系，涉及區(qū)域電網(wǎng)運營商、負(fù)荷聚合商、EV 用戶等多個利益主體。部分學(xué)者在此方面展開了研究，以博弈論等方法，基于分層、分時、分區(qū)的互動模式［66-73］，設(shè)計了涵蓋多主體的EV 有序充放電激勵機制［74-77］，從而均衡各主體的利益。其中，電網(wǎng)往往被當(dāng)作博弈的領(lǐng)導(dǎo)者制定電價信息，EV 及聚合商則作為追隨者對價格與調(diào)度計劃做出響應(yīng)［78-80］。此外，還有研究提出分階段的優(yōu)化調(diào)度方法，第1 階段以電網(wǎng)調(diào)控需求為目標(biāo)制定定價策略，第2 階段則基于第1 階段指定的定價曲線以EV 充電費用最小為目標(biāo)安排EV負(fù)荷［81］。

目前，在EV 用戶對于激勵機制的響應(yīng)度方面研究較少，一般是將響應(yīng)情況通過消費心理學(xué)模型等與電價進行掛鉤［82-83］，但沒有充分考慮用戶的主觀影響因素及電池壽命的損耗［84-85］，如用戶對于電價的敏感程度［86-87］、電量的焦慮程度［88］以及用戶充電習(xí)慣［89］等。因此，需要開展大量且廣泛的實際調(diào)研和理論研究，對EV 用戶行為進行精細(xì)化刻畫，構(gòu)建差異化價格體系，從而準(zhǔn)確評估EV 群體在不同激勵下的實際可調(diào)度能力。

1.4 車網(wǎng)互動技術(shù)研究展望

通過充分利用EV 這一海量分布式儲能資源，車網(wǎng)互動技術(shù)能夠有效地解決大規(guī)模EV 接入導(dǎo)致的電網(wǎng)安全和經(jīng)濟性問題。EV 充放電負(fù)荷的時空預(yù)測是車網(wǎng)互動的研究基礎(chǔ)，今后需要進一步圍繞如何在充電行為中獲得更為準(zhǔn)確的EV 用戶行為畫像、如何在負(fù)荷預(yù)測模型中實現(xiàn)車-樁-路-網(wǎng)及其他影響因素融合的同時，降低計算維數(shù)等問題做進一步研究。另外，還需要圍繞高滲透率EV 接入電網(wǎng)的影響、EV 有序充電技術(shù)、大規(guī)模EV 參與電力市場及主動調(diào)控的相關(guān)理論方法和關(guān)鍵技術(shù)等方面展開研究，包括大規(guī)模EV 充放電需求及行為的精準(zhǔn)建模與預(yù)測技術(shù)、大規(guī)模EV 充放電響應(yīng)調(diào)控能力評估與預(yù)測技術(shù)、基于不同調(diào)控目標(biāo)的多層級控制策略生成及分解、車網(wǎng)互動中針對大規(guī)模EV 及充放電運營服務(wù)商的市場激勵機制和輔助服務(wù)市場的優(yōu)化決策方式、充（換）電設(shè)備層的實時快速精準(zhǔn)控制技術(shù)以及充放電多階段多主體間網(wǎng)絡(luò)信息安全保護技術(shù)等。

2 車網(wǎng)互動政策與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作展望

2.1 車網(wǎng)互動配套政策進展

近年來，世界各國對車網(wǎng)互動領(lǐng)域的關(guān)注日益增加。以美國加州為例，其政府機構(gòu)自2019 年以來頒布了一系列車網(wǎng)互動的強制性政策法規(guī)（《電力監(jiān)管法典》（SB-676 法案）［90］和《加州健康和安全法典》（SB-233 法案）［91］），推動了車網(wǎng)互動在當(dāng)?shù)氐目焖侔l(fā)展。SB-233 法案強制要求，到2030 年所有銷售的新EV 都必須具備雙向充放電功能。法案分別授權(quán)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）進行車網(wǎng)互動市場監(jiān)管及計量指標(biāo)體系的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。自2020 年開始，CPUC 相繼頒布了推動車網(wǎng)互動的行政決定及多項配套配電網(wǎng)監(jiān)管政策，幫助配電網(wǎng)適應(yīng)以光伏、儲能和EV 為代表的高比例分布式能源的接入。

中國近年來對車網(wǎng)互動技術(shù)發(fā)展、相關(guān)裝備系統(tǒng)發(fā)展、相關(guān)設(shè)施建設(shè)以及信息安全維護4 個方向發(fā)布了一系列政策，其中，涉及戰(zhàn)略規(guī)劃、財政補貼、稅收減免、產(chǎn)業(yè)支持等多個維度，大力支持和鼓勵了車網(wǎng)互動發(fā)展。并且在上海、深圳、江蘇等為代表的國內(nèi)EV 發(fā)展較快地區(qū)，車網(wǎng)互動相關(guān)地方政策方面也取得了一定的突破。

2020 年11 月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》，在國家層面提出推動新能源汽車與能源融合發(fā)展，加強新能源汽車與電網(wǎng)能量互動，促進新能源汽車與可再生能源高效協(xié)同［92］。2022 年1 月，國家發(fā)改委、國家能源局等部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進一步提升電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實施意見》，提出推動車網(wǎng)互動協(xié)同創(chuàng)新與試點示范，鼓勵推廣智能有序充電［93］。2023 年6 月國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進一步構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系的指導(dǎo)意見》，提出了落實峰谷分時電價政策，引導(dǎo)用戶廣泛參與智能有序充電和車網(wǎng)互動［94］。2023 年12 月國家發(fā)展改革委、能源局等部門印發(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》，要求構(gòu)建新能源汽車與供電網(wǎng)絡(luò)的信息流、能量流雙向互動體系，有效發(fā)揮動力電池作為可控負(fù)荷或移動儲能的靈活性調(diào)節(jié)能力，為新型電力系統(tǒng)高效經(jīng)濟運行提供重要支撐［95］。

2020 年3 月，上海市發(fā)展和改革委員會出臺《上海市促進電動汽車充（換）電設(shè)施互聯(lián)互通有序發(fā)展暫行辦法》，要求建立以充電運營平臺企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)為主體的居民區(qū)兩級智能有序充電管理體系，新增自用充電設(shè)施應(yīng)具備智能充電功能，在全國率先出臺了居民區(qū)智能有序充電政策［96］。

2.2 車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)體系推進

國際電工委員會（International Electrical Committee，IEC）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Standard Organization，ISO）與電氣與電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）等機構(gòu)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過程，頒布了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEC 制定了國際上最早的EV 充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61851 系列標(biāo)準(zhǔn)），規(guī)定了EV 充電設(shè)備和充電接口的技術(shù)要求與測試方法，對世界各國的充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定具有重要的參考意義［97］。IEC 62196 系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了充電系統(tǒng)連接裝置的要求，包括插頭、插座、車輛耦合器和車輛插孔的一般要求、尺寸兼容性與互換性要求［98］，保障了EV 有序充換電的安全運行。ISO 提出的ISO 15118-20 標(biāo)準(zhǔn)包含了充放電一體的充放電標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)［99］。ISO 和IEC 促成了汽車行業(yè)和公用事業(yè)行業(yè)的專家合作，完成了EV充電國際通信標(biāo)準(zhǔn)制定［100］。IEEE 制定的IEEE 1547《分布式資源與電力系統(tǒng)的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)》［101］提出了公共耦合點總功率達10 MV·A 及以下的分布式能源的性能、操作、測試、安全和維護的標(biāo)準(zhǔn)及要求。該標(biāo)準(zhǔn)對國家立法、規(guī)則制定以及監(jiān)管審議，乃至全球市場內(nèi)電力公司的重要工程和商業(yè)操作均產(chǎn)生了不同程度的影響。

除此之外，其他國際組織與國家也發(fā)布了車網(wǎng)互動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。日本提出的CHAdeMO 包括了雙向充放電標(biāo)準(zhǔn)［102］；英國能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)會針對EV 制定了并網(wǎng)流程和并網(wǎng)管理要求［103］；歐洲開放充放電協(xié)議（Open Charge Point Protocol，OCPP）規(guī)定了充電樁與充電服務(wù)平臺間的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等［104］。

自2017 年開始，中國EV 充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會啟動了車網(wǎng)互動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系研究［105-110］。結(jié)合已有的以充電為主的標(biāo)準(zhǔn)體系，委員會拓展了EV 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EV 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，形成了加強小功率直流、有序充電、微電網(wǎng)充放電的重點標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的共識，提出了車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的路線圖；推動了充電設(shè)施及其系統(tǒng)的建設(shè)、設(shè)計、運營管理、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。

2.3 車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)化工作展望

車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)化工作能夠推動車網(wǎng)互動的有序發(fā)展。結(jié)合中國車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)化工作開展的現(xiàn)狀，建議從以下5 個方面進一步推動相應(yīng)工作的開展:

1）加快車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)化工作組的成立，從而推動中國EV 車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)路線圖的發(fā)布。

2）完善車網(wǎng)互動相關(guān)重點標(biāo)準(zhǔn)。2023 年9 月下一代傳導(dǎo)充電國家標(biāo)準(zhǔn)［111］正式發(fā)布，標(biāo)志著ChaoJi充電技術(shù)路線獲得國家批準(zhǔn)，后續(xù)EV 充電設(shè)施標(biāo)委會等應(yīng)加快充電模塊、樁及平臺標(biāo)準(zhǔn)、充放電設(shè)備等方面關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂工作，為下一步大規(guī)模車網(wǎng)互動提供基礎(chǔ)支撐。

3）制定電力需求側(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)，從而與車網(wǎng)互動標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)相對應(yīng)。

4）開展車網(wǎng)互動示范工程，推進相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)研制、驗證和實施。

5）開展中國EV 充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)國際化的相關(guān)工作，將中國EV 充電設(shè)施的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上升為國際標(biāo)準(zhǔn)，支持開展中國與其他國家雙邊標(biāo)準(zhǔn)合作工作，尤其是與充電漫游、ChaoJi 標(biāo)準(zhǔn)及ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)的合作。

3 車網(wǎng)互動基礎(chǔ)設(shè)施及能量管理等平臺發(fā)展現(xiàn)狀與展望

3.1 充換電設(shè)施類型及對車網(wǎng)互動的作用

充換電設(shè)施是支撐EV 產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的必要條件，是實現(xiàn)車網(wǎng)良好互動的基礎(chǔ)。充換電設(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［112-114］。為使EV 的動力電池組與各層級能量管理系統(tǒng)間實現(xiàn)能量交互，充換電設(shè)施應(yīng)具有雙向DC/DC 變換及雙向DC/AC 變流的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［115-119］。目前，具備互動功能的智能有序充換電設(shè)備較少。

交流充電設(shè)施的充電功率通常較小，該充電方式雖然具有充電時間長的缺點，但是可以對動力電池進行深度充電，在延緩電池效率下降的同時也減小了對電網(wǎng)的影響。交流充電設(shè)施通常應(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)。因此，需要配備具有智能功能的車網(wǎng)互動車載充電機，以分布式形式與電網(wǎng)實現(xiàn)雙向/單向能量互動。

直流充電樁的充電功率較大，具有充電效率高、時間短的優(yōu)勢，但是對于汽車動力電池電壓和功率的要求較高，短時大功率充電也會給電網(wǎng)帶來較大沖擊。直流小功率充電的充電功率一般在7～20 kW，充電功率稍高于交流充電?？紤]到未來慢充電能總量的高占比與直流小功率充電設(shè)備的智能特性，直流小功率充電為替代交流充電樁提供了一個新的技術(shù)選擇。直流充電樁位置相對固定，具有集中管理優(yōu)勢，與電網(wǎng)互動可采用集中車網(wǎng)互動的運營模式，根據(jù)電網(wǎng)的需求進行能量分配。

無線充電方式可自動在車與樁之間建立電氣連接，提高EV 充放電過程中的便利性、安全性和充電設(shè)備的耐久性。根據(jù)運行場景的不同，可分為靜態(tài)無線充電技術(shù)與動態(tài)無線充電技術(shù)，如圖4 所示。EV 無線充電技術(shù)具有簡便接入電網(wǎng)的特點，相較傳導(dǎo)式充電可以有效提升EV 與電網(wǎng)間的物理連接概率，大幅提高規(guī)?；疎V 與電網(wǎng)的互動能力，有利于車網(wǎng)互動作用的發(fā)揮。

圖4 EV 無線充電運行場景Fig.4 Operation scenario for wireless charging of EV

換電模式通過機械臂給換電室內(nèi)的EV 更換電池，為EV 提供能源。采用動力電池與電網(wǎng)交互（battery to grid，B2G）等形式，可以在滿足EV 用電需求的同時與電網(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(biāo)準(zhǔn)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EV 產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展中發(fā)揮作用。

3.2 車網(wǎng)互動相關(guān)能量管理等各類平臺系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

能量管理等平臺系統(tǒng)也是實現(xiàn)車網(wǎng)良好互動的重要基礎(chǔ)，涉及多類型平臺。本文從車網(wǎng)互動角度出發(fā)，梳理了電網(wǎng)平臺、EV 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)平臺之間的關(guān)系，具體如圖5 所示。

圖5 車網(wǎng)互動相關(guān)各類平臺系統(tǒng)關(guān)系Fig.5 Relationship of various platform systems related to vehicle to grid

電網(wǎng)平臺和EV 充換電服務(wù)平臺是實現(xiàn)車網(wǎng)互動的關(guān)鍵平臺。電網(wǎng)平臺包含電力調(diào)控平臺及需求響應(yīng)平臺等，除了傳統(tǒng)功能，還需要包括但不限于EV 群體日前/日內(nèi)充放電計劃的計算與生成、電網(wǎng)級車網(wǎng)互動策略的生成及分解、EV 有序充放電指導(dǎo)電價的制定及市場出清等功能?，F(xiàn)有的EV 充換電服務(wù)平臺主要分為社會運營商平臺和電網(wǎng)公司運營平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶、部分車輛、充電樁和其他社會平臺的信息采集、EV 充電計劃制定等功能，根據(jù)平臺規(guī)模的大小以及控制方式的不同，可以直接參與或者聚合后參與電網(wǎng)調(diào)控。另外，根據(jù)車網(wǎng)互動需要，今后還需增加向電網(wǎng)反饋所轄區(qū)域內(nèi)EV充放電負(fù)荷曲線或互動能力區(qū)間等信息、接收電網(wǎng)互動指令并在所轄區(qū)域內(nèi)就地進行電網(wǎng)指令分解和執(zhí)行等功能。

車企監(jiān)測平臺、政府與社會監(jiān)管平臺及其他相關(guān)平臺可以向電網(wǎng)平臺或運營商平臺提供車網(wǎng)互動所需相關(guān)信息、數(shù)據(jù)支撐，有利于進一步提升車網(wǎng)互動的效果，實現(xiàn)車網(wǎng)互動的目標(biāo)。國家級EV 監(jiān)控平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集與傳輸，既能滿足國家的監(jiān)管要求，同時也能保障安全，提升應(yīng)用效果；EV生產(chǎn)企業(yè)也建立了監(jiān)測平臺，對EV 的運營狀態(tài)進行監(jiān)測和管理。EV 企業(yè)監(jiān)測平臺可與政府監(jiān)測平臺進行對接，接受監(jiān)督抽查。國家級充電設(shè)施監(jiān)測平臺負(fù)責(zé)歸集各平臺的重要監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、行業(yè)分析、政策信息發(fā)布等。省、市級平臺負(fù)責(zé)歸集行政區(qū)域內(nèi)充電設(shè)施數(shù)據(jù)，以及充電服務(wù)數(shù)據(jù)、補貼數(shù)據(jù)等，省級平臺與國家監(jiān)測平臺上下聯(lián)動，實現(xiàn)監(jiān)管信息全程可溯，智能化支撐政府決策，服務(wù)行業(yè)規(guī)范化發(fā)展。氣象平臺、道路平臺和交通平臺可以為車網(wǎng)互動提供歷史及實時信息，提升EV 可調(diào)度資源的評估、預(yù)測精度。

當(dāng)前各平臺之間相互獨立，無法進行有效信息共享，利用率低，限制了車網(wǎng)互動的進一步發(fā)展。因此，有必要推動現(xiàn)有平臺信息開放，促進相關(guān)平臺融合，逐步實現(xiàn)平臺間數(shù)據(jù)安全有效互聯(lián)互通，從而助力EV 與電網(wǎng)的高效互動。

3.3 補能技術(shù)及能量管理等平臺系統(tǒng)發(fā)展展望

EV 補能技術(shù)及能量管理等平臺的發(fā)展與完善在車網(wǎng)互動的發(fā)展過程中將起著關(guān)鍵作用。當(dāng)前補能裝備、EV 大多不具備車網(wǎng)互動功能，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，協(xié)同和有序推進EV、補能裝備、多層級能量管理等平臺系統(tǒng)功能升級是后期促進車網(wǎng)互動的重要工作。

針對當(dāng)前補能裝備及平臺系統(tǒng)在車網(wǎng)互動過程中存在的不足，建議從以下幾個方面進行相應(yīng)改進:

1）補能裝備作為配電網(wǎng)節(jié)點的負(fù)載，應(yīng)增加互動功能，充分考慮其在規(guī)劃及使用過程中減少對電網(wǎng)帶來的負(fù)面影響。補能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建也應(yīng)服務(wù)于電網(wǎng)互動調(diào)控需求。

2）隨著EV 數(shù)量的規(guī)?；鲩L，車網(wǎng)互動相關(guān)各類平臺應(yīng)充分做好由此帶來的平臺性能及數(shù)據(jù)處理方面挑戰(zhàn)的準(zhǔn)備。

3）促進現(xiàn)有各個平臺間的信息交互與互聯(lián)互通，依據(jù)車網(wǎng)互動需求積極升級擴展現(xiàn)有平臺系統(tǒng)功能等。

4 車網(wǎng)互動中的信息安全研究與展望

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。目前，針對車網(wǎng)互動中的信息安全方面研究較少，一般分為EV 與充換電站/家用充電樁之間的隱私保護和攻擊防護研究、充換電站/家用充電樁與運營商或者直接與電網(wǎng)之間傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)安全研究以及各個過程中數(shù)據(jù)傳輸加密協(xié)議的研究。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，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。本章將車網(wǎng)互動信息安全領(lǐng)域劃分為網(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，對其研究現(xiàn)狀及不足進行總結(jié)分析與展望。

4.1 網(wǎng)絡(luò)安全

EV 與充電設(shè)備、充電設(shè)備與充電服務(wù)系統(tǒng)以及充電服務(wù)系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度等平臺之間都需要通信網(wǎng)絡(luò)作為載體進行數(shù)據(jù)交互。網(wǎng)絡(luò)安全不僅局限于端口之間傳輸信道的安全連接，還需要保證通信過程中海量的車輛與用戶信息不被攻擊與竊取，實現(xiàn)安全的信息互動。自2011 年開始，車網(wǎng)互動過程中的網(wǎng)絡(luò)安全研究主要有:1）兼顧網(wǎng)絡(luò)安全與用戶隱私前提下的安全通信體系的研究［120-121］；2）通信認(rèn)證協(xié)議安全性的研究［122-126］；3）關(guān)于站-車之間安全連接及支付交易方案的研究［124，127］；4）基于雙向認(rèn)證及信道加密的安全信道構(gòu)建方法的研究等。現(xiàn)有的絕大多數(shù)車網(wǎng)互動網(wǎng)絡(luò)安全優(yōu)化場景旨在達到在適當(dāng)成本的前提下，實時或在未來某一段時間內(nèi)消除或較大程度削減可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊的效果。但是EV 與充電設(shè)備的硬件條件往往不足以滿足一些優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)安全方案的執(zhí)行條件，這在很大程度上限制了車網(wǎng)互動過程中的網(wǎng)絡(luò)安全優(yōu)化研究。

4.2 接口安全

車網(wǎng)互動接口安全的研究目前一般面向的是EV 與充電設(shè)備之間的物理接口。目前，針對EV 與充電設(shè)備、充電設(shè)備與充電站的物理接口安全及信息隱私傳遞保護技術(shù)一般可以分為匿名認(rèn)證、環(huán)簽密、同態(tài)加密［128］以及多方安全計算［129］4 種方式。其中，環(huán)簽密在保證接口安全的同時，具有計算開銷少的特點。同態(tài)加密具有能夠直接聚合網(wǎng)關(guān)密文數(shù)據(jù)的能力［130］，但是計算耗時相對較大，更適合靜止充電狀態(tài)下的EV 信息保護。而多方安全計算相對于同態(tài)加密擁有更為明顯的計算效率優(yōu)勢，并且具備更好的安全性，故相較于其他3 種方式獲得了較為廣泛的應(yīng)用。

EV 與充電設(shè)備之間接口信息傳輸交互過程存在的威脅一般分為隱私威脅和安全威脅。面對威脅，將安全機制作為智能充電系統(tǒng)設(shè)計和實施的一部分，是至關(guān)重要的［127］，特別是EV 與充電設(shè)備連接充電時的安全協(xié)議問題已經(jīng)引起了多項研究［123，131-135］的關(guān)注。大多數(shù)研究集中在完善EV 與充電設(shè)備連接后特定的實體安全驗證技術(shù)，如通過EV 對連接的充電樁的身份鑒別［136］，進一步保證充電過程中實體身份的真實可靠性等，而沒有提供安全充電協(xié)議的完整規(guī)范。它們涵蓋的一些主題包括匿名身份驗證、上下文感知身份驗證和批量身份驗證。

4.3 數(shù)據(jù)安全

車網(wǎng)互動的基礎(chǔ)就是EV 與充電設(shè)備、充電設(shè)備與充電服務(wù)系統(tǒng)以及充電服務(wù)系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度等平臺之間的數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)據(jù)傳遞可能經(jīng)過多個存儲-訪問主體，不同主體擁有不同的授權(quán)機制，只有在獲得用戶授權(quán)后，多個主體的不同端口之間才可以采用不同的協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸通信，例如，ISO/IEC 15118、IEC 61850、OCPP、IEEE 802.11 和電力線通信（power line communication，PLC）協(xié)議［137-141］等。但是端與端之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)互動的這些通信協(xié)議都有漏洞［140］。攻擊者可能會利用這些協(xié)議中的漏洞來竊取信息，造成數(shù)據(jù)泄露。

常用的數(shù)據(jù)加密方法有對稱加密法和非對稱加密法。對稱加密法的加密密鑰與解密密鑰相同，而非對稱加密法的通信雙方擁有不同的密鑰（公鑰和私鑰）。目前，較為公認(rèn)的現(xiàn)代對稱加密算法如三重數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（3DES）、高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）、國際數(shù)據(jù)加密算法（IDEA）等的優(yōu)點在于加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性。而非對稱加密算法，利用公鑰加密，私鑰解密。非對稱加解密的速度相比于對稱加密算法而言較慢。結(jié)合使用加密數(shù)據(jù)的對稱加密算法和交換密鑰的公鑰算法，可產(chǎn)生一種快速、靈活的解決方案。常用的公網(wǎng)加密方式有密鑰交換和信封加密。密鑰交換的方案適合雙方在線，可以進行實時密鑰協(xié)商，常用于安全傳輸層協(xié)議（transport layer security，TLS）握手協(xié)議中。在無法進行密鑰協(xié)商時，可使用信封加密的方式進行密文傳輸，即通信雙方在交換數(shù)據(jù)之前，首先利用非對稱加密算法加密傳輸密鑰，然后再根據(jù)本次的密鑰對本次交換的數(shù)據(jù)進行加解密，常用于文件分發(fā)。

而對于一些包含敏感信息的數(shù)據(jù)僅僅進行數(shù)據(jù)加密是不夠的。針對敏感數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的處理方法是在其進行加密處理后進一步脫敏存儲在系統(tǒng)內(nèi)。只有訪問相應(yīng)的系統(tǒng)，才可以讀取其原始數(shù)據(jù)，這樣的集中管控方法使得敏感數(shù)據(jù)的隱私和安全得到雙重保障。

4.4 隱私安全

參與EV 與充電設(shè)備、充電設(shè)備與充電服務(wù)系統(tǒng)以及充電服務(wù)系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度等平臺之間互動的用戶與運營商等的數(shù)據(jù)可能在網(wǎng)絡(luò)的不同進程或組件中泄露。因此，在車網(wǎng)互動過程中，如何在保障隱私安全的前提下最大程度地發(fā)揮互動數(shù)據(jù)價值，是當(dāng)前該領(lǐng)域面臨的重要課題［141］。

在車網(wǎng)互動過程中，當(dāng)EV 連接到充電設(shè)備時，設(shè)備便會收集與該車輛及其所有者相關(guān)的數(shù)據(jù)，如EV 充放電信息、用戶ID 及用戶支付賬戶等信息。所收集到的信息應(yīng)該被加以保護，從而實現(xiàn)隱私安全。但是，進行隱私保護并不等同于信息的完全不公開［142］。所收集的信息應(yīng)當(dāng)按照是否涉及用戶隱私來加以劃分。不涉及用戶隱私的數(shù)據(jù)信息在車網(wǎng)互動過程中可以被公開讀取，而被劃分為涉及隱私的數(shù)據(jù)信息應(yīng)該對傳遞過程進行限制，或采用相關(guān)技術(shù)進行匿名處理，避免信息在存儲或讀取時造成用戶隱私的泄露，保障用戶的隱私安全［143-147］。

目前，在車網(wǎng)互動過程中實現(xiàn)用戶隱私信息保護的方法一般為數(shù)據(jù)最小化、數(shù)據(jù)泛化和數(shù)據(jù)抑制3 類。數(shù)據(jù)最小化包括3 個層次:首先，應(yīng)盡可能地將收集用戶人數(shù)最少化；其次，在最少的收集用戶中盡可能地將收集個人及車輛數(shù)據(jù)最少化；最后，保證收集數(shù)據(jù)的存儲時間最小化［148］。數(shù)據(jù)泛化指的是通過特定的規(guī)則，隱藏所有隱私數(shù)據(jù)中的用戶特征，從而達到在訪問數(shù)據(jù)時無法將數(shù)據(jù)與特定用戶連接起來，進而實現(xiàn)保護用戶隱私的目的［149］。數(shù)據(jù)抑制指的是選擇性地不公開車網(wǎng)互動過程中用戶及EV、充電設(shè)備、運營商、電網(wǎng)或上述任何組合的部分?jǐn)?shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)抑制是車網(wǎng)互動中實現(xiàn)隱私保護的常用手段。不少研究通過采用數(shù)據(jù)抑制的方法來實現(xiàn)車網(wǎng)互動中用戶支付信息、車輛位置等隱私信息的保護［150］。

除了數(shù)據(jù)最小化、數(shù)據(jù)泛化和數(shù)據(jù)抑制3 類處理方法，近年來以同態(tài)加密、多方安全計算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、機密計算等關(guān)鍵技術(shù)為代表的隱私計算也為維持車網(wǎng)互動過程中的隱私安全提供了新思路。隱私計算（privacy-preserving computation）是指在保證數(shù)據(jù)提供方不泄露原始數(shù)據(jù)的前提下，對數(shù)據(jù)進行分析計算的一系列信息技術(shù)［151］。隱私計算不存儲用戶原始數(shù)據(jù)，通過區(qū)塊鏈等方式進行數(shù)據(jù)處理過程的記錄，從而降低了隱私泄露的風(fēng)險。目前，隱私計算已經(jīng)應(yīng)用到金融［152］、通信［153］及法律［154］等領(lǐng)域。不少研究也就隱私計算如何應(yīng)用在新型電力系統(tǒng)［129］、能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化［155］等多個領(lǐng)域進行了理論探討。隱私計算的安全特性也昭示了其在車網(wǎng)互動領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

本文以圖2 所示的考慮需求響應(yīng)和主動調(diào)控的車網(wǎng)互動整體框架為例，進一步探討隱私計算在該領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。充(換)電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層可以通過加密方式向新能源汽車國家監(jiān)測與管理平臺和國家充電設(shè)施監(jiān)測服務(wù)平臺提出數(shù)據(jù)訪問需求。雙方應(yīng)采用隱私計算技術(shù)，在數(shù)據(jù)訪問過程中確保數(shù)據(jù)的隱私。為此，雙方應(yīng)共同遵守隱私保護協(xié)議，明確數(shù)據(jù)的使用目的、使用條件以及隱私保護措施。協(xié)議應(yīng)包括對數(shù)據(jù)的細(xì)粒度管控，如對請求數(shù)據(jù)的使用方式和數(shù)量等具體細(xì)節(jié)進行約定。一旦協(xié)議達成，雙方可以使用同態(tài)加密或安全多方計算等隱私計算技術(shù)，在各自的本地數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)分析和需求優(yōu)化，以確保存儲的原始數(shù)據(jù)不被調(diào)出本地數(shù)據(jù)庫，從而保護數(shù)據(jù)隱私。類似的流程也可以在充(換)電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控層和充(換)電設(shè)備與EV 層之間進一步展開，通過隱私計算技術(shù)實現(xiàn)2 層之間的數(shù)據(jù)分析和需求優(yōu)化的目標(biāo)。

4.5 信息安全發(fā)展展望

針對目前車網(wǎng)互動信息安全領(lǐng)域研究的不足，后續(xù)研究需要解決的問題包括:1）如何完善各類聚合商平臺與EV 之間的雙向認(rèn)證；2）如何在維護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。

鑒于車網(wǎng)互動涉及多主體交互，如何保護用戶隱私是亟待解決的問題。但是現(xiàn)有的車網(wǎng)互動信息安全研究成果均默認(rèn)在EV 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EV 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，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(fù)擔(dān)過大、計算精度大幅下降的現(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。

5 國內(nèi)外車網(wǎng)互動示范應(yīng)用情況和開展建議

5.1 國外車網(wǎng)互動示范應(yīng)用

在各國積極推進下，目前全球范圍內(nèi)已開展或正在開展多樣化的車網(wǎng)互動相關(guān)示范和實踐探索。

歐洲車網(wǎng)互動項目開展多集中于英國、瑞典和荷蘭這3 個國家，主要服務(wù)電網(wǎng)實現(xiàn)削峰填谷、頻率響應(yīng)以及緊急備用等輔助服務(wù)。2022 年充電服務(wù)提供商EV.Energy 公司在英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會的“創(chuàng)新英國”項目的資助下開展了V2X Flex 協(xié)作項目，通過與大眾、日產(chǎn)等汽車公司合作開發(fā)原型軟件，探討新的適合V2X（vehicle to everything）的商業(yè)模式，以達到充分利用EV 群體這一靈活性資源的目的［156］。2020 年日產(chǎn)汽車公司在英國克蘭菲爾德的歐洲技術(shù)中心安裝了20 個具有車網(wǎng)互動功能的充電樁。EV 按照優(yōu)化后的充放電策略連接到充電樁，E.ON 公司的虛擬電廠軟件和Virta 公司的數(shù)字EV 充電平臺根據(jù)電網(wǎng)需求、充放電價格和碳強度等因素評估生成的充放電計劃，安排充電樁進行電能輸送［157］。 2021 年4 月，極星汽車公司（Polestar）在瑞典能源署的支持下，與查爾姆斯理工大學(xué)、哥德堡電網(wǎng)供應(yīng)商G?teborg Energi、充電解決方案提供商CTEK 和能源解決方案提供商Ferroamp 聯(lián)手，于極星汽車公司總部和查爾姆斯大學(xué)校園建設(shè)2 個V2X 示范充電站，旨在實現(xiàn)頻率響應(yīng)、削峰填谷及緊急備用等輔助服務(wù)的同時，驗證V2X 投入實際運行后可能帶來的各方面優(yōu)點、不足，并探索潛在的商業(yè)模式等［158］。2020 年米多梅因能源公司與威馬汽車科技集團合作在其位于荷蘭萊利斯塔德的總部建設(shè)了14 個與光伏電池板連接的直流/交流充電樁，通過其研發(fā)的專用算法軟件進行光伏電池板和EV 之間的能源管理，參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)，實現(xiàn)與電網(wǎng)互動［159］。

北美自2009 年至今已經(jīng)建設(shè)了20 個較大規(guī)模的車網(wǎng)互動項目［160］。2019 年，美國Peak Power 公司于加拿大多倫多開展了為期6 年的Peak Drive 項目，該項目旨在在安大略省電網(wǎng)高耗電期間利用日益增多的EV 為當(dāng)?shù)刂鹘ㄖ╇姡?61］。2023 年，豐田汽車北美公司與北美輸配電公司Oncor 在位于美國達拉斯南部的系統(tǒng)運營服務(wù)設(shè)施（SOSF）中開展了車網(wǎng)互動試點項目，項目根據(jù)所有標(biāo)準(zhǔn)互連流程和協(xié)議，使用Oncor 服務(wù)區(qū)域內(nèi)的家庭或企業(yè)連接的EV 進行車網(wǎng)互動有序充放電方案的測試［162］。

5.2 中國車網(wǎng)互動示范應(yīng)用

中國各省市以及各電網(wǎng)公司等均積極開展車網(wǎng)互動領(lǐng)域試點示范應(yīng)用工作［163-164］。

近幾年選取的示范區(qū)域EV 及充電樁數(shù)量一般已達到一定規(guī)模，且亟須EV 這一靈活可調(diào)度資源參與輔助服務(wù)。例如，考慮外來電占比大導(dǎo)致的靈活調(diào)節(jié)資源能力差的實際狀況，為達到削峰填谷及消納新能源的目的，上海市開展了EV 參與需求響應(yīng)的試點應(yīng)用［165］。由于各省調(diào)峰資源分配不均，不同時段調(diào)峰能力存在較大差異，華北區(qū)域已將車網(wǎng)互動納入輔助服務(wù)市場當(dāng)中［166］。

示范點針對EV 資源的應(yīng)用模式，大體上可分為EV 參與有序充電、EV 參與有序充放電以及分布式發(fā)電-儲能-EV 充放電一體化這3 種應(yīng)用模式。EV 參與有序充電應(yīng)用模式下，浙江省從2021 年1 月到2022 年8 月累計聚合5 萬余個充電樁參與需求響應(yīng)的互動示范應(yīng)用，有效實現(xiàn)了削峰填谷，緩解電力供需矛盾，在預(yù)測到電力供需出現(xiàn)缺口時啟動需求響應(yīng)［167］；2021 年，北京市電力公司在北京環(huán)球影城度假區(qū)建設(shè)了國內(nèi)規(guī)模最大的集中式智慧有序充電站［168］，通過智慧車聯(lián)網(wǎng)充電控制策略算法實現(xiàn)不同時段功率輸出的分級調(diào)節(jié)，緩解用電高峰變壓器壓力。EV 參與有序充放電模式下，保定長城汽車工業(yè)園2021 年建設(shè)了車網(wǎng)互動示范工程［169］，已對接華北電網(wǎng)實現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）跟隨，實際車網(wǎng)互動可調(diào)功率達450 kW。分布式發(fā)電-儲能-EV充放電一體化應(yīng)用模式下，山東青島某工業(yè)園區(qū)2022 年建設(shè)了一套“光儲充放”智能微網(wǎng)系統(tǒng)，集EV 充放電、分布式發(fā)電、儲能、電能饋網(wǎng)四大子系統(tǒng)為一體，實現(xiàn)了具有能量雙向流動調(diào)節(jié)功能的一體化交直流混合配電網(wǎng)絡(luò)單元［170］；2020 年，南京江北新區(qū)建設(shè)了“光儲充放用”智能一體化充電綜合服務(wù)樓宇示范工程，可以實現(xiàn)基于臺區(qū)能量自治的最優(yōu)經(jīng)濟運行、支撐電網(wǎng)迎峰度夏的主動削峰填谷等功能［171］。

上述示范應(yīng)用獲得了較好的成效。浙江省開展的5 萬多個充電樁參與需求響應(yīng)的互動示范應(yīng)用在戰(zhàn)高溫負(fù)荷調(diào)控中，總響應(yīng)電量累計94 695 kW·h，負(fù)荷調(diào)控最大響應(yīng)電量為15 004 kW·h，活動時段充電量累計551 695 kW·h。南京江北新區(qū)建設(shè)的“光儲充放用”智能一體化綜合服務(wù)樓宇示范工程，能夠智能調(diào)控200 kW（峰值容量）光伏、1 MW/3 MW·h 電池儲能系統(tǒng)、390 臺充電樁和6 臺60 kW直流充放電機。

針對有序充電開展的試點應(yīng)用措施體現(xiàn)了EV在保障供電安全和消納可再生能源兩方面的作用，可以大幅降低用戶充電成本，緩解電網(wǎng)壓力。針對有序充放電開展的試點應(yīng)用措施體現(xiàn)了EV 與電網(wǎng)的有序互動，可以在滿足用戶充電需求的同時，有效利用EV 資源，使其參與電網(wǎng)的各類調(diào)控功能，提升區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力。針對分布式發(fā)電-儲能-EV 充放電一體化開展的試點應(yīng)用措施證明了EV 充放電與可再生能源發(fā)電、分布式儲能等源荷資源協(xié)同控制的可行性，可以提升EV 用戶充電滿意度，促進提升EV 等多種資源的利用率。

上述試點也反映出當(dāng)前EV 參與電網(wǎng)調(diào)控存在的一些問題。首先，車網(wǎng)互動需要先進的智能化終端、通信技術(shù)、相關(guān)平臺系統(tǒng)等支撐，現(xiàn)有的軟硬件設(shè)施條件大多不支持EV 參與電網(wǎng)調(diào)控；其次，高效的車網(wǎng)互動需要多主體、多層級協(xié)同調(diào)度手段，但是現(xiàn)有的EV 充電管理平臺和電網(wǎng)調(diào)度控制模式難以充分發(fā)揮規(guī)?；疎V 的可調(diào)度潛力；最后，當(dāng)前車網(wǎng)互動相關(guān)激勵政策一般針對參與需求響應(yīng)的終端用戶，對參與互動的充電運營商的補貼措施等尚不明確，還需進一步與多層級的互動體系相結(jié)合，從EV參與電力市場的準(zhǔn)入條件、充放電激勵機制制定和用戶響應(yīng)度提升等方面繼續(xù)深入研究，梳理各場景下EV 響應(yīng)資源的價值，逐步建立完善可持續(xù)的涵蓋多層級主體的市場機制。

5.3 車網(wǎng)互動示范應(yīng)用開展建議

車網(wǎng)互動示范應(yīng)用有助于推動車網(wǎng)互動的發(fā)展與應(yīng)用，在理論驗證、創(chuàng)新改進、市場推廣和政策支持等方面具有重要作用。后期可通過進一步的示范應(yīng)用驗證其可行性、可靠性與可持續(xù)性。為了推進車網(wǎng)互動工作，今后示范應(yīng)用過程中應(yīng)進一步關(guān)注以下內(nèi)容:

1）推進車網(wǎng)互動關(guān)鍵指標(biāo)的確定，如響應(yīng)時間、最低容量、響應(yīng)準(zhǔn)確度等，對分散的EV 資源進行整合，并開展相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟比較，發(fā)揮EV 靈活性資源的作用；

2）制定有效的車網(wǎng)互動市場機制，研究用戶與運營商的價格敏感度，研究激勵機制，提高用戶、運營商參與電網(wǎng)互動的積極性，實現(xiàn)正向的商業(yè)模式；

3）積極推動技術(shù)創(chuàng)新，提高EV 電池的充放電效率與壽命，解決規(guī)?；嚲W(wǎng)互動中海量數(shù)據(jù)處理、功率預(yù)測精準(zhǔn)度等問題；

4）促進驗證電池、車、樁、平臺、電網(wǎng)之間的信息互聯(lián)互通相關(guān)先進技術(shù)的實際落地效果，修訂充放電設(shè)備、充放電并網(wǎng)與信息交互等方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

5）推動相關(guān)政策與法規(guī)制定，通過示范應(yīng)用推動政策完善，建立健全法規(guī)，針對不同地區(qū)，提出因地制宜的充放電策略。

6 結(jié)語

本文圍繞車網(wǎng)互動領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，從車網(wǎng)互動技術(shù)研究、相關(guān)政策與標(biāo)準(zhǔn)、車網(wǎng)互動基礎(chǔ)設(shè)施及能量管理等平臺、車網(wǎng)互動中的信息安全研究以及車網(wǎng)互動示范應(yīng)用五大方面進行了總結(jié)與探討。推動中國車網(wǎng)互動領(lǐng)域的全面發(fā)展，有利于電網(wǎng)滿足EV 日益增長的充電需求；有利于規(guī)?；疎V 充分發(fā)揮其分布式儲能作用，成為電網(wǎng)的豐富調(diào)度資源；有利于EV 和新能源的融合發(fā)展，促進全社會的新能源消納能力。

目前，車網(wǎng)互動盡管在中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中被列入重點支持領(lǐng)域，但是在法律法規(guī)、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、電力市場激勵機制以及設(shè)備系統(tǒng)研發(fā)等方面依舊需要進一步完善，具體內(nèi)容如下:

1）充分利用EV 這一海量分布式儲能資源，深入研究多網(wǎng)融合的EV 行為與負(fù)荷特性刻畫方法，提升大規(guī)模車網(wǎng)互動效率，進行EV 高效充放電技術(shù)與其配合電網(wǎng)主動調(diào)控策略的探索，加強有序充放電管理技術(shù)研究，推廣相關(guān)示范應(yīng)用的實施等。

2）建立完備的激勵機制及市場模式，提高EV用戶、聚合商以及電網(wǎng)企業(yè)參與車網(wǎng)互動的積極性，推進電力市場機制改革。

3）以國家政策為指導(dǎo)，加快頒布具有地方或行業(yè)特色的車網(wǎng)互動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的政策法規(guī)，完善車網(wǎng)互動相關(guān)重點標(biāo)準(zhǔn)，促進車網(wǎng)互動產(chǎn)業(yè)落地，推進車網(wǎng)互動商業(yè)化進程。

4）促進車網(wǎng)互動平臺多元化與互聯(lián)互通方向發(fā)展，同時做好海量數(shù)據(jù)參與下的數(shù)據(jù)處理能力提升以及平臺性能支撐。

5）推動車網(wǎng)互動平臺的信息開放，加強各平臺間的互聯(lián)互通程度，實現(xiàn)EV 與電網(wǎng)的安全高效互動。