编者按
国家及地方层面在近两年高频次出台了支持提升充电设施车网互动水平、加强有序充电能力的政策文件，电网企业也在积极探索新能源汽车与电网互动的具体实践，星星充电、蔚来、国网电动等头部电动汽车服务商也都在持续关注车网互动领域。
伴随双碳背景下电动汽车几何式增长及新型电力系统深入建设，在充换电站运营领域不应局限于关注传统常规的运营手段，未来车网互动相关的能量运营将会成为领域内下一个重量级延伸赛道。因此，本篇以通用充电站为服务对象，针对性输出基于有序充电的场站能力提升解决方案和能量运营构想，内容分为“前言”和“方案”上下2篇，欢迎大家切磋探讨！
（文章来源 公众号：朗新研究院 ID：Longshine-R 作者：马建）
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方案篇
上篇（前言篇）文章提到电动汽车规模化发展也带来了用电量的大幅增长，特别是无序充电对电力系统产生了较大的不利影响。电动汽车作为高度灵活的移动储能单元，在调节电力负荷、消纳可再生能源和、改善电能质量等方面应用潜力巨大。
本篇承接上篇，面向充电场站运营商、需求响应参与方等主体，探索性阐述一套在普通充电站基础上提升车网互动能力的实施方法，从硬件改造、运行策略选择、平台系统建设三个层次切入，全面打造场站有序充电能力。
车网互动首先布局有序充电
整个车网间互动从最开始不考虑对电网影响的无序充电方式，发展到交通网和电力网的深度融合，将经历若干阶段。综合考虑政策配套、用户习惯、技术现状、产业生态等因素，在至少近3年内，有序充电（V1G）是最具商业化可落地性的方案，场站改造方案也以此作为实施目标。
图1 车网互动实施路径
本方案从保障电网安全视角出发，以硬件设备改造、调控运行策略、信息化平台为抓手，提出有序充电场站建设方案，打通配电网、充电桩、车辆、动力电池的数据连接和业务边界，使场站具备开展有序充电业务的基础能力。
硬件改造: 有序充电的基础保障
在硬件改造方面，应对车辆-充电桩-能量路由器三个环节进行逐步确认。其一，确认车辆已加装唤醒模块是有序充电的先决条件；其二，充电桩的通讯及协议应保证控制信息的有效传达；其三，需通过充电装置内置或外接的能量路由器，使其具备本地及云平台的负载管理功能及远程开断能力。
图2 硬件改造三个环节
（一）确认充电车辆已加装唤醒模块
在确认连接基础上，第一唤醒信号实现插枪唤醒，在模块监测预约唤醒模式时，生成休眠信号使车辆控制器成待机状态，并在达到预约唤醒条件时，通过模块时间第二唤醒信号实现预约唤醒。本环节不在场站改造范围内，但对有序充电业务有根本影响，需确认车辆是否具备唤醒模块、唤醒通讯协议，以及与充电桩协议是否一致。
（二）通讯接口及协议标准改装
普通的交流充电桩在协议上采用国家标准定义的交流充电接口标准，没有设置任何物理通讯线路，而是通过电源线的PWM信号传输与充电相关的交互信息，受限于通道容量因此很难采集足够的车辆信息用于制定有序充电。
针对这一问题，有两种应对策略可供选择：一是通过电动汽车用户手动填写必要车辆信息，以制定完整的有序充电策略，但这种方式存在用户提供信息的准确性问题；二是对有序充电的物理通讯接口和通讯协议进行修改，增加专用通讯线路并采用国际通讯协议标准，并增加通讯交互信息专用接口。
直流充电桩不存在类似问题，直流桩的硬件接口具备基于CAN的通讯方式，可以满足有序充电的需求。在通讯协议方面，只需增加充电桩主动控制车辆功率的控制命令，以适当调整即可。
（三）能量路由器
内置有序充电模块或外接能量路由器，通过对基础信息的采集，路由器若内置微处理器可进行本地化的有序充电运行决策，或通过通讯模块5G切片、专用以太网进行信息传输，由云平台进行统一调度处理。
（四）台区设备无需进行过多改造
场站所属台区已具备有序充电所需的基础能力。要确认充电桩所属台区数据已接入用电采集系统，并将有序充电管理系统与用采系统进行集成，按需获取台区负载率情况。因没有反送电情况，仅作为普通负荷接入，台区线路无需另行改造，视情况加装通讯和计量装置即可。但如果涉及双向的V2G，则需进行电气设备新增或改造，并重新进行相关试验和数值校验。
调度运行：有序充电的核心能力
场站调度运行策略以商业驱动、价格引导为原则，通过经济原则进行引导和协调，按一定策略对电动汽车进行充电。车网互动的调度方式必将从电网公司统一调度、统一管理到由充电场站受各类市场激励自发响应形式发展。
大体上，有序充电运行策略按照三步走实施路径：台区优化充电、台区优化智能充电、全网优化的智能充电。三种运行策略层层递进，保障了响应强度和范围逐步提升，但策略算法难度及外部环境要求也相应提高，应根据现场情况及目标诉求进行择优选取。
图3 车网互动模式及主要内容
（一）台区优化充电
结合固定分时电价运行策略，用户自愿选择是否进行有序充电，通过远程控制电表对充电桩进行开断控制，以达到充电启停的效果，以经济成本最小为目标。主要的策略就是“功率均分”、“先到先充”均衡配置原则制定智能有序充电策略，用户插枪后选择有序充电功能，如处于峰平时段，电表保持断电状态，充电桩不充电；到低谷时段，电表接通，电动汽车处于充电状态。将电动汽车充电时间统一安排至谷电时段初始时刻。这样避免变压器在用电高峰期过载，保障电网安全，同时也大幅降低了场站投资建设成本。
（二）台区优化智能充电
固定分时电价模式容易在低谷前期时段引起充电负荷激增现象，对电动汽车渗透率高地区同样会造成变压器过载的现象，需要采取更智能化的充电策略，通过运营价格引导用户选择合适的时段，使整个充电进程平稳化。
图4 不同充电场景下台区负荷模拟
整体思路如下：
图5 台区优化智能充电整体思路
（三）全网优化智能充电
全网优化的情况要复杂很多，既涉及电网的安全稳定运行，又要考虑促进新能源消纳的问题。主要考虑事项如下图：
图6 全网智能优化充电概览
全网优化的智能算法可采用遗传算法，即优胜劣汰、适者生存，运用此种方法通过约束条件的限定，以保障电力系统经济安全，促进新能源消纳作为寻优目标，通过遗传算法的四个主要操作包括种群初始化、交叉、变异和环境选择来进行效果寻优。
图7 采用优化算法的结果表现（图片来源：欧阳明高.车网互动潜力与实施可行性）
以上三种策略都是以经济手段激励车主进行需求响应。未来要建立全面的衔接制度把电网的真实需求通过价格信号如实反映，依靠三大武器（需求响应、分时电价、辅助服务）发挥应有作用，对运营商或车主提供必要的经济激励，才是打通车网互动有序充电模式的关键所在。
平台建设：有序充电的必要抓手
需要打造高效、智能、网间互动的充电场站服务平台，为场站提供从规划、管理到运营的全生命周期赋能，提高充电服务效率和质量，提升用户充电体验，为智慧充电、电网安全、绿色低碳作出贡献。
平台的价值目标有如下四个部分：
（1）保障充电服务扎实推进。管理用户的充电订单，包括订单创建、修改、查询等功能；管理用户的注册信息、充电记录；对设备进行维护和保养等提供数字化支撑。
（2）利用数据要素，优化业务效率。利用大数据技术，进行微观选址优化、通过对用户的行为数据分析，进行精准营销。
（3）开展能源延伸服务，降本增效。提升充电场站与电网互动能力，拓展运行策略模式，实现缓解电网台区过载功能。
（4）赋能车主运营，以拉新引流、留存促活等方式，提升用户参与度。通过会员、红包、组团、积分，增加有序充电用户数量，扩展场站充电业务边界。
依据价值引领，平台架构按照四层体系规划，分别为物联采集层、平台支撑层、业务规划层、前端界面层，为增加优化有序充电功能，在业务规划层增加运行策略管理和运营手段管理内容。
图8 有序充电平台系统架构
结语
车网互动这种新模式是新型电力转型的重要一环，充分挖掘电动汽车资源可有效支撑电网安全稳定运行、促进新能源消纳。通过一定的调度策略，实现场站和电网之间的良好协作，赋予场站更高价值。期待未来有更多的创新互动形式和更好的互动体验，让我们的出行更加便捷、环保和智能化。
