現代能源互聯網生態體系研究

摘要：應對能源短缺的現狀、實現新能源的開發與利用，是世界各國開展能源研究的主要目的。文章對融合充電網絡和車聯網平臺的能源互聯網生態研究體系展開研究，結合信息層與網絡層對充電網絡、能源實體設施以及車聯網平臺進行緊密耦合，創建了現代化要求的能源運營模式。文章剖析了多維度下的電力調度模式和實體能源的配置升級，為充電網絡與車聯網平臺的可持續發展規劃與現代能源互聯網的交易模式提供書面參考。

關鍵詞：充電網絡;交易機制;能源互聯網;電動汽車;車聯網

中圖分類號：TM73;TKOI

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0153-04

展開新能源領域的相關研究，實現了由依賴西方科學技術到獨立建設自身體系的轉變，現已達成自主設計研發、部件加工制造等多領域的發展目標，推進關鍵技術國有化的進程。城市化進程的加快，使諸多能源使用量長期呈增長態勢，而新興能源的應用對多數傳統用戶來說，存在對充電網絡運行內容了解甚少的情況，不適應電動汽車的使用方式。為了降低“棄風棄光”現象的發生頻率，應努力提升新能源的使用率，完善能源互聯網的生態體系與機制。通過深入對充電網絡與車聯網平臺研究，充實能源互聯網的綜合性結構，對信息、能源、平臺進行緊密連接，以高耦合性完成高效便捷的電力調度活動以及實體能源設施的優化，實現差異化管理系統的精準操控。

1 能源互聯網生態體系架構

本文根據能源互聯網生態體系的三層基本架構（物理層、信息層及應用層），對汽車充電網絡結構和車聯網平臺進行整合規劃，創建了全面化、智能化能源互聯網生態體系[1]，設計情況如圖l所示。

基于能源互聯網體系架構圖，進一步分析物理層、信息層、應用層這三層基本架構的內容。

1.1 物理層：充電網絡

在能源互聯網的典型層次結構中，充電網絡作為物理基礎層，在電動汽車發展潮流中可大規模為電動汽車供應完善的基礎設施建[2]。充電網絡節點的具體內容包含以下種類。

1）智能充放電樁：對充放電功率與時間進行智能化調節，實現電動汽車充電的有序性。

2）儲能充電站：電動汽車在快速充電過程中產生的高負荷影響可以通過儲能系統對其進行平抑，減少對接過程中沖擊力的。

3）分布式光伏充電站：消納光伏能源充電設施在白天高峰期的出電量，有效降低用電成本。

4）無線充電站：利用電磁感應技術，將充電設備置于地下，有效減少土地面積侵占率。

1.2 信息層：車聯網平臺

車聯網通過借鑒互聯網的搭建理念，對不同系統的信息內容進行互通共享，將信息物理系統的耦合性融人車聯網平臺。信息層包括以下具體內容。

1）數據中心：對數據容量、客戶數量、周期性信息采集進行分類，實現平臺數據的共享。

2）監控中心：利用車聯網監控系統，構建出“全國一省一市一站一樁”的層次體系，實現全國范圍內的監控覆蓋。

3）交易結算：對電力網絡的輔助性服務與集中交易模式進行友好的連接互動。

4）手機APP：是信息與能源服務端口的延伸方式，為客戶提供便捷化處理方式，并提升用戶使用黏度。

1.3 應用層：云服務

應用層是指將云服務平臺融人能源互聯網體系結構中，使電動汽車的研究體系擁有綜合性開發平臺，使用戶在充電網絡系統中使用到全環節的智能化服務管理。我國國家電網企業將“大云物智移”的信息管理技術與數據處理技術應用于智慧車聯網云平臺的組建[3]，現已做到一百多萬個充電樁的對接，對三百多萬客戶進行同時段的信息服務，實現電網系統與其他運營商互聯互通的合作。接人大約17萬個充電樁，在全國公共充電樁的總數中占比90%，在接人數量和充電功率等方面，是全球范圍內相關技術的引領者。

2 能源互聯網生態體系中參與主體與運行模式

2.1 參與主體結構

現代能源互聯網是信息網絡、交通網絡以及充電網絡高度融合的綜合性網絡，通過設計車、樁、路、網、人之間相關聯系通道，創建出多元化的綜合性服務系統[4]。生態系統中關于主體因素的描述如下所示。

1）車：作為車聯網體系的智能終端，涉及范圍包含整車及核心部件供應商。

2）樁：是車聯網系統中的服務人口之一，主要內容包含充電應用的運營與充電設備的研發與制造。

3）路：作為運行方式的重要組成部分，與之對接的是交通設施管理供應商。

4）網：網絡的基本構成內容由國家電網、南方電網等能源企業而組成。

5）人：作為運行主體之一，指代的是道路環境參與者與智慧車聯網服務享用者。

2.2 運行方式

2.2.1 初級模式

車聯網平臺將電能指示發送到電動汽車上，但是電動汽車的具體操作過程是車主通過自行判斷與自我協調而產生的，或者根據設置好的計劃調整出力。因為整體規模較小，電動汽車的出力調整不會超過電網所許可的界限范圍，也不會造成區域性的電力過剩溢出或欠缺[5]。在保持穩定性和可控性的前提下，初級模式減少了整體操控的難度，是電動汽車在小規模接人過程中一種合理的運行方法。

2.2.2 高級模式

電動汽車集群網絡控制架構由本地響應層、協調層以及調度層組成，將數據信息進行傳遞與交互，完成不同層次之間的協調與調度任務。將電動汽車的實時狀態以由下到上的方式進行上傳，從本地響應層傳輸到調度控制層，傳輸內容包括荷電狀態、是否需要充電、電動汽車的充電時間與時段等固定形式信息，此外，可調充電時長與可調充電需求都可以作為附加信息進行上傳。此類信息通過上傳至本地響應層，之后再傳輸到協調層進行信息匯總與綜合性調控，流程最后是上報給調度控制層，進行車聯網平臺的部署。

2.3 光、儲、充一體化充電站

儲能系統、電動汽車及電力網路都可以通過充電站中的光伏能源進行清潔能源的補充，而充電站需要具備光伏、儲能、充電樁等綜合型能源設備。通過平衡光伏能源發電以及充電站的用電負荷，有效減少建設一體化充電站中發電設備的資金投入。

衡量光、儲、充一體化充電站的運行狀態，需要對系統內的經濟性、安全性及環保性進行綜合考慮[6]。經濟性的主要含義是指充電站在運營過程中產生最低的運營成本，可以通過對充電站進行整體優化的方式，減少配置容量，合理降低投資成本;安全性是指充電站在完成客戶的充電需求后，對電動汽車的電池進行過充過放的保護機制;環保性的要求在于充電站在運行系統工作時，所排放的溫室氣體在折算成碳稅總額后的數值最小。

3 基于能源互聯網生態體系的交易機制

3.1 交易機制主體

結合交易系統中的資金流向與電量流向，現代化的能源互聯網生態體系交易的主體內容的主體結構如圖2所示。

電動汽車公司：電動汽車公司從投資方處購進自發電力，之后為用戶提供電力補充以及綜合性能源服務;依靠車聯網平臺，進行多方面的費用結算。

電動汽車用戶：能夠直接獲得車聯網平臺中的充電服務、車輛租賃等全線服務;結合電動汽車的儲能電量可釋放的條件，展開輔助服務，同樣可以獲得相應收益。

電力用戶：為減少自身用電資金支出，可以通過車聯網平臺聯系電動汽車公司，向電動汽車公司提出購買電力的申請，之后進行購電合同的簽署，從而建立買賣關系。

投資方：在對電動汽車公司進行電力資源售賣后收取其相應的電費，此外還將獲得由政府提供的分布式能源補貼;關于投資方所占場地的費用，應支付場地業主相應的租賃費。 場地業主：場地所有者通過搭建一體化充電站和分布式能源站，為投資方提供電力生產條件，從中獲得收益;或者直接對電力生產進行參與工作，縮減本身用電資金[7]。

3.2 交易機制

3.2.1 充電權交易機制

充電權的意思是用戶在一定時間段中，能使用規定區域內的充電樁對電動汽車充電[8]。出現充電設備的容量受到限制時，“充電權”也可以展現在一定距離范圍內，用戶與用戶之間進行的電力交易，有效達成充電需要的自主化調控機制，不僅保證了電力網絡系統自主交易的安全性，同時提升了用戶滿意度、滿足了用戶需求。交易機制如圖3所示。

通過采取“充電權”交易方式，達成用戶對充電需求自行排序并根據重要級進行充電樁的統一集群控制。在“充電權”敲定售賣價格的問題中，由已經接入充電樁的用戶來決定，采用價錢排序的方法，出價越高的用戶擁有更高的充電優先權。在充電設施總能力的基礎上，車聯網平臺根據充電的優先級選擇可充電的電動汽車。

3.2.2 分布式能源交易機制

通常情況下，電力網絡企業按照發電企業標準化統一售價進行電力和電量的購買，之后電力網絡企業采用峰谷平電價出售給電力用戶。基于此種交易模式，投資方能夠不僅得到上網電價，還可以領取政府給予的補貼，然而電力用戶則需按照常規交易機制從充電網絡購買電量[9]。

在納入車聯網平臺模式后，電力用戶能夠對綜合能源服務進行自主選擇。車聯網的購電流程先是對注冊投資方的所有電力電量進行收購，之后按照優惠的價格提供給平臺內的注冊用戶。在購電量與售電量出現明顯差異時，車聯網平臺將采取向其他發電企業進行電力購買的方式，減少購、售電量之間的差異。車聯網平臺對投資方、電力用戶、電網公司以及傳統發電企業的能源進行整合，形成了完備的能源交易體系與機制，實現能源互聯網中的電量交易模式落實。

3.3 交易系統

交易系統內部結構分化具有多樣性，可實現能源信息與能源服務的全方位校核、交易、結算等功能。車聯網平臺的能源交易體系有充電企業與電力用戶組成;交易系統的信息交互是由監管部門、交易中心、調控中心以及車聯網的交易平臺組成，以此實現不同區域之間的全程交易管理作用[10]。交易系統中各管理模塊有以下功能。

1）用戶管理模塊通過對參與到系統內部的用戶進行高效管理，用戶管理系統的主要工作包括用戶的ID注冊、信息變更、用戶注銷等管理性交易業務。

2）交易管理模塊能夠實現交易機制體系內部的全周期管理，并對交易系統進行安全審核，在多種交易場景中，提供管理服務與安全保障。

3）結算管理模塊的關鍵作用是對各項交易流程的終端數據進行及時結算，通過結算管理模塊的處理工作，實現計量點、電量等信息在車聯網平臺的記錄與顯示。

4）合同管理模塊是對內部交易體系的各項交易合同進行科學化歸納整理和存儲，實現交易合同的高效管理，合同管理模塊內容包括合同的簽訂、分類、跟蹤等一切與合同有關的工作。

5）信息發布模塊是對不同受眾群體進行差異化信息發布，通過用戶使用習慣及自主訂閱情況實時發布相關公告、通知、交易信息以及結算信息。

6）交易計劃管理模塊能夠智能化管理系統內各項交易計劃，對交易計劃進行編制、跟蹤及情況統計。

4 結語

隨著能源互聯網生態系統的發展，人們對電動汽車產業的認識開始加深，電動汽車自身的性質隨之發生改變。互聯網平臺中信息與能源的交互，實現能源互聯網與充電網絡的優化建設，為用戶提供高效便捷地存儲與共享服務。國家電網公司將能源信息網絡、基礎物理設施與車聯網等系統整合優化，建立了智慧車聯網系統。通過參考互聯網平臺的運營方式，結合交易機制與網絡架構，構建出智能、先進、高效的能源互聯網生態體系，為用戶與充電運營商提供高質量服務。

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作者簡介：魯璽（1988-）女，漢族，陜西延安人，碩士學位，講師，研究方向：汽車定損與評估。