现代能源互联网生态体系研究

摘要：应对能源短缺的现状、实现新能源的开发与利用，是世界各国开展能源研究的主要目的。文章对融合充电网络和车联网平台的能源互联网生态研究体系展开研究，结合信息层与网络层对充电网络、能源实体设施以及车联网平台进行紧密耦合，创建了现代化要求的能源运营模式。文章剖析了多维度下的电力调度模式和实体能源的配置升级，为充电网络与车联网平台的可持续发展规划与现代能源互联网的交易模式提供书面参考。

关键词：充电网络;交易机制;能源互联网;电动汽车;车联网

中图分类号：TM73;TKOI

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0153-04

展开新能源领域的相关研究，实现了由依赖西方科学技术到独立建设自身体系的转变，现已达成自主设计研发、部件加工制造等多领域的发展目标，推进关键技术国有化的进程。城市化进程的加快，使诸多能源使用量长期呈增长态势，而新兴能源的应用对多数传统用户来说，存在对充电网络运行内容了解甚少的情况，不适应电动汽车的使用方式。为了降低“弃风弃光”现象的发生频率，应努力提升新能源的使用率，完善能源互联网的生态体系与机制。通过深入对充电网络与车联网平台研究，充实能源互联网的综合性结构，对信息、能源、平台进行紧密连接，以高耦合性完成高效便捷的电力调度活动以及实体能源设施的优化，实现差异化管理系统的精准操控。

1 能源互联网生态体系架构

本文根据能源互联网生态体系的三层基本架构（物理层、信息层及应用层），对汽车充电网络结构和车联网平台进行整合规划，创建了全面化、智能化能源互联网生态体系[1]，设计情况如图l所示。

基于能源互联网体系架构图，进一步分析物理层、信息层、应用层这三层基本架构的内容。

1.1 物理层：充电网络

在能源互联网的典型层次结构中，充电网络作为物理基础层，在电动汽车发展潮流中可大规模为电动汽车供应完善的基础设施建[2]。充电网络节点的具体内容包含以下种类。

1）智能充放电桩：对充放电功率与时间进行智能化调节，实现电动汽车充电的有序性。

2）储能充电站：电动汽车在快速充电过程中产生的高负荷影响可以通过储能系统对其进行平抑，减少对接过程中冲击力的。

3）分布式光伏充电站：消纳光伏能源充电设施在白天高峰期的出电量，有效降低用电成本。

4）无线充电站：利用电磁感应技术，将充电设备置于地下，有效减少土地面积侵占率。

1.2 信息层：车联网平台

车聯网通过借鉴互联网的搭建理念，对不同系统的信息内容进行互通共享，将信息物理系统的耦合性融人车联网平台。信息层包括以下具体内容。

1）数据中心：对数据容量、客户数量、周期性信息采集进行分类，实现平台数据的共享。

2）监控中心：利用车联网监控系统，构建出“全国一省一市一站一桩”的层次体系，实现全国范围内的监控覆盖。

3）交易结算：对电力网络的辅助性服务与集中交易模式进行友好的连接互动。

4）手机APP：是信息与能源服务端口的延伸方式，为客户提供便捷化处理方式，并提升用户使用黏度。

1.3 应用层：云服务

应用层是指将云服务平台融人能源互联网体系结构中，使电动汽车的研究体系拥有综合性开发平台，使用户在充电网络系统中使用到全环节的智能化服务管理。我国国家电网企业将“大云物智移”的信息管理技术与数据处理技术应用于智慧车联网云平台的组建[3]，现已做到一百多万个充电桩的对接，对三百多万客户进行同时段的信息服务，实现电网系统与其他运营商互联互通的合作。接人大约17万个充电桩，在全国公共充电桩的总数中占比90%，在接人数量和充电功率等方面，是全球范围内相关技术的引领者。

2 能源互联网生态体系中参与主体与运行模式

2.1 参与主体结构

现代能源互联网是信息网络、交通网络以及充电网络高度融合的综合性网络，通过设计车、桩、路、网、人之间相关联系通道，创建出多元化的综合性服务系统[4]。生态系统中关于主体因素的描述如下所示。

1）车：作为车联网体系的智能终端，涉及范围包含整车及核心部件供应商。

2）桩：是车联网系统中的服务人口之一，主要内容包含充电应用的运营与充电设备的研发与制造。

3）路：作为运行方式的重要组成部分，与之对接的是交通设施管理供应商。

4）网：网络的基本构成内容由国家电网、南方电网等能源企业而组成。

5）人：作为运行主体之一，指代的是道路环境参与者与智慧车联网服务享用者。

2.2 运行方式

2.2.1 初级模式

车联网平台将电能指示发送到电动汽车上，但是电动汽车的具体操作过程是车主通过自行判断与自我协调而产生的，或者根据设置好的计划调整出力。因为整体规模较小，电动汽车的出力调整不会超过电网所许可的界限范围，也不会造成区域性的电力过剩溢出或欠缺[5]。在保持稳定性和可控性的前提下，初级模式减少了整体操控的难度，是电动汽车在小规模接人过程中一种合理的运行方法。

2.2.2 高级模式

电动汽车集群网络控制架构由本地响应层、协调层以及调度层组成，将数据信息进行传递与交互，完成不同层次之间的协调与调度任务。将电动汽车的实时状态以由下到上的方式进行上传，从本地响应层传输到调度控制层，传输内容包括荷电状态、是否需要充电、电动汽车的充电时间与时段等固定形式信息，此外，可调充电时长与可调充电需求都可以作为附加信息进行上传。此类信息通过上传至本地响应层，之后再传输到协调层进行信息汇总与综合性调控，流程最后是上报给调度控制层，进行车联网平台的部署。

2.3 光、储、充一体化充电站

储能系统、电动汽车及电力网路都可以通过充电站中的光伏能源进行清洁能源的补充，而充电站需要具备光伏、储能、充电桩等综合型能源设备。通过平衡光伏能源发电以及充电站的用电负荷，有效减少建设一体化充电站中发电设备的资金投入。

衡量光、储、充一体化充电站的运行状态，需要对系统内的经济性、安全性及环保性进行综合考虑[6]。经济性的主要含义是指充电站在运营过程中产生最低的运营成本，可以通过对充电站进行整体优化的方式，减少配置容量，合理降低投资成本;安全性是指充电站在完成客户的充电需求后，对电动汽车的电池进行过充过放的保护机制;环保性的要求在于充电站在运行系统工作时，所排放的温室气体在折算成碳税总额后的数值最小。

3 基于能源互联网生态体系的交易机制

3.1 交易机制主体

结合交易系统中的资金流向与电量流向，现代化的能源互联网生态体系交易的主体内容的主体结构如图2所示。

电动汽车公司：电动汽车公司从投资方处购进自发电力，之后为用户提供电力补充以及综合性能源服务;依靠车联网平台，进行多方面的费用结算。

电动汽车用户：能够直接获得车联网平台中的充电服务、车辆租赁等全线服务;结合电动汽车的储能电量可释放的条件，展开辅助服务，同样可以获得相应收益。

电力用户：为减少自身用电资金支出，可以通过车联网平台联系电动汽车公司，向电动汽车公司提出购买电力的申请，之后进行购电合同的签署，从而建立买卖关系。

投资方：在对电动汽车公司进行电力资源售卖后收取其相应的电费，此外还将获得由政府提供的分布式能源补贴;关于投资方所占场地的费用，应支付场地业主相应的租赁费。 场地业主：场地所有者通过搭建一体化充电站和分布式能源站，为投资方提供电力生产条件，从中获得收益;或者直接对电力生产进行参与工作，缩减本身用电资金[7]。

3.2 交易机制

3.2.1 充电权交易机制

充电权的意思是用户在一定时间段中，能使用规定区域内的充电桩对电动汽车充电[8]。出现充电设备的容量受到限制时，“充电权”也可以展现在一定距离范围内，用户与用户之间进行的电力交易，有效达成充电需要的自主化调控机制，不仅保证了电力网络系统自主交易的安全性，同时提升了用户满意度、满足了用户需求。交易机制如图3所示。

通过采取“充电权”交易方式，达成用户对充电需求自行排序并根据重要级进行充电桩的统一集群控制。在“充电权”敲定售卖价格的问题中，由已经接入充电桩的用户来决定，采用价钱排序的方法，出价越高的用户拥有更高的充电优先权。在充电设施总能力的基础上，车联网平台根据充电的优先级选择可充电的电动汽车。

3.2.2 分布式能源交易机制

通常情况下，电力网络企业按照发电企业标准化统一售价进行电力和电量的购买，之后电力网络企业采用峰谷平电价出售给电力用户。基于此种交易模式，投资方能够不仅得到上网电价，还可以领取政府给予的补贴，然而电力用户则需按照常规交易机制从充电网络购买电量[9]。

在纳入车联网平台模式后，电力用户能够对综合能源服务进行自主选择。车联网的购电流程先是对注册投资方的所有电力电量进行收购，之后按照优惠的价格提供给平台内的注册用戶。在购电量与售电量出现明显差异时，车联网平台将采取向其他发电企业进行电力购买的方式，减少购、售电量之间的差异。车联网平台对投资方、电力用户、电网公司以及传统发电企业的能源进行整合，形成了完备的能源交易体系与机制，实现能源互联网中的电量交易模式落实。

3.3 交易系统

交易系统内部结构分化具有多样性，可实现能源信息与能源服务的全方位校核、交易、结算等功能。车联网平台的能源交易体系有充电企业与电力用户组成;交易系统的信息交互是由监管部门、交易中心、调控中心以及车联网的交易平台组成，以此实现不同区域之间的全程交易管理作用[10]。交易系统中各管理模块有以下功能。

1）用户管理模块通过对参与到系统内部的用户进行高效管理，用户管理系统的主要工作包括用户的ID注册、信息变更、用户注销等管理性交易业务。

2）交易管理模块能够实现交易机制体系内部的全周期管理，并对交易系统进行安全审核，在多种交易场景中，提供管理服务与安全保障。

3）结算管理模块的关键作用是对各项交易流程的终端数据进行及时结算，通过结算管理模块的处理工作，实现计量点、电量等信息在车联网平台的记录与显示。

4）合同管理模块是对内部交易体系的各项交易合同进行科学化归纳整理和存储，实现交易合同的高效管理，合同管理模块内容包括合同的签订、分类、跟踪等一切与合同有关的工作。

5）信息发布模块是对不同受众群体进行差异化信息发布，通过用户使用习惯及自主订阅情况实时发布相关公告、通知、交易信息以及结算信息。

6）交易计划管理模块能够智能化管理系统内各项交易计划，对交易计划进行编制、跟踪及情况统计。

4 结语

随着能源互联网生态系统的发展，人们对电动汽车产业的认识开始加深，电动汽车自身的性质随之发生改变。互联网平台中信息与能源的交互，实现能源互联网与充电网络的优化建设，为用户提供高效便捷地存储与共享服务。国家电网公司将能源信息网络、基础物理设施与车联网等系统整合优化，建立了智慧车联网系统。通过参考互联网平台的运营方式，结合交易机制与网络架构，构建出智能、先进、高效的能源互联网生态体系，为用户与充电运营商提供高质量服务。

参考文献

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[10]叶畅，苗世洪，刘昊，等，联盟链框架下主动配电网电力交易主体合作演化策略[J].电工技术学报，2020，35（08）：1739-1753.

作者简介：鲁玺（1988-）女，汉族，陕西延安人，硕士学位，讲师，研究方向：汽车定损与评估。