世界资源研究所:建立电动汽车与电网协同的通信协议体系:国际经验借鉴、国内外对比与对策建议(20页)
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3.0 智报告 2023-05-08 5 1 1.33MB 20 页 10数查币
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工作论文 | 20214 | 1
工作论文
建立电动汽车与电网协同的通信协议体系:
国际经验借鉴、国内外对比与对策建议
OPEN COMMUNICATION PROTOCOLS FOR VEHICLE GRID INTEGRATION IN CHINA:
GLOBAL EXPERIENCES AND LOCAL RECOMMENDATIONS
引用建议:引用建议:薛露露(世界资源研究所)、熊英(中国电动
汽车百人会)、朱晋(中国电动汽车百人会)著. 建立电
动汽车与电网协同的通信协议体系:国际经验借鉴、国内
外对比与对策建议. 2021. 工作报告北京世界资源研究
所. http://www.wri.org.cn/publications.
“工作论文”包括初步的研究、分析、结果和意见。
作论文”用于促进讨论,征求反馈,对新事物的争论施加
影响。工作论文最终可能以其他形式进行发表,内容可能
会修改。
目录
执行摘要 ................................................................... 1
Executive Summary ......................................................... 2
背景 ......................................................................... 2
车网协同的通信协议体系 ........................................... 3
通信协议评价框架 ..................................................... 6
协议体系 .............................................................. 6
单一协议 .............................................................. 6
针对不同通信协议的评价 ........................................... 8
车-桩通信协议 ..................................................... 8
桩-充电运营商通信协议 ........................................ 10
电网-分布式资源通信协议 ..................................... 12
协议的选择 ............................................................... 14
结论与建议 ............................................................... 17
引用 ......................................................................... 19
执行摘要
随着电动汽车与充电基础设施的普及,有必要支持电动汽车
与电网协同发展,通过电动汽车有序充电与双向充放电,实现电力
平衡、削峰填谷与辅助可再生能源的消纳。
然而,中国实现电动汽车与电网协同的主要技术阻碍之一是
缺乏支持车--网互联的开放、标准化的通信协议体系。通过国内
外车--通信协议的对比,本研究发现,国内目前车-桩间、桩-
运营服务商间、电网-分布式资源间通信协议的标准化程度、车网
协同支持度、信息传输丰富度及网络安全性均有待提升。
随着充电桩纳入“新基建”,其不仅会数量增加,也会更加
数字化与智能化。为提升中国充电行业的竞争力,避免充电技术快
速迭代导致的资产搁置,本研究建议:
加强车网协同的标准体系的建设:调整车-桩充电国家标
准,补充现有桩-充电运营商通信协议,建立统一的电
-分布式资源标准,系统提高车--网通信网络的安全
性,建立车网协同用例库和实施架构,加强协议体系的
普及和推广。
确保该标准体系的顺利实施:完善充电设备及车辆的一
致性测试,加强桩企、车企对标准的执行力度;完善相
关电力基础设施建设,建立电网数据共享标准。
2 |
EXECUTIVE SUMMARY
The rapid penetration of plug-in electric vehicles (PEVs)
and charging infrastructure entails the need of harnessing
PEVs’ load exibility and storage capacity to friendly
integrate into the grid system. Through Vehicle Grid
Integration (VGI) measures—managed charging and
Vehicle-to-Grid(V2G), PEVs can be conducive to balancing
the electricity system, reducing costly grid upgrade, and
supporting large renewable integration.
However, one of the primary technological barriers to
implement VGI in China is the lack of open and interoperable
communication protocols among PEVs, Electric Vehicle
Charging Stations (EVSE), Charging Point Operators
(CPO)/aggregators, and utilities (like Distribution Service
Operators, DSO) that enable VGI. Based on the investigation
of the prevailing international and domestic communication
protocols (including open and proprietary ones) used in VGI
pilots, this study unravels that China’s current PEV-EVSE
standard (GB/T 27930) doesn’t support VGI, EVSE-CPO
and CPO-DSO protocols are mainly proprietary with the
absence of VGI functionality, all the protocols have weak
cybersecurity protection.
With the large roll-out of charging infrastructure investments
as a part of the “New Infrastructure” stimulus plan, charging
facilities will not only grow in quantities, but also become
smarter and interoperable. To avoid stranded asset dilemma
and expensive hardware updates, and to create a leveling
playground for charging facilities, the study recommends:
Step up the standardization process for the hierarchy
of VGI-capable protocols, including amendments on
the PEV-EVSE standard (GB/T 27930), expansion
of the functionalities and the adoption of the open
EVSE-CPO protocol (T/CEC 102), the standardization
of the CPO-DSO protocol, and the development
of standard VGI use cases based on the trove of
VGI pilots (also underscoring the needs to explore
diverse VGI business models and use cases) as well
as the systematic enhancement of the cybersecurity
measures. The protocols should also be updated or
developed with sufficient “backward compatibility”
and clarity to avoid interoperability conflicts.
Ensure the widespread adoption of the hierarchy of
VGI-capable protocols, including revisions on the
conformance testing protocols, consideration of official
certification of products compliant with the protocols,
and the openness of distribution data by utilities.
背景
电动汽车的普及对电网造成了巨大的挑战。然而,与常规负
荷不同,电动汽车既可作为可调节负荷,也可作为移动储能设施。
对电动汽车进行智能控制,不仅可降低其对电网的负面影响,还可
抑制电网供需双侧的随机性,在高比例可再生能源渗透下为电力平
衡提供支撑。利用电动汽车的灵活负荷特性与储能功能,可通过电
动汽车有序充电、电动汽车双向充放电,实现上述的电动汽车与电
网协同(以下简称“车网协同”或“VGI”)。
根据国务院出台的《新能源汽车产业发展规划(20212035
年)》,实现车网协同,需要“建立新能源汽车与相关产业融合发
展的综合标准体系”,打破车--网不同主体间的信息交互隔阂。
建立互操作性强的车--网通信协议体系的益处在于:
降低车网协同试点的实施成本:中国实现车网协同的主
要技术阻碍之一是缺乏支持车--网互联的开放、标准化
的通信协议体系(薛露露等 2020)。在标准体系缺失的
情况下,车网协同试点需要扩展现有协议或自定义私有
协议,这些都会增加车网协同试点的实施难度与成本。
避免技术更新导致资产搁置:充电桩作为中国“新基
建”的重要组成,正经历互联互通、智能化带来的技术
迭代升级。扩展性好的通信协议可以更好地支持车辆和
充电桩间、充电桩与运营商间,以及运营商之间的信息
交换,避免未来高昂的设备升级成本与充电资产搁置的
问题。
保障国内充电服务市场的公平竞争:开放标准可大幅提
升充电设备兼容性,降低设备生产成本。设备生产企业
可规避产品定制化导致的高成本,充电运营商可无缝接
手其他运营商转让的充电桩资产,整个市场也能避免垄
断或专利壁垒导致的成本提升。
打破技术与贸易壁垒、拓展国际市场:制定标准可帮助
中国在世界多边贸易体系中提升竞争力,提供参与国际
车有电: 有 序 充 电 ”,用经
或技术措施进行导和协略对
充电
电动汽车双向充放电V2G:电 动 动 力 电
充 放电 装置与电相 连单元 参 与电
务 ,实
建立电动汽车与电网协同的通信协议体系:国际经验借鉴、国内外对比与对策建议
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贸易的可能。目前,很多国家通过严格本国标准,限制
进口、保护国内市场,或通过参与制定国际标准,占
据国际竞争的有利地位。随着车-桩充电标准[如日本的
CHAdeMO标准、欧美的Combined Charging System
CCS)等]纷纷支持车网协同,中国也有必要出台与国
际接轨的标准,带动相关技术与产业发展,提升中国在
国际标准制定过程中的参与度。
国际上,尽管支持车网协同开放的通信协议体系仍处于发展
的早期,但一些国家与地区已要求使用标准化的通信协议(或设
备)例如:
早在2014年,美国加利福尼亚州电力调度中心
CAISO)牵头,州长办公室、州能源委员会、州公共
事业委员、州空气资源委员会参与一道编制了《加利福
尼亚州电动汽车和电网协同路线图——电动汽车作为电
网资源》加利福尼亚州电力调度中心等 2014,要 求
整车厂、充电运营商、电网企业等必须采用公开协议,
而非自定义的私有协议,避免在行业发展早期形成市场
垄断。
英国交通运输部(2019)则要求,所有新增的非公共充电
桩必须支持有序充电。为此,英国计划在国家标准中强制
所有充电设备在出厂时安装能够与本地智能电表通信的设
备,通过智能电表接受电网调度,执行有序充电。
为推动国内及早筹划与建立支持车网协同的通信协议体系,本研
究通过梳理和对比国内外通信协议进展及经验,提出国内完善支持车
网协同的通信协议的建议。本研究探讨的通信协议仅指应用层协议,
物理层及数据链路层的通信协议(见专栏一)不在讨论范畴。
车网协同的通信协议体系
支持车网协同的通信协议体系由车--网的一系列通信协议组
成(表1包括:
-桩通信协议,为车辆充电协议,如中国的充电相关国
家标准、欧美的CCS标准、日本的CHAdeMO标准等。
-充电运营商或负荷集成商通信协议,简称桩-充电运营
商通信协议,负责桩与充电运营商(或负荷集成商)之间
的通信。
电网-分布式资源通信协议,负责电动汽车与电网、充电
桩与电网、充电运营商(或负荷集成商)与电网之间的通
信。另外,该协议也可用于车网协同的另一模式——电动
汽车充换电站与电网协同中。
其中,车-桩通信协议称为前端协议,桩-充电运营商和电网-
分布式资源通信协议统称为后端协议。后端协议之间在功能上存在
重合,为车网协同协议选择提供了更多的余地。
1 | 国内外车网协同相关通信协议梳理
类型 车网协同
应用
通信协议
国外标准 中国标准
前端协议 -桩通信协议 配网侧
全网侧
IEC 61851-24《电动汽车和充电桩之间直
流充电控制数字通信》
SAE J1772《电动及插电混合动力汽车传
导式充电接口》(
北美地区
ISO/IEC 15118-2《电动汽车和电网间的通
信接口》
CHAdeMO 2.0《电动汽车快速充电标准》
日本
GB/T 18487《电动汽车传导充电系统》
GB/T 27930《电动汽车非车载传导式充电
机与电池管理系统之间的通信》
后端协议
-充电运营商通
信协议
配网侧
全网侧
OCPP《开放充电协议》
IEC 63110《管理电动汽车充放电基础设
施的协议》
运营商自定义的私有协议
T/CEC 102《电动汽车充换电服务信息交换》
电网 -分布式资源
通信协议 全网侧
OpenADR《开放式自动需求响应协议》
IEEE 2030.5《智能能源配置文件应用协
议》
电网自定义的私有协议
DL/T 1867《电力需求响应信息交换规范》
摘要:

工作论文|2021年4月|1工作论文建立电动汽车与电网协同的通信协议体系:国际经验借鉴、国内外对比与对策建议OPENCOMMUNICATIONPROTOCOLSFORVEHICLEGRIDINTEGRATIONINCHINA:GLOBALEXPERIENCESANDLOCALRECOMMENDATIONS引用建议:引用建议:薛露露(世界资源研究所)、熊英(中国电动汽车百人会)、朱晋(中国电动汽车百人会)著.建立电动汽车与电网协同的通信协议体系:国际经验借鉴、国内外对比与对策建议.2021.工作报告,北京:世界资源研究所.http://www....

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