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

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薛露露 熊英 朱晋 著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。“工作论文”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 ................................................................... 1Executive 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-桩-网互联的开放、标准化的通信协议体系。通过国内外车-桩-网通信协议的对比，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，建立统一的电网-分布式资源标准，系统提高车-桩-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 SUMMARYThe rapid penetration of plug-in electric vehicles (PEVs) and charging infrastructure entails the need of harnessing PEVs’ load flexibility 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（2021—2035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-桩-网不同主体间的信息交互隔阂。建立互操作性强的车-桩-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-桩-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