摘要
能源互联网生态体系的发展方兴未艾，不断推陈出新，其中电动汽车技术和物联网技术的融合催生了智慧车联网技术，智慧车联网领域可以看作能源互联网概念在传统车联网定义基础上的外延。智慧车联网系统的应用，将有助于减少弃风弃光现象，提高新能源利用率，提升用户体验与收益，促进清洁能源替代和电能替代。车联网技术与能源网、交通网高度融合，将具有巨大的成长空间。针对基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系进行系统性的梳理，主要包括：多种基础设施网络综合的体系架构、多方参与主体在体系架构下的运行方式、围绕电动汽车业务领域构建的能量信息市场中的交易机制和类型、支撑基于充电网络与车联网平台的生态体系高效运行所需的技术方案。该生态体系中信息和能源的互通与融合，面向多角的高效便捷的电能调度，面向多场景的能源优化配置和精准控制在文中均有涉及。
关键词：车联网；能源互联网生态体系；运行方式；交易机制；技术方案
0 引言
为应对持续增长的能源缺口和环保要求，电动汽车的发展得到世界各国的广泛关注和重视。发展电动汽车产业优势颇多，如促进用电市场需求侧改革，提供电力系统备用调峰调频资源，融合互联网技术、物联网技术创造经济发展新增长、新业态、新机遇，促进经济社会“再电气化”。在这样的背景下，能源互联网应用于电动汽车领域方兴未艾[1-3]。中国在电动汽车产业发展上布局早，目标性强，积极提出“两个替代”战
略，将发展电动汽车产业作为推进能源革命的重要举措。中国的电动
汽车产业经过十几年的发展，完成了从学习西方经验到自我建立体系的过程，在自主研发、设计制造等多个领域，实现了关键技术的国产化，同时在一部分高精尖技术上到达了世界顶尖设计水平和制造水平，产业发展优势明显。面向电动汽车领域与能源互联网领域融合发展，推动电动汽车领域资源集，中国国家电网公司已经建成全球规模最大、功能最全的开放式智慧车联网平台，接入充电桩17万个，其中整体接入共享小区845个，注册用户超过80万人[4]。
目前已有的车联网架构是以移动互联网架构为基础构建而成的，包括车与车进行通信的网络、车与车内设备通信的网络以及车与其他移动进行通信的网络，通过车联网架构，各个移动设备终端（如人、车、路、信号灯、数据中心等）可以按照规定的数据交换协议和通信协议进行信息的传递。以移动互联网架构为基础的车辆网是一个只能进行信息交互和处理的系统，在整体架构上缺少能源服务思维，且未能将能量的转换、存储、传输融入到信息的互动中。本文提出的基于充电网络与车联网平台的能源互联网体系架构，能够通过将充电网络、能源实体和车联网平台在信息层面与能量层面进行深度融合，从而实现创新模式下的能源运营，为充电网络与车联网平台规模化发展和商业模式创新提供基础。
1 基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系架构
基于能源互联网物理层、信息层和应用层的三层典型架构[1-2,5]，结合电动汽车充电网络与车联网平台，
设计基于充电网络与车联网平台的能源互联网体系架构，如图1所示。
1.1 物理层：充电网络
电动汽车充电网络通常是指配电网中电压等级在10 kV以下，由充换电站、充电桩等节点以及连接这些节点的电网[6]所组成。充电网络作为能源互联网典型三层架构中的基础层（即物理层），可为未来大规模电动汽车接入提供完善的基础设施条件[7-8]。具体来讲，充电网络节点包含以下几种类型。
图1 基于充电网络与车联网平台的能源互联网体系架构
Fig.1 Energy internet architecture based on charging and vehicular network platforms
汽车互联网
1）智能充放电桩：能够智能调节充放电功率、充放电时间，优化配置充电资源，合理调度电动汽车有序充电，在满足电动汽车用户电能需求的基础上，通过有序充放电的调控，实现电动汽车与电网的友好互动[9-10]。
2）含储能的快速充电站：满足电动汽车的紧急快速充电需求，通过站内的储能系统平抑电动汽车快速充电的间歇性高功率负荷，能够有效降低电动汽车快速充电对接入局部电网的冲击[11-13]。
3）含光伏等分布式发电的充电站：利用电动汽车充电负荷的可调性，消纳白天光伏出力高峰时期的电力，平抑分布式光伏的出力波动，促进清洁能源消纳，降低电动汽车的用电成本[11,14-16]。
4）灵活性充换电站：可用于公交车、物流车等具有相对固定行驶路线。耗用电量较大的电动汽车，可以采用换电站进行电能补充[7]。
5）电动汽车无线充电设施：采用电磁感应技术，主要设施埋在地下，不仅节约充电设施用地，且不需要人工插拔充电，充电将更加方便[17]。
1.2 信息层：车联网平台
基于充电网络与车联网平台的能源互联网体系架构中[18-19]，车联网平台作为信息层是连接物理层、支撑应用层的重要环节，起着承上启下的关键作用[20]。车联网平台实现了不同系统间的信息共享，将信
息和能量通过信息物理融合系统紧密耦合，信息流将贯穿于能源互联网的全生命周期[6,20-21]，包括规划、设计、建设、运营、监控、维护、资产管理和资产评估与交易等。信息层包含如下主要实体。
1）数据中心：基于数据信息的增值能够提供创新性的服务。包括按照容量、用户数量、采集周期频度等进行分类，在标准化的车联网平台上进行数据共享。
2）监控中心：中国国家电网公司现已通过车联网平台，建立起一套覆盖全国的监控体系，从上到下分层为“全国—省—地市—站—桩”，该体系可以实时监控各级网络的运行状态。
3）交易结算中心：伴随电力市场的逐渐完善，各类电动汽车与电网互动的技术和商业模式将逐渐成熟，电动汽车将友好的与电网进行信息与能量互动，参与电力集中交易和电力市场辅助服务。
4）手机APP：在移动互联网时代，为用户提供方便快捷的信息服务和能源服务窗口，既为用户提供便携的功能需求，同时增加了用户粘性。
1.3 应用层：云服务
基于充电网络与车联网平台的能源互联网体系架构中[22]，应用层主要是为电动汽车的发展提供各类云服务。主要包括充电服务云、汽车服务云、能源服务云和增值服务云于一体的综合云平台[23]，可实现充电服务、充电设施运营、运维、设备接入、用户支付、清分结算、电动汽车租售、出行服务、增值拓
展、行业用户综合服务全环节智能化等功能[24-25]，为用户提供更为丰富的应用价值[8,10]。
中国国家电网公司充分利用“大云物智移”技术，建设智慧车联网云平台，可接入超过100万个充电桩，同时服务300万客户[26-27]。通过与多家运营商互联互通，接入充电桩近17万个，占全国公共充电桩的90%，成为全球充电桩接入数量最多、充电功率最大的运营平台，如图2所示。