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毕业设计(设计)

英文文献翻译

Title:Interconnections and Communications of

Electric Vehicles and Smart Grids

电动汽车和智能电网的互连和通信

Sebastian Kauml;bisch
University of Passau
Chair of Distributed Information Systems

Anton Schmitt, Martin Winter, Jouml;rg Heuer
Siemens AG, Corporate Technology
Communication Systems amp; Control Networks

摘要：必须通过汽车和动力进行大规模的调查公司实现电动汽车和相应的基础设施。关于这个基础设施问题的关键挑战之一是面向未来的设置和部署智能电网的通用标准。充电过程需要电动汽车之间的通讯顺畅，动力强劲供应设备和智能电网。在这方面，不同充电位置，充电特性以及充电特性必须考虑几个车辆到电网的利益相关者。这个论文讨论了车辆到电网的整合并给出了一个对当前正在进行的工作假设的概述国际联合ISO / IEC车辆到电网的标准化通信接口（V2G CI）。此外，论文显示了这种通信接口的方法融入智能电网通信。第一个项目结果表明成功实施这种方法。

关键词：智能电网; ISO / IEC V2G CI;IEC61850

1.引言

电动汽车（EV）的实现不仅在于如何从根本转变建造车辆，更多的如何将其供应基础设施整合到动力中。然而，这需要一个标准化的界面，以便来自X的车辆可以在Y的位置充电。

现在介绍电动汽车时你可以说这不是第一个要解决的问题。 选择其中一个可用于其他电力领域的接口供应就足够了。 另一方面尤其如此。目前可用的电动汽车，其中有明显的限制他们的影响力，充电基础设施的可用性至关重要。充电基础设施投资只能有一个好处

如果互操作性和扩展性，则返回投资接口是有保证的。 因此电动汽车的市场引入超出专门的现场试验强烈依赖于标准一种化车辆到电网（V2G）接口。

这个V2G接口有哪些用例或更多一般充电？ 在接下来的几年中，电动汽车将被设想为

变得每个人都很平常。 起初，EV将仅用于小型距离旅行，例如开车上班。 它是然而，预计未来20年电动车也将如此适合长途旅行，取代传统车辆越来越多。 无论如何，要实现大众市场EV的充电过程必须如此简单连接任何其他电气设备。

特别是考虑到家里的充电，这将是一个主要的用例，EV是与其他电气设备不同。 负载，一个EV代表电网，正常情况要高得多今天家庭的能源消耗。 考虑到这一点30kWh的EV容量能够达到4人家庭几天。 同时也是EV应该可以充电过夜。

另一个用例是公共或车辆的车辆充电公共停车场等半公共场所。以考虑到用户不愿意控制复杂处理充电过程必须高度自动化。这包括授权，操作和自动化计费。 电能的计费不能直接映射到网格的电气连接点今天在家庭管理，因为电动汽车供应设备（EVSE）由许多消费者共享。 一个EV和EVSE之间的时间关联必须是当充电过程自动启动时插入充电电缆。

这些例子说明了一个标准化的界面如果引入EV，则需要电网到电网认真考虑。 由于负载的重要性同样明显的是界面必须提供能力平衡负载并提供进一步的功能，如验证以保持操作的简单性，例如对于公共或半公共部署。 关于用例如上所述，很明显V2G接口不仅仅是

电源但也是通信接口。

在本文中，我们将重点关注V2G通信界面标准化和研究EV的整合进入智能电网。 第二节包含对分析不同的利益相关者必须考虑到V2G接口的定义。 第三节描述了国际联合ISO / IEC中的当前工作假设V2G通信接口的标准化。 在第IV节中，可用智能电网技术的集成是

讨论和实施的实例，其中是在公共资助项目的背景下开发的在第五节中描述。最后一个基于的观点正在进行的项目和现场试验。

2. 车辆到网格的利益相关方

上面描述的用例已经导致了市场引进的利益相关者集团电动汽车，必须参与“简单”充电EV的过程不会增加EV的复杂性用户，刚刚用于插入连接器。 什么是现在参与收费过程的利益相关者？

在汽车方面，有可能有的汽车司机支付能量的不同选择，例如 现金，信贷卡，电子支付或基于合同的支付方式。此外，车主或车队运营商可能参与其中充电过程。 后者可以基于舰队运营商业模式也需要边管理帐户。 除了这两方也是汽车制造商，其中出售带有特殊移动服务的汽车，可能参与其中付款流程。

在公共或半公共场所旁边付款充电也需要充电过程的授权由所谓的身份提供者实施。 身份提供者也可以作为整体的交换所付款流程。 此外，客户直接面对与基础设施提供商，可能在公众设立一个支持无歧视供应的机构对EVSE的能量。 在这种情况下几个能源服务

提供者类型是可能的，通过这提供能源EVSE，如纯能源供应商，能源零售商或需求响应运营商，谁正在积极影响充电过程[1]。

在半公共区域，它可能是一个不同的情况例如停车场的所有者可能会收取费用停车并与能源供应商同时行动。因此，停车费和能源费用的混合可能不是对客户来说很明显。

除了可能至少有直接合同的各方每个充电时段（例如停车场）或更长时间（移动提供商），也是能源网络运营商必须的考虑。 这些通常在传输系统中分开运营商（TSO）和分销系统运营商（DSO）谁负责将能量运送到消费者。 EV和EVSE之间的接口不是直接的受这些参与者影响，但负载的可控性必须考虑他们的需求。 TSO可能希望有一个庞大的可控负载，以支持其辅助服务和DSO想要控制其能量的特殊区域的负荷网络保证电能质量。 因此后端计算EV的充电时间表的过程可以相当复杂。 参与收费的利益相关者过程和EV / EVSE的基本组成部分如图所示图1。

图1：车辆到网格界面 - 相关组件和利益相关者

确定了车辆到电网的相关角色方案问题是必须交换哪些信息EV与电网之间。

3.车辆到网格的通信接口

车辆到电网的ISO / IEC联合工作组通信接口（V2G CI）[2]专注于EV和EVSE之间的通信接口。 主要的工作组的目标是提供一个共同的标准描述V2G CI的数据和消息格式。 对于规范工作的各种用例不等已经研究了经济到技术方面的考虑。基于在此评估中，已经起草了一个通用架构，它描述了EV和EVSE中受影响的组件。 如EVSE可以作为信息路由器运行V2G CI还有EVSE之外的各种后端包含在说明书中。

在以下小节中，概述了一般定义的消息结构和消息模式为迄今为止在V2G CI工作草案中定义的ISO / IEC 15118-2。 消息通过IPv6交换基于PLC技术的链接。 XML的二进制序列化设想有效地交换和处理消息和此处理在此结尾处描述部分。

3.1消息结构

W3C XML Schema [3]用于定义消息格式关于结构和结构的约束预期的内容数据类型。 通用V2G消息结构基于3个被命名的元素V2G_Message，Header和Body（参见图2）。该V2G_Message元素是标识的元素基于XML的文档作为V2G消息并嵌入标题和正文元素。 Header元素包含通用信息与...没有直接关系特定的消息内容。 这种通用的例子信息是会话标识符，协议版本和政策/安全相关信息。 在Body元素内传输实际的消息内容。 这样的内容可以来自EV（客户端）的请求或来自的响应EVSE（服务器）。 不同的请求/响应消息内容

这些组件之间的模式显示在以下小节。

图2：V2G消息结构及其内容

3.2消息模式

一般来说，EV和EV之间的定期充电过程EVSE可以分为插入，服务发现，授权，电力发现，电力请求，支付，充电循环和拔出。 相应的数据必须进行交换是在V2G CI工作草案中定义的ISO / IEC 15118-2由几种消息模式组成。 图3给出概述序列图中定义的消息。基于此图，简要说明了模式：

• 服务发现：EV的第一条消息在建立IP链路后发送到EVSE用于发现可用的服务。 这些服务可以是收费服务，预处理汽车服务或其他增值服务。该服务的特征在于参数允许EV，例如基于个人资料信息选择适当的服务即使在收费没有任何用户交互的情况。
• 授权：如果EV选择了服务来自EVSE的授权请求是通过提供安全等方式建立和状态信息。 作为回报，EVSE通知关于授权成功的EV。
• Power Discovery：成功授权后EV转移其充电参数和向EVSE提供付款信息。 基于这些参数EVSE可以检查其充电情况与连接的EV兼容计算所需金额的价格表能源。 相应的响应包含有关权力结果的信息发现请求，计费参数EVSE，建议的收费表和定价表。
• 线锁：此消息模式用于锁定EVSE侧的连接器是为了防止无意中删除。 响应包含线路锁定指示不成功或成功。
• 动力传递：EV现在可以请求从EVSE切换电源和确认它将遵循的充电配置文件充电过程。 根据此要求，EV还接受具有的定价条件已在功率发现响应中传输。电力传递响应包括作为回报状态信息。
• 计量状态和计量收据：期充电过程，定期和交替订购计量状态和计量收据分别请求或发送。 这样一来确认消耗的功率EVSE已启用，这是该基础稍后开帐单。 另外还有定期计量状态交换也用于检查正确双方充电过程的操作。
• 电源关闭：EV的电源关闭消息请求停止EVSE上的电源这一方面将得到答复的确认信息。
• 行解锁：此消息模式用于解锁EVSE侧的连接器。 一个成功的反应将允许司机将EV从EVSE上拔下。

工作中定义了进一步的消息模式与收费过程没有直接关系的草案因此，本文不再进一步描述。

图3：V2G消息的序列图V2G消息的序列图

3.3 V2G消息的高效数据交换

必须通过汽车和汽车进行重大调查电力公司实现电动汽车的智能整合和相应的基础设施进入今天的电网。为了避免调查成本，未来证据的适用性嵌入式Linux中广泛支持的XML技术系统已经过评估。

嵌入式设备通常在内存使用和处理方面受到严格的资源限制能力。 在此上下文中使用V2G消息由于已知的原因，纯文本XML具有明显的缺点XML解析开销及其内存使用情况。 二进制XML通过计算有效的二进制文件解决了这个问XML的序列化。 根据最近的评估使用W3C的高效XML交换（EXI）[4]格式实现基于V2G的交互已成为工作假设。

EXI格式使用相对简单的语法驱动为广泛的方法实现非常有效的编码的方法用例范围[5]。 EXI规范描述了一个预定义过程如何构建模式信息转化为EXI语法。 这样做的原因是与XML相比，EXI语法处理起来要简单得多架构信息。 然而，解析可以以与XML相同的准确方式执行。基于XML的成功和有效使用通过EXI在嵌入式组件中进行通信——即使涉及小型微控制器 - 显示为[6]中的实例。

4. 将V2G CI映射到61850

到目前为止，已经描述了车辆到网格界面EV的视角。电子移动融入智能电网需要不同的观点：相反从EV到EVSE我们必须从视角出发EVSE的智能电网。如[7]中所述的智能分布式能源的网格整合是一个同质的建模各种不同的资源至关重要。由于规模的魔力这是实现集成的先决条件大量资源正在平衡每个资源其他这个和合理的费用。为达到这个分布式可变能量的均匀建模资源（DVER）模型是基于IEC引入的61850-7-420规范[8]。从这个应用程序开始我们在下面描述了EVSE如何映射的设置电力发现和充电操作的信息阶段进入DVER模型。这使得整合电动汽车或电动汽车车队成为大规模分布式虚拟电力工厂（VPP）作为智能电网的一部分。

4.1 IEC 61850架构模型的基础知识

IEC 61850 [8]使用分层模型来描述能量系统。 该模型包括以下组件：服务器提供对a的已定义通信访问电网中的专用组件。 对于每个服务器一定定义通信参数，例如IP地址和一个端口号。 服务器包含一个或多个逻辑设备，它提出了能源设施或部分能源的逻辑观点

它。可以为例如设置逻辑设备。风力发电厂或可控制的负载。

逻辑设备包括一定量的逻辑节点（LN），描述设备的某些部分方面。例如，组合的热能发电机包含LNslsquo;motor和lsquo;heat store。 IEC 61850描述了LN by名称和复杂的数据类。 在数据类中的某些数据LN的值已定义。 有四种类型的数据值：

• 状态信息：描述状态的数据逻辑节点; 状态信息是只读的
• 设置：可更改的配置值
• 测量值：可读值
• 控制：提供进行切换的可能性在设施中的操作

数据类可以按层级顺序构建。另外，数据类可以包含数据属性是原始数据类型还是组合数据类型。 例如，一种原始数据属性可以包含测量值本身，相应的单位，以及实际的时间戳。 更多在IEC中可以找到这种层次结构的例子61400-25-4 [13]。

4.2 DVER的IEC 61850扩展

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