付丽

【摘 要】电动汽车有序充电过程是建立在电动汽车与充电站信息交互的基础上的，在信息交互中会涉及到用户的位置信息、行驶路线、车辆信息等，这些信息一旦被具有背景信息的攻击者截取，很容易造成用户的隐私泄露。因此，电动汽车有序充电涉及的信息安全问题也需要深入研究。本文围绕电动汽车有序充电策略和与充电站交互过程中的信息安全问题，提出了相应的优化策略和解决方案。

【关键词】规模化;电动汽车;有序充电;策略优化

1电动汽车有序充电优化策略研究现状

为最大限度的降低电动汽车无序充电负荷给配电网的造成的不利影响，对规模化电动汽车的充电负荷进行有序充电优化控制至关重要。近年来，国内外学者关于电动汽车充电负荷有序充电优化策略的研究工作大都体现在以下三个方面：一是從用户角度提出优化充电策略，在充分分析汽车的行驶特点和充电负荷的分布规律前提下，通过分时电价划分原则，在满足用户充电需求的基础上，使得充电费用最低;二是从电网的角度提出的优化充电策略，其目标是通过建立以负荷峰值最小、系统负荷波动最小或网损最小等为目标函数对电动汽车充电行为进行调度以达到电网运行最优的目的。三是将电动汽车作为分布式储能电源向电网回馈电能（，V2G），其方法是通过与风、光等可再生能源发电、储能装置以及可控负荷一起进行协调优化调度以放电形式与电网进行双向能量交换，从而达到减小充电负荷对配电网的影响、发掘电网经济效益的目的。

2规模化电动汽车有序充电策略优化

2.1基于时空约束的电动汽车有序充电引导策略研究

为了简化计算，假设电动汽车的行驶距离为电动汽车到充电站的直线距离;假设不考虑剩余电量和车辆类型的影响，所有的电动汽车的充电时间是电池容量从20%至100%所用时间;假设不考虑道路交通状况的影响，所有电动汽车的平均行驶速度相同;假设不考虑用地条件和投资规模的限制，所有充电站内充电桩的数目为定值。本节主要对电动汽车有序充电选择策略分析，并在此基础上建立了充分考虑电动汽车充电行驶路径、电动汽车充电站内排队等待时间和电动汽车充电过程的充电行为总用时最短的的充电选择数学模型。电动汽车选择充电站时可能面临两种不佳状况：①若只考虑距离最近的充电站，可能会因为充电站中同时服务的电动汽车过多而产生等待情况;②若优先考虑其他可能处于空闲状态或排队很少的充电站，如果路程比较远，行驶时间就会较长。这两种方案都可能存在耗时长的问题，会影响用户的正常出行。为了解决以上问题，提出了综合考虑充电站的排队情况和电动汽车与充电站的距离长度，提出了一种最佳充电站选择策略，该策略是以交通网信息和电动汽车定位信息为基础，使电动汽车在最短时间内完成充电行为。通过对电动汽车充电行为全过程进行数学建模、理论分析和数值仿真，研究表明，与采用就近充电选择策略相比，本节所提出的充电选择模型TSCSM能够有效缩短用户获得充电服务的时间，提高用户的出行便利性，有利于电动汽车的规模化发展。但随着全球对电动汽车的关注热度的提高，未来电动汽车的数量将是极大的。

2.2基于聚类的大规模电动汽车有序充电调度策略优化

电动汽车的大规模充电对于电动汽车有序充电控制的计算能力要求较高，而且要求实时信息及时准确的传递。这要求充电站在短时间内考虑各方面约束，处理较多数据，得出最优的有序充电协调控制策略。为了简化大规模电动汽车充电调度策略的计算，本文对电动汽车充电调度的应用场景做出如下假设：（a）充电站。将某区域内位置上相近的分散充电桩视为一个虚拟充电站，充电站内有若干充电桩接有充电头可供充电，不区分快慢充的时间影响。（b）待充电车辆。区域内某时刻共有待充电汽车N辆，假设不考虑剩余电量和车辆类型的影响，所有的电动汽车的充电时间是电池容量从20%至100%所用时间。建立准确的大规模电动汽车充电调度数学模型是有效求解问题的基础，针对模型寻找合适的求解方法是解决大规模电动汽车充电调度问题的关键，本节主要介绍大规模电动汽车充电调度数学模型及其优化算法。通过对电动汽车充电行为和充电站的利用率进行数学建模、理论分析和数值仿真，研究表明，相比较于对每个电动汽车使用遗传算法求解，本文所提出的电动汽车聚类方法能够更快地向用户提供最佳的充电站，提高用户的出行便利性，有利于电动汽车的规模化发展。

2.3电动汽车有序充电过程安全策略设计

电动汽车有序充电是结合电动汽车自身情况和充电站信息引导电动汽车选择充电地点或者向电动汽车提供最佳充电地点的过程。A.车载终端与充电管理中心建立通信连接，具体步骤包括：在传输层和应用层之间应用重新设计的SSL握手协议，用于保障数据的机密性、完整性，并且实现电动汽车车载终端和充电管理中心的身份认证。使用SSL握手协议在握手过程中完成对通信双方的身份认证，协商即将使用的加密算法，该握手协议是在数据传输之前完成。B.充电管理中心接收充电请求，具体内容包括：在电动汽车车载终端与充电管理中心之间建立连接之后，开始数据传输过程。电动汽车用户通过电动汽车车载终端向电动汽车充电管理中心网关发送经过公钥加密并封装成帧的充电请求，充电管理中心网关接收用户的充电请求并解密，然后传送至管理系统的计算中心，充电请求包括：电动汽车用户身份信息、用户的地理位置、剩余电量、车型等信息。其中，对充电请求数据加密使用的是IPSec协议的基本协议ESP协议，该协议可为数据包提供加密功能。采用隧道方式包括IP数据包，可对IP数据包整体采用安全方法。原始IP数据包的IP头和IP包数据载荷都被加密封装成新数据包的数据，在加密后的IP数据报前面添加加密算法用到的初始化向量IV，新数据包还将添加新的IP头，ESP报头和ESP完整性校验ICV。C.充电站侧信息获取，具体步骤包括：C1.充电管理中心的计算中心接收到充电请求信息后，计算出电动汽车可行驶范围，并在GIS地图中找到可行驶范围内的所有充电站，记录编号ID并排成列表。特别地，GIS地图上会标明各个充电站的编号ID和位置，当然，GIS地图会定时更新。C2.充电管理中心向数据中心发送访问请求，访问请求包括：充电站编号ID、充电站地址、站内剩余车辆数、站内充电桩状态（在充和空闲数量）。C3.数据中心的防火墙对来自充电管理中心的访问请求数据包的源/目的IP地址、源/目的端口进行检测，如果访问合法，则从数据库服务器中查询列表中的充电站数据，并将查询结果返回至充电管理中心网关，充电管理中心网关接收信息并传送至计算中心。如果访问不合法，则直接拒绝服务。D.计算结果反馈至车载终端，具体步骤包括：D1.充电管理中心计算中心接收充电站数据后，结合充电请求数据，根据算法计算出符合用户需求的充电站，并将其按照充电总时间大小排序。D2.将计算出的充电站推荐信息通过网关打包发送至车载终端，充电站推荐信息包括：充电站名称、充电站地址、充电预计最短时间。

3结束语

电动汽车的规模化发展不仅能改善环境污染、化石能源短缺等问题，而且相比于高油价，低廉的电价使出行成本更低。但随着电动汽车的推广普及，规模化电动汽车接入电网的无序充电行为会给电网的安全稳定和充电设施的使用带来新的困难和挑战，电动汽车有序充电策略的研究具有重要的理论和现实意义。

参考文献：

[1]郭春林，于鹏，付金彦，杨万清，贾东明.规模化电动汽车有序充电对居民区配电网的影响[J].电力建设，2015，3607：94-100.

（作者单位：国网山西省电力公司大同供电公司）