基于F值評(píng)分法的新能源汽車公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

摘 要： 為了規(guī)范公共充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理，消除充電安全風(fēng)險(xiǎn)和防范安全隱患，提出一種基于F值評(píng)分法的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。首先，通過(guò)調(diào)研分析不同類型的公共充電設(shè)施的實(shí)際運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，從而獲取充電設(shè)施的典型風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn);其次，構(gòu)建充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，確定充電設(shè)施的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)制定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;最后，隨機(jī)選取上海市的10個(gè)新能源汽車公共充電設(shè)施，開展充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并利用F值評(píng)分法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，所提方法具有極大的實(shí)用性和可操作性。

關(guān)鍵詞： F值評(píng)分法; 新能源汽車; 公共充電設(shè)施; 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類號(hào)： TM910.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 2095-8188（2024）12-0063-06

DOI： 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.12.011

Safety Risk Assessment of Public Charging Infrastructure for New Energy Vehicles Based on F-score Scoring Method

QIAN Yongsheng^1，2

［1.Shanghai Electrical Equipment Testing Institute Co.， Ltd.， Shanghai 201401， China;

2.Shanghai Electrical Science Research Institute（Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200063， China］

Abstract： In order to standardize the operation and management of the public charging infrastructure，eliminate the charging safety risks and the prevent security risks.A security risk assessment method based on F-value scoring is presented.Firstly，through the investigation and analysis of the actual operation status of different types of public charging infrastructure，the typical risk points of charging infrastructure are obtained.Secondly，the safety risk assessment model of charging infrastructure is constructed，and the important evaluation indicators of charging infrastructure are determined to develop the evaluation index system.Finally，10 public charging infrastructures of new energy vehicles in Shanghai were randomly selected to carry out the safety risk assessment of charging infrastructure，and the F-value scoring method was used for comprehensive evaluation.The results show that the method has great practicability and operability.

Key words： F-score scoring method; new energy vehicles; public charging infrastructure; security risk assessment

0 引 言

隨著全球電氣化進(jìn)程的不斷加快，新能源汽車滲透率迅速提升，帶動(dòng)其配套的充電基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展。然而，新能源汽車數(shù)量爆發(fā)式增加帶來(lái)充電設(shè)施安全問(wèn)題增多^［1］。一方面，公共充電場(chǎng)站中的充電設(shè)備涉及上、中、下游的供應(yīng)商，產(chǎn)品質(zhì)量很難控制，對(duì)于充電安全造成很大影響，制約整個(gè)充電產(chǎn)業(yè)的升級(jí)改造及后續(xù)發(fā)展;另一方面，充電場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)企業(yè)的安全管理和服務(wù)水平不高，間接阻礙未來(lái)新能源汽車的發(fā)展。因此，對(duì)新能源汽車充電場(chǎng)站進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提升充電場(chǎng)站的運(yùn)營(yíng)能力，是提升新能源汽車核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措。新能源汽車公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是通過(guò)建立一套完整科學(xué)高效的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系對(duì)公共充電設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

新能源汽車公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一種綜合分析充電設(shè)施安全狀況，建立充電設(shè)施安全評(píng)估模型及安全評(píng)價(jià)體系，確定影響安全的關(guān)鍵評(píng)級(jí)指標(biāo)，通過(guò)F值評(píng)分法得到綜合得分進(jìn)而判斷充電設(shè)施安全狀態(tài)的方法。高德欣等^［2］提出一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和雙向門控循環(huán)單元（BIGRU）的電動(dòng)汽車充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警方法，對(duì)電動(dòng)汽車正常充電歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行CNN深度挖掘和特征數(shù)據(jù)提取，并利用BIGRU對(duì)深層特征進(jìn)行充分分析和利用，構(gòu)建電動(dòng)汽車的溫度預(yù)測(cè)模型。王太勇等^［3］提出一種雙向長(zhǎng)短期記憶（LSTM）網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)框架，同時(shí)引入注意力機(jī)制對(duì)提取特征的權(quán)重參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并利用歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備智能故障診斷。李翟嚴(yán)等^［4］提出一種反向?qū)W習(xí)狀態(tài)空間模型演化算法，將其應(yīng)用于充電樁的故障診斷與預(yù)測(cè)，可進(jìn)行反向?qū)W習(xí)自適應(yīng)診斷。王鵬等^［5］提出一種基于深度脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車充電安全狀態(tài)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)粒子群算法對(duì)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度優(yōu)化，并利用充電數(shù)據(jù)信息來(lái)判斷是否處于安全狀態(tài)。于暢^［6］提出一種基于不確定層分析法的電動(dòng)汽車充電樁健康狀態(tài)綜合評(píng)估模型，采取無(wú)量綱處理和集值統(tǒng)計(jì)法，將各指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，確定充電樁健康狀態(tài)等級(jí)，并利用實(shí)例驗(yàn)證和對(duì)比分析充電樁健康狀態(tài)綜合評(píng)估模型及算法。許笑等^［7］基于數(shù)據(jù)挖掘的主成分分析算法對(duì)直流充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電壓、電流、溫度等）進(jìn)行特征挖掘，并分析各層故障源和具體故障類型之間的內(nèi)在關(guān)系。趙公豪等^［8］以基于灰色關(guān)聯(lián)度的專家經(jīng)驗(yàn)判斷，通過(guò)綜合賦權(quán)方法來(lái)改進(jìn)指標(biāo)權(quán)重不確定問(wèn)題，并驗(yàn)證該方案的可行性和正確性。高輝等^［9］從充電安全因素的視角出發(fā)，對(duì)充電安全影響因素進(jìn)行詳細(xì)分類，歸納預(yù)警模型精度與預(yù)警誤差等評(píng)估指標(biāo)，并基于真實(shí)的充電訂單數(shù)據(jù)與工單數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行整體評(píng)估與對(duì)比分析。陳志謙等^［10］通過(guò)安裝在線路上的配套監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)獲取線路電流，采用實(shí)值深度置信網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法分析竊電狀態(tài)數(shù)據(jù)，提高檢測(cè)效率。

在以上這些方法中，深度學(xué)習(xí)方法需要基于大數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到深度學(xué)習(xí)模型的特征權(quán)重，訓(xùn)練樣本過(guò)多或過(guò)少都會(huì)影響訓(xùn)練效果，不具備一定的魯棒性。同時(shí)，目前針對(duì)充電設(shè)備或充電安全進(jìn)行的狀態(tài)評(píng)價(jià)研究較多，但對(duì)公共充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)一體化評(píng)估的研究還比較少。

F值評(píng)分法是一種運(yùn)用多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷評(píng)估對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)方法。該方法避免引入某個(gè)單因子較高時(shí)，使得評(píng)價(jià)對(duì)象的整體評(píng)價(jià)較高，可以合理地反映評(píng)價(jià)對(duì)象狀況，根據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)原則確定等級(jí)類型，其使用便捷、結(jié)果直觀，得到了廣泛應(yīng)用^［11］。F值評(píng)分法對(duì)樣本數(shù)量要求不高，可應(yīng)用于新能源汽車公共充電設(shè)施狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少的情況。

本文提出一種基于F值評(píng)分法的新能源汽車公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。整體分為3個(gè)階段：首先，在前期場(chǎng)站調(diào)研和數(shù)據(jù)采集階段，對(duì)日常充電設(shè)施檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;其次，構(gòu)建充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，確定充電設(shè)施的危害類型，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別類型來(lái)確定充電設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分規(guī)則，制定重要關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;最后，選取上海市10個(gè)新能源汽車公共充電設(shè)施場(chǎng)站，驗(yàn)證充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案可行性，并得到電動(dòng)汽車充電設(shè)施場(chǎng)站的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與安全隱患問(wèn)題。

1 充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

1.1 充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程和內(nèi)容

充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)是指充電設(shè)施的某些功能失效或技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求而引起或可能引起人身?yè)p害或財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)，是發(fā)生在某一特定危險(xiǎn)情況中可能性和后果的組合。在安全生產(chǎn)領(lǐng)域，能源基礎(chǔ)設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)一般是指可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況及后果的嚴(yán)重程度，事故后果越嚴(yán)重，安全風(fēng)險(xiǎn)越大^［12］。

根據(jù)歷史現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析充電設(shè)施各組成系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)程度以及潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，并針對(duì)不同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)采取不同的應(yīng)對(duì)措施，可有效地規(guī)避與預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)。充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程就是對(duì)充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)的不確定性進(jìn)行定量分析。充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程主要分為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估3個(gè)階段。充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程和內(nèi)容如圖1所示。

1.2 充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

新能源汽車公共充電設(shè)施主要包含充電場(chǎng)站和充電設(shè)備。首先，充分考慮充電設(shè)施實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、運(yùn)營(yíng)管理和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)調(diào)研分析，同時(shí)參考現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，選取安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的關(guān)鍵特征指標(biāo);其次，確定充電設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的危害類型^［13-14］，主要是電氣危害（觸電或電擊等）、熱危害（接觸電阻過(guò)大或因著火后的高溫?zé)隣C傷等）、機(jī)械危害（外殼或運(yùn)動(dòng)部件）等，利用風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)類型來(lái)確定充電設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分規(guī)則，并對(duì)于可能存在不合理的指標(biāo)進(jìn)行專家意見征詢修正;最后，得到具有代表性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

本文主要從充電場(chǎng)站和充電設(shè)備2個(gè)角度對(duì)充電設(shè)施安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系如圖2所示。

1.3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)則

由于充電設(shè)施的單因子安全風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)值和單位并不統(tǒng)一，因此有必要制定一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。按照單風(fēng)險(xiǎn)因子的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與傷害程度分級(jí)可劃分成5個(gè)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，分別對(duì)應(yīng)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和極高風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)風(fēng)險(xiǎn)是指該充電設(shè)施的某一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子或整體質(zhì)量都是合格的，是沒有風(fēng)險(xiǎn)的;其他的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是其相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因子的檢查結(jié)果與相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，進(jìn)而判斷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)^［15-16］。

由于充電設(shè)施依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試結(jié)果的呈現(xiàn)形式不同，主要分為2類：一類是具體數(shù)值的測(cè)試結(jié)果，如絕緣電阻、接地電阻、穩(wěn)流穩(wěn)壓精度等;另一類是非具體數(shù)值的測(cè)試結(jié)果，僅為是否合格，如充電模式和連接方式檢查、IP等級(jí)、顯示功能、急停功能、鎖止功能、開門保護(hù)等。因此，為了保證數(shù)據(jù)分布的均勻性和歸一性，針對(duì)檢測(cè)結(jié)果是具體數(shù)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，確定數(shù)據(jù)分布密集的數(shù)據(jù)區(qū)間［m，n］，然后5等分此區(qū)間，得到5個(gè)等級(jí)的分界值。針對(duì)檢測(cè)結(jié)果不是具體數(shù)值的指標(biāo)，將其分為“0”型指標(biāo)（等級(jí)Ⅰ）和“1”型指標(biāo)（等級(jí)Ⅴ），其中，假設(shè)屬于外在安全項(xiàng)目，不會(huì)造成用戶人身安全的危害，但也會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，這一項(xiàng)指標(biāo)一旦不合格就將其定為Ⅲ級(jí)^［17］。具體數(shù)值或非具體數(shù)值的指標(biāo)超過(guò)合格判定的不合格項(xiàng)目表示充電設(shè)施具有潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)人身及財(cái)產(chǎn)造成傷害和損失。充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估規(guī)則如表1所示。

2 F值評(píng)分法

考慮到實(shí)際場(chǎng)站評(píng)估的復(fù)雜性，采用F值評(píng)分法，其是一種原理相對(duì)簡(jiǎn)單、計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便、評(píng)估結(jié)果相對(duì)直觀的評(píng)價(jià)方法^［18-20］。充電設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估規(guī)則如表1所示;單風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)分值如表2所示。根據(jù)表1確定的單風(fēng)險(xiǎn)因子風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合表2規(guī)定的單風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)分值，分別確定單風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估分值Fi。再按式（1）和式（2）計(jì)算綜合評(píng)估分值F。

F=F—2+Fmin22（1）

F—=1n∑ni=1Fi（2）

式中： F———單風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估分值的平均值;

Fmin——單風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估分值的最小值。

綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估分值如表3所示。按表3進(jìn)行綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分。

3 案例分析

本文案例隨機(jī)選取上海市普陀區(qū)和長(zhǎng)寧區(qū)10個(gè)新能源汽車公共充電設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，涉及充電設(shè)備總數(shù)量83臺(tái)，其中交流樁8臺(tái)、直流樁75臺(tái)。通過(guò)評(píng)估人員現(xiàn)場(chǎng)勘探和檢測(cè)評(píng)估，在10個(gè)場(chǎng)站中發(fā)現(xiàn)1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅲ，9個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅱ。10個(gè)公共充電設(shè)施場(chǎng)站的F值評(píng)分法評(píng)估結(jié)果如表4所示。

由表4可知，F(xiàn)＜4.25，公共充電設(shè)施場(chǎng)站中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)1個(gè)，占比10%;F＜7.20，公共充電設(shè)施場(chǎng)站低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)9個(gè)，占比90%。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估人員記錄數(shù)據(jù)可知，10個(gè)公共充電設(shè)施場(chǎng)站中，有10個(gè)場(chǎng)站的場(chǎng)站標(biāo)志標(biāo)識(shí)、消防安全不合格，有8個(gè)場(chǎng)站外觀檢查、設(shè)備標(biāo)志檢查不合格，有7個(gè)場(chǎng)站接地電阻和防雷檢查不合格。10個(gè)公共充電設(shè)施場(chǎng)站的問(wèn)題匯總?cè)绫?所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著全國(guó)各省份不斷積極建設(shè)和完善充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，公共充電設(shè)施的數(shù)量急劇增加。新能源汽車公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于在運(yùn)的充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理和退役改造具有一定的意義。相較于深度學(xué)習(xí)方法，本文采取的F值評(píng)分法使用便利、計(jì)算方便和無(wú)須大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可根據(jù)相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)類型得到綜合評(píng)分值，在各指標(biāo)安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)明顯、超標(biāo)指標(biāo)較多或者沒有超標(biāo)指標(biāo)的情況下可以較合理地反映安全風(fēng)險(xiǎn)狀況。但若只有一項(xiàng)指標(biāo)值偏高時(shí)，即使其他指標(biāo)值低，綜合評(píng)價(jià)值也會(huì)偏高。因此，在實(shí)際運(yùn)用中，可以引入評(píng)價(jià)因子權(quán)重指數(shù)，減少人為評(píng)定的偶然性。通過(guò)結(jié)合上海市公共充電設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，驗(yàn)證了該方法具有極大的實(shí)用性與可操作性。

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收稿日期： 20241020