CN113246782B - 一种直流充电桩的运行误差监测方法 - Google Patents

一种直流充电桩的运行误差监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于充电桩技术领域,具体涉及一种直流充电桩的运行误差监测方法。针对当前采用现场检定***对充电桩的运行误差进行检测的不足,本发明采用如下技术方案:一种直流充电桩的运行误差监测方法,所述直流充电桩的运行误差监测方法包括以下步骤:根据能量守恒定律建立关于交流侧供电电量、各充电枪用电量、固有损耗、充电桩AC‑DC转换模块能量转换效率、等效运行误差参数的方程;获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点的电量数据和充电桩能量转换效率;将电量数据和能量转换效率代入方程建立方程组,解方程组得到充电桩固有损耗电量和各充电枪等效运行误差参数。本发明的有益效果是:不需要现场检定,时效性高,可在线实时分析。

Description

一种直流充电桩的运行误差监测方法
技术领域
本发明属于充电桩技术领域,具体涉及一种直流充电桩的运行误差监测方法。
背景技术
在全球能源危机和环境危机严重的大背景下,我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展,充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施,具有非常重要的社会效益和经济效益。一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。
直流充电桩的基本原理是通过充电机的AC-DC(直流-交流)转换功能,将交流侧输入的交流电转换为直流侧输出的直流电,直流输出通过充电枪连接电动汽车,为电动汽车充电。一个AC-DC转换模块连接一个或多个充电枪,每个充电枪有电能量计量设备(即直流电表)计量输出电量。在充电桩的实际运行过程中,需要对充电桩状态进行检测。目前,针对充电桩计量点运行误差的监测方法主要为现场检定。
随着充电桩数量的不断增多,通过现场检定的方式对充电桩计量点进行监测的方案,势必带来工作量的几何倍数增加,研究新的、在线的、性价比高的充电桩运行误差监测技术与管理模式势在必行。
发明内容
本发明针对当前通过现场全检的方式确定直流充电桩运行误差,工作量大,检定周期较长的不足,提供一种直流充电桩的运行误差监测方法,以减少现场检测工作量,提升检测效率。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种直流充电桩的运行误差监测方法,所述直流充电桩的运行误差监测方法包括以下步骤:
步骤一、根据能量守恒定律建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块稳定工作时的能量转换效率、各充电枪等效运行误差参数的方程;
步骤二、获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个稳定工作计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率;
步骤三、将电量数据和能量转换效率代入方程建立方程组,解方程组得到充电桩固有损耗电量和各充电枪等效运行误差参数;
步骤四、将充电枪等效运行误差参数转换为充电枪运行误差;
步骤五、将充电枪运行误差与电表误差阈值进行比较,判断充电枪是否计量正常。
本发明的直流充电桩的运行误差监测方法,通过建立建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、等效运行误差参数的方程,在获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率后,即可计算得到等效运行误差参数,进而获得充电枪运行误差,根据当前电表运行误差阈值输出运行误差超差的充电桩。其中,充电枪运行误差包括AC-DC转换模块误差和充电枪计量误差,在正常情况下,AC-DC转换模块误差和充电枪运行误差都在正常范围内。并且,在AC-DC转换模块的整个生命周期内,虽然其效率会有衰减,但是衰减极其有限。在AC-DC转换模块未损坏的情况下,其效率的降低可以忽略。并且,在实际运行中,当出现较大异常时,往往是AC-DC转换模块损坏而非自然衰减过大。将AC-DC转换模块误差和充电枪计量误差作为一个整体进行判断,可行性更高、实用性更强。
作为改进,方程为:
Figure GDA0003566881580000021
式中,ε0为固有损耗,η为充电桩AC-DC转换模块能量转换效率,κi为各充电枪等效计量参数,φDC,i(j)为直流侧各充电枪电量,φAC(j)为充电桩交流侧供电电量,i为充电枪序号,N为充电枪数量,j为计量周期序号。
作为改进,方程组为:
Figure GDA0003566881580000022
式中,P为计量周期,P>N+1,
又有:
Figure GDA0003566881580000023
式中,dy(j)为转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量,
由于转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)可以由充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η得到,未知数仅有ε0和κi,将充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η代入方程组,即可求解得到各充电枪等效运行误差参数κi
作为改进,各充电枪运行误差εi由下式得到:
Figure GDA0003566881580000031
作为改进,交流侧供电电量φAC(j)通过读取设于交流侧的交流电表获得。
作为改进,直流侧各充电枪电量φDC,i(j)通过读取充电枪计量表获得。
作为改进,固有损耗ε0包括充电桩的计费、显示、通信模块。
作为改进,稳定工作计量周期指该计量周期内平均充电功率大于额定功率的20%,此时AC-DC转换模块的转换效率处于接近出场检定值的平稳值。
作为改进,充电桩AC-DC转换模块稳定工作(输出功率大于额定功率的20%)时的平均能量转换效率η稳定。充电桩实际工作中不同充电过程转换效率在检定值附近的波动等价于在方程组的转换效率列上加入一定噪声,不影响最终运行误差的有效性。
作为改进,充电桩AC-DC转换模块实际工作时的转换效率η相对出厂标定值的稳定偏差等效于运行误差的偏差,因此针对不同型号不同批次直流充电桩,可以通过出厂检定数据或定期抽检等其他测量方法获得当前计算时间范围内的充电桩稳定工作时转换效率。
作为改进,步骤二中,将获取的数据远程传输至服务器,实现远程在线监测。
作为改进,方程按照以下方式得到:
根据能量守恒定律,有:
交流侧供电电量=直流侧充电电量+固有损耗+(AC-DC)转换模块损耗电量 (1)
其中,充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η满足:
Figure GDA0003566881580000032
式(1)和式(2)联立得
(交流侧供电电量-固有损耗)*η=直流侧充电电量 (3)
记直流侧各充电枪真实用电量即直流侧充电电量为XDC,i(j),则式(3)可以表示为
Figure GDA0003566881580000033
同时有:
Figure GDA0003566881580000034
由式(5)得:
Figure GDA0003566881580000041
将式(6)代入式(4),得:
Figure GDA0003566881580000042
转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)为:
Figure GDA0003566881580000043
Figure GDA0003566881580000044
将式(9)和式(7)代入式(8),有:
Figure GDA0003566881580000045
联立式(8)和式(10),有
Figure GDA0003566881580000046
本发明的直流充电桩的运行误差监测方法的有益效果是:通过建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、等效运行误差参数的方程,在获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率后,即可计算得到等效运行误差参数,进而获得充电枪运行误差,将充电枪运行误差与当前电表运行误差阈值进行比较,输出运行误差超差的充电桩清单,作为现场检定或运检的待检清单。该分析方法时效性高,可在线实时分析,综合成本低。
附图说明
图1是本发明的直流充电桩的运行误差监测方法适用的直接充电桩的电路拓扑结构。
图2是本发明的直流充电桩的运行误差监测方法的实施例一的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明创造实施例的附图,对本发明创造实施例的技术方案进行解释和说明,但下述实施例仅为本发明创造的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,都属于本发明创造的保护范围。
参见图1和图2,本发明的一种直流充电桩的运行误差监测方法,所述直流充电桩的运行误差监测方法包括以下步骤:
步骤一、根据能量守恒定律建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、各充电枪等效运行误差参数的方程;
步骤二、获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率;
步骤三、将电量数据和能量转换效率代入方程建立方程组,解方程组得到充电桩固有损耗电量和各充电枪等效运行误差参数;
步骤四、将充电枪等效运行误差参数转换为充电枪运行误差;
步骤五、将充电枪运行误差与阈值进行比较,判断充电枪是否计量正常。
本发明的直流充电桩的运行误差监测方法,通过建立建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、等效运行误差参数的方程,在获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率后,即可计算得到等效运行误差参数,进而获得充电枪运行误差。其中,充电枪运行误差包括AC-DC转换模块误差和充电枪计量误差,在正常情况下,AC-DC转换模块误差和充电枪运行误差都在正常范围内。并且,在AC-DC转换模块的整个生命周期内,虽然其效率会有衰减,但是衰减极其有限。在AC-DC转换模块未损坏的情况下,其效率的降低可以忽略。并且,当出现较大异常时,往往是AC-DC转换模块损坏而非自然衰减过大。将AC-DC转换模块误差和充电枪计量误差作为一个整体进行判断,可行性更高、实用性更强。
实施例一
参见图1和图2,本发明实施例一的一种直流充电桩的运行误差监测方法,所述直流充电桩的运行误差监测方法包括以下步骤:
步骤一、根据能量守恒定律建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、各充电枪等效运行误差参数的方程;
步骤二、获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率;
步骤三、将电量数据和能量转换效率代入方程建立方程组,解方程组得到充电桩固有损耗电量和各充电枪等效运行误差参数;
步骤四、将充电枪等效运行误差参数转换为充电枪运行误差;
步骤五、将充电枪运行误差与阈值进行比较,判断各充电枪是否计量正常。
本实施例中,方程为:
Figure GDA0003566881580000061
式中,ε0为固有损耗,η为充电桩AC-DC转换模块能量转换效率,κi为各充电枪等效计量参数,φDC,i(j)为直流侧各充电枪电量,φAC(j)为充电桩交流侧供电电量,i为充电枪序号,N为充电枪数量,j为计量周期序号。
本实施例中,方程组为:
Figure GDA0003566881580000062
式中,P为计量周期,P>N+1,
又有:
Figure GDA0003566881580000063
式中,dy(j)为转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量,
由于转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)可以由充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η得到,未知数仅有ε0和κi,将充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η代入方程组,即可求解得到各充电枪等效运行误差参数κi
本实施例中,各充电枪运行误差εi由下式得到:
Figure GDA0003566881580000064
本实施例适用于充电桩内有交流侧计量点,且交流侧电量计量准确的的充电桩。本实施例适用于有一个或多个直流充电枪的充电桩,直流充电枪每个充电枪都有电量计量功能,为直流侧计量点。
本实施例中,交流侧供电电量φAC(j)通过读取设于交流侧的交流电表获得。
本实施例中,直流侧各充电枪电量φDC,i(j)通过读取设于各充电枪处的充电枪计量表获得。
本实施例中,固有损耗ε0包括充电桩的计费、显示、通信模块。固有损耗包括充电桩的计费、显示、通信等会消耗电能的模块,其耗电量较低且基本不变。
本实施例中,充电桩AC-DC转换模块稳定工作阶段的能量转换效率η是设备的固有属性,可通过出厂检定数据等方法获得。
本实施例中,步骤二中,将获取的数据远程传输至服务器,实现远程在线监测。
本实施例中,方程即式(11)按照以下逻辑得到:
根据能量守恒定律,有:
交流侧供电电量=直流侧充电电量+固有损耗+(AC-DC)转换模块损耗电量 (1)
其中,充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η满足:
Figure GDA0003566881580000071
式(1)和式(2)联立得
(交流侧供电电量-固有损耗)*η=直流侧充电电量 (3)
记直流侧各充电枪真实用电量即直流侧充电电量为XDC,i(j),则式(3)可以表示为:
Figure GDA0003566881580000072
XDC,i(j)为理论值,XDC,i(j)与实测值φDC,i(j)间存在以下关系:
Figure GDA0003566881580000073
由式(5)得:
Figure GDA0003566881580000074
将式(6)代入式(4),得:
Figure GDA0003566881580000075
将转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)设为:
Figure GDA0003566881580000081
Figure GDA0003566881580000082
将式(9)和式(7)代入式(8),有:
Figure GDA0003566881580000083
联立式(8)和式(10),有
Figure GDA0003566881580000084
本发明实施例一的直流充电桩的运行误差监测方法的有益效果是:通过建立建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率、等效运行误差参数的方程,在获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率后,即可计算得到等效运行误差参数,进而获得充电枪运行误差;不直接求解运行误差,而是先求解等效运行误差参数,再转换为运行误差,计算过程未引入其他近似条件,保证了计算结果的准确性;时效性高,可在线实时分析;本方法可在现有车联网或电网数据平台上实现与部署,实现成本低,且可实现在线监控。
以上所述,仅为本发明创造的具体实施方式,但本发明创造的保护范围并不局限于此,熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明创造包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明创造的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:所述直流充电桩的运行误差监测方法包括以下步骤:
步骤一、根据能量守恒定律建立关于交流侧供电电量、直流侧各充电枪电量、固有损耗、充电桩AC-DC转换模块稳定工作时的能量转换效率、各充电枪等效运行误差参数的方程;
步骤二、获取充电桩交流侧和直流侧各充电枪计量点在多个稳定工作计量周期内的电量数据和充电桩能量转换效率;
步骤三、将电量数据和能量转换效率代入方程建立方程组,解方程组得到充电桩固有损耗电量和各充电枪等效运行误差参数;
步骤四、将充电枪等效运行误差参数转换为充电枪运行误差;
步骤五、将充电枪运行误差与电表误差阈值进行比较,判断充电枪是否计量正常。
2.根据权利要求1所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:方程为:
Figure FDA0003566881570000011
式中,ε0为固有损耗,η为充电桩AC-DC转换模块能量转换效率,κi为各充电枪等效计量参数,φDC,i(j)为直流侧各充电枪电量,φAC(j)为充电桩交流侧供电电量,i为充电枪序号,N为充电枪数量,j为计量周期序号。
3.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:方程组为:
Figure FDA0003566881570000012
式中,P为计量周期,P>N+1,
又有:
Figure FDA0003566881570000013
式中,dy(j)为转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量,
由于转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)可以由充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η得到,未知数仅有ε0和κi,将充电桩交流侧供电电量φAC(j)、直流侧各充电枪电量φDC,i(j)、充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η代入方程组,即可求解得到各充电枪等效运行误差参数κi
4.根据权利要求3所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:各充电枪运行误差εi由下式得到:
Figure FDA0003566881570000014
5.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:交流侧供电电量φAC(j)通过读取设于交流侧的交流电表获得。
6.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:直流侧各充电枪电量φDC,i(j)通过读取充电枪计量表获得。
7.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:固有损耗ε0包括充电桩的计费、显示、通信模块。
8.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:充电桩AC-DC转换模块能量转换效率通过出厂检定数据获得。
9.根据权利要求1所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:步骤二中,将获取的数据远程传输至服务器,实现远程在线监测。
10.根据权利要求2所述的一种直流充电桩的运行误差监测方法,其特征在于:方程按照以下方式得到:
根据能量守恒定律,有:
交流侧供电电量=直流侧充电电量+固有损耗+(A C-D C)转换模块损耗电量 (1)
其中,充电桩AC-DC转换模块能量转换效率η满足:
Figure FDA0003566881570000021
式(1)和式(2)联立得
(交流侧供电电量-固有损耗)*η=直流侧充电电量 (3)
记直流侧各充电枪真实用电量即直流侧充电电量为XDC,i(j),则式(3)可以表示为:
Figure FDA0003566881570000022
同时有:
Figure FDA0003566881570000023
由式(5)得:
Figure FDA0003566881570000024
将式(6)代入式(4),得:
Figure FDA0003566881570000025
转换效率修正后的充电桩电量计量偏差量dy(j)为:
Figure FDA0003566881570000026
Figure FDA0003566881570000027
将式(9)和式(7)代入式(8),有:
Figure FDA0003566881570000031
联立式(8)和式(10),有
Figure FDA0003566881570000032
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