淺談新能源電動(dòng)汽車充電樁電能計(jì)量問題分析

江蘇安科瑞電能服務(wù)股份有限公司 江蘇江陰 214400

摘要：伴隨著我國現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，汽車保有量的不斷增加，大氣環(huán)境污染問題也在愈發(fā)嚴(yán)峻。為此，我國政府大力推動(dòng)電動(dòng)汽車事業(yè)的全面發(fā)展，通過電動(dòng)汽車充電樁項(xiàng)目的建設(shè)，減少化石能源消耗的污染物質(zhì)排放，同時(shí)充電樁項(xiàng)目也能減少電力能源的消耗，逐步達(dá)成環(huán)境保護(hù)以及節(jié)能減排的目標(biāo)。為此，在電動(dòng)汽車充電樁項(xiàng)目建設(shè)的過程中，相關(guān)技術(shù)人員要優(yōu)化電能計(jì)量控制和管理水平，逐步創(chuàng)建更為公平、有序的電力能源交易環(huán)境，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境和空間。為此，相關(guān)技術(shù)人員要著重分析電動(dòng)汽車充電樁電能計(jì)量過程中的問題，并提出恰當(dāng)合理的優(yōu)化措施，以此來為充電樁項(xiàng)目建設(shè)帶來技術(shù)參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；電能計(jì)量

0 引言

近些年來，我國政府大力開展了能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型工作，逐步實(shí)行低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，已成為各個(gè)行業(yè)的核心發(fā)展理念。為有效達(dá)成低碳環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，當(dāng)前各行各業(yè)當(dāng)中都在大力推行新能源和綠色能源，以此來降低化石能源消耗的碳排放，有效達(dá)成社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境發(fā)展的可持續(xù)性目的。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，我國電動(dòng)汽車事業(yè)呈現(xiàn)出極為迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，有效滿足低碳環(huán)保社會(huì)對(duì)于新能源汽車的需求量，這也讓充電樁的數(shù)量不斷增加。但由于當(dāng)前電動(dòng)汽車技術(shù)仍舊未能發(fā)展成熟，充電中在電能計(jì)量方面仍舊存在諸多的問題和不足，需要相關(guān)從業(yè)人員對(duì)其做出優(yōu)化和完善。

1 電動(dòng)汽車充電分類以及具體的計(jì)量模式

相關(guān)技術(shù)員結(jié)合電動(dòng)汽車的充電方式進(jìn)行合理劃分，主要包含了有線充電和無線充電兩種模式。而不同的充電模式具有相應(yīng)的供電特點(diǎn)，各自在技術(shù)層面上會(huì)展現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可供廣大用戶的選擇，但當(dāng)前充電樁以有線充電樁為主，在市面上普及度相對(duì)較高，無論是在實(shí)用性還是在充電便捷性方面更為理想，受到了相關(guān)從業(yè)人員的一種青睞。而從具體的充電模式上也有著較大的差別，在這當(dāng)中有線充電往往是以直流和交流電為主，為其配備的充電設(shè)備會(huì)做出相應(yīng)規(guī)劃，交流電需要工作人員為其配備交流充電機(jī)，而直流電則要為其配置直流充電機(jī)。確保電流能夠得到全面轉(zhuǎn)換，減少電力能源傳輸過程當(dāng)中的不必要消耗、功率更大，需要快速充電，而快充多用于緊急充電，這就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大幅度變化，使供電網(wǎng)絡(luò)存在諸多的風(fēng)險(xiǎn)，而汽車的電池也會(huì)受到一定程度的損害。而交流充電機(jī)往往會(huì)應(yīng)用在慢速充電模式當(dāng)中，充電期間功率較小，能夠有效保護(hù)電池，借此來延長電池運(yùn)行壽命。

充電樁屬于一種新型電源供應(yīng)形式，在應(yīng)用過程期間需要接入配網(wǎng)?？紤]到充電樁的實(shí)際應(yīng)用需求，全國各個(gè)地區(qū)和城市都全面部署了充電樁，這就讓原電網(wǎng)面臨著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。在配網(wǎng)運(yùn)行過程期間，為了獲取更為豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，工作人員要始終保障電能計(jì)量的準(zhǔn)確度，一旦電能出現(xiàn)諧波或者其他干擾問題，那么電網(wǎng)的配電質(zhì)量和安全性就會(huì)受到巨大影響。

在電能計(jì)量的過程中，技術(shù)人員要為其設(shè)置相應(yīng)的計(jì)量方法和措施，配置與其相對(duì)應(yīng)的計(jì)量電表，從而有效實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定充電，將供電設(shè)備配置在較為適合的區(qū)域，確保電力能源能夠得到恰當(dāng)合理的傳輸，有效提高電能計(jì)算的準(zhǔn)確度，而交流充電模式則會(huì)引入諧波等雜質(zhì)電能，這就會(huì)影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。

伴隨著當(dāng)今行業(yè)的不斷發(fā)展，社會(huì)各界對(duì)于電能計(jì)量關(guān)注度不斷提升，市面當(dāng)中逐步涌現(xiàn)出了多種不同類型的計(jì)量電能表，而在這當(dāng)中便是感應(yīng)式智能型電能表。選用傳統(tǒng)機(jī)械式的電能表在保密性方面存在缺陷，使用過程期間極易出現(xiàn)竊電的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性；感應(yīng)式智能型電能表具備電磁感應(yīng)特性，在這當(dāng)中的互感器能夠?qū)㈦娋W(wǎng)高位電流和電壓逐步轉(zhuǎn)向低位數(shù)值。但即使是感應(yīng)式智能型電能表具備的智能技術(shù)水平，在實(shí)際應(yīng)用過程期間仍舊會(huì)受到外部因素的干擾和限制，其終的電能計(jì)量準(zhǔn)確性也無法得到根本性保障。

2 電動(dòng)汽車充電中對(duì)于電能計(jì)量的不良影響

2.1 存在充電諧波污染

在電路當(dāng)中諧波污染存在較大的危害性，屬于極為嚴(yán)重的干擾因素。相關(guān)技術(shù)人員為了有效把控諧波污染，需要在配電網(wǎng)當(dāng)中配置整流裝置，促使電網(wǎng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。諧波與其他模型往往存在較大的相似度，都會(huì)在電能傳輸?shù)倪^程中形成不同程度的干擾，盡管在不同階段對(duì)于電能的影響度存在較大差別，但仍舊會(huì)阻礙電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使電網(wǎng)受到不同程度的損害。尤其是現(xiàn)代化電動(dòng)汽車設(shè)備充電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈發(fā)繁瑣和復(fù)雜，其生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中會(huì)應(yīng)用到多種不同類型的元器件，這就導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)較大的波動(dòng)，特別是非線性諧波會(huì)造成充電系統(tǒng)的不良影響。相關(guān)技術(shù)人員要采用特定的方法對(duì)非線性諧波進(jìn)行表達(dá)和展示，所帶來的污染問題所造成的影響也是雙面的。這關(guān)乎著電能計(jì)量的準(zhǔn)確度，以及充電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，相關(guān)工作人員要采取有效措施對(duì)其控制，轉(zhuǎn)變當(dāng)前的運(yùn)行模式和充電體系，進(jìn)一步縮短充電時(shí)間。而諧波所出現(xiàn)的幅度也更為嚴(yán)峻，對(duì)于電流所帶來的負(fù)面影響也將更加嚴(yán)重。

在電網(wǎng)當(dāng)中充電樁接入數(shù)量持續(xù)增加的過程期間，那么電流電壓以及諧波都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的狀況，使電能，傳輸效率大幅度削減，多個(gè)充電樁電流在共同運(yùn)轉(zhuǎn)過程期間會(huì)產(chǎn)生不同的狀況。因此，工作人員在多個(gè)充電樁共同接入的過程期間，工作人員要對(duì)其諧波電流作出合理把控，盡可能以單臺(tái)諧波電流的形式作出間隔，同時(shí)還要結(jié)合諧波的規(guī)模以及頻率作出合理優(yōu)化?？偟膩碚f，充電樁的用電負(fù)荷，往往會(huì)與諧波電流的幅值存在較大關(guān)聯(lián)，而充電樁的接入數(shù)量將直接關(guān)系到相位偏移的具體情況。

2.2 沖擊脈沖的影響

在充電樁處于快充狀態(tài)下，由于短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行負(fù)荷過大，那么電網(wǎng)就會(huì)受到不同程度的影響和負(fù)荷，使電網(wǎng)的整體運(yùn)行水平大打折扣，相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合不同的周期以及不同的波動(dòng)做出合理規(guī)劃。但由于電流脈沖功率持續(xù)上升，電力系統(tǒng)的電壓就會(huì)進(jìn)入到不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至還會(huì)出現(xiàn)多種不同類型的故障現(xiàn)象，需要工作人員優(yōu)化電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行水平。針對(duì)充電樁電力能源供應(yīng)，工作人員要保障其電力能源計(jì)算的準(zhǔn)確度，這部分關(guān)注點(diǎn)往往存在較大差別，使電網(wǎng)負(fù)荷的運(yùn)行壓力進(jìn)一步上漲，要保障計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)免受不良因素的干擾，降低風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生概率。除此之外，不同階段和時(shí)段的脈沖幅度往往會(huì)出現(xiàn)極為明顯的變化，常規(guī)電流與低谷供電階段的諧波往往會(huì)處于相近形態(tài)，工作人員要對(duì)每次諧波的含量作出把控。除此之外，如果脈沖扶持快速上升，在系統(tǒng)當(dāng)中存在多種不同因素，那么在充電扶持進(jìn)一步上升的過程中，其整體構(gòu)成結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)很大的變化。

2.3 直流分量所帶來的影響

電動(dòng)汽車充電樁在并網(wǎng)的狀態(tài)下，直流充電樁將會(huì)引入直流分量，交流充電樁處于突發(fā)性充電狀態(tài)時(shí)，也可能會(huì)引發(fā)直流分量。由此看來，直流分量是引發(fā)電磁互感器磁偏現(xiàn)象的重要原因，同時(shí)也會(huì)形成光雙折射使鐵芯中的電磁感應(yīng)恒定狀態(tài)，這就無法保障二次電流的計(jì)量準(zhǔn)確度。當(dāng)直流分量變化梯度逐步增加的過程中，電能計(jì)算結(jié)果和實(shí)際值就會(huì)逐步出現(xiàn)偏差，而直流分量梯度如果未能超過某一限定值，那么電能的計(jì)量結(jié)果雖然會(huì)存在偏差，但偏差值相對(duì)較小，可不計(jì)入到計(jì)算當(dāng)中。

3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

3.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

3.4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

3.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

3.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

3.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)束語

充電樁的運(yùn)維管理是電力系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，對(duì)充電樁的安全穩(wěn)定運(yùn)行、居民的生活出行、企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)息息相關(guān)。智能化移動(dòng)終端的開發(fā)應(yīng)用對(duì)充電樁的智能運(yùn)維管理起到積極的作用，在現(xiàn)在移動(dòng)技術(shù)高度發(fā)展的社會(huì)，移動(dòng)終端的應(yīng)用將成為充電樁運(yùn)維管理中的一部分。

參考文獻(xiàn)

[1]陳旭東,倪靜.電動(dòng)汽車充電樁集中式電能規(guī)劃技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2022,12(11):2.

[2]楊樂,帕孜來·馬合木提.基于改進(jìn)的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)充電站諧波檢測[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2021,44(5):5.

[3]周賢富,尤子龍,李靜,等.基于 DSP+ARM 的直流充電樁高精度電能表的研究[J].電測與儀表,2021,58(2):5.

[4]孫可慧,劉國鵬,李少雄,等.基于實(shí)測數(shù)據(jù)的電動(dòng)汽車充電站電能質(zhì)量分析方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2021,49(2):15.

[5]陳文,田磊,高芳艷,等.城市電動(dòng)汽車充電樁遠(yuǎn)程計(jì)量監(jiān)測及評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)應(yīng)用研究 [J].中國測試,2023,49(1):151-157.

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

[7]王瑋,楊偉,木泰和.電動(dòng)汽車充電樁電能計(jì)量問題分析