淺談新能源電動汽車充電樁電能計量問題分析

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)嚴峻。為此，我國政府大力推動電動汽車事業(yè)的全面發(fā)展，通過電動汽車充電樁項目的建設(shè)，減少化石能源消耗的污染物質(zhì)排放，同時充電樁項目也能減少電力能源的消耗，逐步達成環(huán)境保護以及節(jié)能減排的目標。為此，在電動汽車充電樁項目建設(shè)的過程中，相關(guān)技術(shù)人員要優(yōu)化電能計量控制和管理水平，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汽車充電樁電能計量過程中的問題，并提出恰當合理的優(yōu)化措施，以此來為充電樁項目建設(shè)帶來技術(shù)參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；電能計量

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，逐步實行低碳經(jīng)濟發(fā)展模式，已成為各個行業(yè)的核心發(fā)展理念。為有效達成低碳環(huán)保的經(jīng)濟發(fā)展目標，當前各行各業(yè)當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，有效達成社會經(jīng)濟以及環(huán)境發(fā)展的可持續(xù)性目的。在社會經(jīng)濟發(fā)展的推動下，我國電動汽車事業(yè)呈現(xiàn)出極為迅猛的發(fā)展態(tài)勢，有效滿足低碳環(huán)保社會對于新能源汽車的需求量，這也讓充電樁的數(shù)量不斷增加。但由于當前電動汽車技術(shù)仍舊未能發(fā)展成熟，充電中在電能計量方面仍舊存在諸多的問題和不足，需要相關(guān)從業(yè)人員對其做出優(yōu)化和完善。

1 電動汽車充電分類以及具體的計量模式

相關(guān)技術(shù)員結(jié)合電動汽車的充電方式進行合理劃分，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，各自在技術(shù)層面上會展現(xiàn)出更強的優(yōu)勢，可供廣大用戶的選擇，但當前充電樁以有線充電樁為主，在市面上普及度相對較高，無論是在實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，而直流電則要為其配置直流充電機。確保電流能夠得到全面轉(zhuǎn)換，減少電力能源傳輸過程當中的不必要消耗、功率更大，需要快速充電，而快充多用于緊急充電，這就會導(dǎo)致電網(wǎng)負荷在較短的時間內(nèi)出現(xiàn)大幅度變化，使供電網(wǎng)絡(luò)存在諸多的風險，而汽車的電池也會受到一定程度的損害。而交流充電機往往會應(yīng)用在慢速充電模式當中，充電期間功率較小，能夠有效保護電池，借此來延長電池運行壽命。

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]到充電樁的實際應(yīng)用需求，全國各個地區(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)運行過程期間，為了獲取更為豐厚的經(jīng)濟效益，工作人員要始終保障電能計量的準確度，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)量和安全性就會受到巨大影響。

在電能計量的過程中，技術(shù)人員要為其設(shè)置相應(yīng)的計量方法和措施，配置與其相對應(yīng)的計量電表，從而有效實現(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合理的傳輸，有效提高電能計算的準確度，而交流充電模式則會引入諧波等雜質(zhì)電能，這就會影響電能計量的準確度。

伴隨著當今行業(yè)的不斷發(fā)展，社會各界對于電能計量關(guān)注度不斷提升，市面當中逐步涌現(xiàn)出了多種不同類型的計量電能表，而在這當中便是感應(yīng)式智能型電能表。選用傳統(tǒng)機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)竊電的風險，嚴重影響電能計量的準確性；感應(yīng)式智能型電能表具備電磁感應(yīng)特性，在這當中的互感器能夠?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，在實際應(yīng)用過程期間仍舊會受到外部因素的干擾和限制，其終的電能計量準確性也無法得到根本性保障。

2 電動汽車充電中對于電能計量的不良影響

2.1 存在充電諧波污染

在電路當中諧波污染存在較大的危害性，屬于極為嚴重的干擾因素。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)當中配置整流裝置，促使電網(wǎng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的高效運轉(zhuǎn)。諧波與其他模型往往存在較大的相似度，都會在電能傳輸?shù)倪^程中形成不同程度的干擾，盡管在不同階段對于電能的影響度存在較大差別，但仍舊會阻礙電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)，使電網(wǎng)受到不同程度的損害。尤其是現(xiàn)代化電動汽車設(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)計過程當中會應(yīng)用到多種不同類型的元器件，這就導(dǎo)致系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)較大的波動，特別是非線性諧波會造成充電系統(tǒng)的不良影響。相關(guān)技術(shù)人員要采用特定的方法對非線性諧波進行表達和展示，所帶來的污染問題所造成的影響也是雙面的。這關(guān)乎著電能計量的準確度，以及充電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，相關(guān)工作人員要采取有效措施對其控制，轉(zhuǎn)變當前的運行模式和充電體系，進一步縮短充電時間。而諧波所出現(xiàn)的幅度也更為嚴峻，對于電流所帶來的負面影響也將更加嚴重。

在電網(wǎng)當中充電樁接入數(shù)量持續(xù)增加的過程期間，那么電流電壓以及諧波都會出現(xiàn)相應(yīng)的狀況，使電能，傳輸效率大幅度削減，多個充電樁電流在共同運轉(zhuǎn)過程期間會產(chǎn)生不同的狀況。因此，工作人員在多個充電樁共同接入的過程期間，工作人員要對其諧波電流作出合理把控，盡可能以單臺諧波電流的形式作出間隔，同時還要結(jié)合諧波的規(guī)模以及頻率作出合理優(yōu)化?？偟膩碚f，充電樁的用電負荷，往往會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，由于短時間內(nèi)運行負荷過大，那么電網(wǎng)就會受到不同程度的影響和負荷，使電網(wǎng)的整體運行水平大打折扣，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)的電壓就會進入到不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至還會出現(xiàn)多種不同類型的故障現(xiàn)象，需要工作人員優(yōu)化電能計量的準確性，提高整個系統(tǒng)的綜合運行水平。針對充電樁電力能源供應(yīng)，工作人員要保障其電力能源計算的準確度，這部分關(guān)注點往往存在較大差別，使電網(wǎng)負荷的運行壓力進一步上漲，要保障計量結(jié)果的準確性，確保電網(wǎng)運轉(zhuǎn)免受不良因素的干擾，降低風險事故的發(fā)生概率。除此之外，不同階段和時段的脈沖幅度往往會出現(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處于相近形態(tài)，工作人員要對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)當中存在多種不同因素，那么在充電扶持進一步上升的過程中，其整體構(gòu)成結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)很大的變化。

2.3 直流分量所帶來的影響

電動汽車充電樁在并網(wǎng)的狀態(tài)下，直流充電樁將會引入直流分量，交流充電樁處于突發(fā)性充電狀態(tài)時，也可能會引發(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，同時也會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量準確度。當直流分量變化梯度逐步增加的過程中，電能計算結(jié)果和實際值就會逐步出現(xiàn)偏差，而直流分量梯度如果未能超過某一限定值，那么電能的計量結(jié)果雖然會存在偏差，但偏差值相對較小，可不計入到計算當中。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預(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。

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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

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)器部署實時數(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平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、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信息。

3.4.4故障管理

設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。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)計分析

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

3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

3.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

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

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

參考文獻

[1]陳旭東,倪靜.電動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)濟和信息化,2022,12(11):2.

[2]楊樂,帕孜來·馬合木提.基于改進的小波神經(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.基于實測數(shù)據(jù)的電動汽車充電站電能質(zhì)量分析方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2021,49(2):15.

[5]陳文,田磊,高芳艷,等.城市電動汽車充電樁遠程計量監(jiān)測及評價分析系統(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)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

[7]王瑋,楊偉,木泰和.電動汽車充電樁電能計量問題分析