CN112634079A - 一种电能损耗计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电能损耗计算方法，包括以下步骤：计算实际电能损耗率；计算充电站中各种电气设备的理论电能损耗；计算理论电能损耗率；计算理论电能损耗率与实际电能损耗率之差；这一方法解决了目前行业内采用“一刀切”方式没有考虑不同充电站电气设备电能损耗的不同，也没有考虑同一充电站不同设备利用时的电能损耗差别的问题，根据充电站内各电气设备的电损特性分别建立计算模型，充分考虑了不同电气设备的电能损耗特性，且方法简单，操作性强，准确率高。

Description

一种电能损耗计算方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电场站电能损耗计算的方法。
背景技术
随着新能源电动汽车行业的不断发展，大量的充电站投入运营，充电站作为一个售电系统，电能损耗是充电站运营期间的主要成本，这里将电能损耗定义一个指标叫电能损耗率，电能损耗率可以用下式表示：
电能损耗率＝(购电量-充电量)/购电量*100％；
电能损耗率的高低关系到充电站的收益和投资回报，同时也是评价充电站设计、建设及运营维护水平的一项重要指标，因此对充电站电能损耗率进行科学的计算十分必要。
目前行业内主要采用以电能损耗电量占购电量的比例作为电能损耗率，对电能损耗率的审核采用“一刀切”的方式，即大于一定数值就认为电能损耗异常，这种方式没有考虑不同充电站电气设备电能损耗的不同，例如有无变压器，交流充电桩还是直流充电桩；也没有考虑同一充电站不同设备利用时的电能损耗差别，例如低充电量时电能损耗率必然偏高，原因是有一部分电能损耗是固定的，即使没有充电也会发生电能损耗。
发明内容
本发明提供一种电能损耗计算方法，解决了目前行业内采用“一刀切”方式没有考虑不同充电站电气设备电能损耗的不同，也没有考虑同一充电站不同设备利用时的电能损耗差别的问题，根据充电站内各电气设备的电损特性分别建立计算模型，充分考虑了不同电气设备的电能损耗特性，且方法简单，操作性强，准确率高。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开一种电能损耗计算方法，包括以下步骤：
计算实际电能损耗率；
计算充电站中各种电气设备的理论电能损耗；
计算理论电能损耗率；
计算理论电能损耗率与实际电能损耗率之差。
进一步地，所述实际电能损耗率的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000021
其中，购电量为充电站运营方与电能供应方已结算电能费用的电量，充电量为充电站内全部充电桩的总充电量。
进一步地，所述充电站电气设备的理论电能损耗包括变压器的理论电能损耗、线路的理论电能损耗、充电桩的理论电能损耗和站用电能损耗。
进一步地，所述变压器的理论电能损耗包括空载电能损耗和负载电能损耗。
进一步地，所述空载电能损耗的计算方法为：
Ar＝ΔP0·T (2)
其中，Ar为铁芯的电能损耗，单位为千瓦时；ΔP0为变压器空载电能损耗功率，单位为千瓦；T为变压器的运行时长，单位为小时。
所述负载电能损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000022
其中，ΔAR为负载的电能损耗，单位为千瓦时；ΔPK为变压器的短路电能损耗功率，单位为千瓦；Ijf为负载侧的均方根电流，单位为安培；IN为变压器的额定电流，且与负载电流位于同一电压侧，单位为安培；T为运行时长，单位为小时。
进一步地，所述线路的理论电能损耗包括箱变到配电箱线路的电能损耗和充电桩到配电箱线路的电能损耗。
进一步地，所述箱变到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAX1＝3·Ijf 2·R·T1·10-3 (4)
其中，
Figure BDA0002850836030000023
Figure BDA0002850836030000031
其中，ΔAX1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T1为配电箱范围内全部充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E为配电箱范围内全部充电桩的总充电量，单位为千瓦时；
Figure BDA0002850836030000035
为功率因数；K为充电桩的同充系数；
所述充电桩到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAP1＝3·Ijf 2·R·T2·10-3 (5)
其中，
Figure BDA0002850836030000032
Figure BDA0002850836030000033
其中，ΔAP1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T2为充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E1为充电桩的总充电量，单位为千瓦时；
Figure BDA0002850836030000036
为功率因数。
进一步地，所述充电桩的理论电能损耗包括待机损耗和充电损耗，其中，所述待机损耗的计算方法为：
AC1＝ΔP1·T3 (6)
其中，AC1为充电桩的待机电能损耗，单位为千瓦时；ΔP1为充电桩的待机损耗功率，单位为千瓦；T3为充电桩的待机时长，单位为小时；
所述充电损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000034
其中，ΔAZ1为充电桩的充电电能损耗，单位为千瓦时；E2为充电桩的充电量，单位为千瓦；PR为充电桩的充电效率。
进一步地，所述站用电能损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000041
其中，Aq为充电站内除充电桩用电外的电能消耗，单位为千瓦时；PN第N种电气设备的额定功率，单位为千瓦；TN为第N中设备的工作时长，单位为小时。
进一步地，所述计算理论电能损耗率的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000042
其中，总理伦电能损耗电量为充电站范围内全部用电设备的总理论电能损耗量。
有益技术效果：
1、本发明公开一种电能损耗计算方法，包括以下步骤：计算实际电能损耗率；计算充电站中各种电气设备的理论电能损耗；计算理论电能损耗率；计算理论电能损耗率与实际电能损耗率之差；这一方法解决了目前行业内采用“一刀切”方式没有考虑不同充电站电气设备电能损耗的不同，也没有考虑同一充电站不同设备利用时的电能损耗差别的问题，根据充电站内各电气设备的电损特性分别建立计算模型，充分考虑了不同电气设备的电能损耗特性，且方法简单，操作性强，准确率高；
2、本发明公开的电能损耗计算方法通用性强，适用于不同电气结构、不同型号的充电桩；
3、本发明公开的电能损耗计算方法便于移植到后台系统开发，实现远程监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为一个典型的高压供电高压计量充电站的电气结构；
图2为本发明实施例提供的一种电能损耗计算方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明公开一种电能损耗计算方法，本发明以比较典型的高压供电高压计量充电站的电气结构为例，参见图1，主要耗能设备和元件包括：变压器、箱变到配电箱的线路、配电箱到充电桩的线路、充电桩、站用电(指的是充电站内除充电桩用电外的电能消耗，例如监控、照明等)。
一种电能损耗计算方法，包括以下步骤：
S1：计算实际电能损耗率；
具体地，，实际电能损耗率的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000051
其中，购电量为充电站运营方与电能供应方已结算电能费用的电量，充电量为充电站内全部充电桩的总充电量。
S2：计算充电站中各种电气设备的理论电能损耗；
作为本发明的一个实施例，充电站电气设备的理论电能损耗包括变压器的理论电能损耗、线路的理论电能损耗、充电桩的理论电能损耗和站用电能损耗。
变压器的理论电能损耗：
具体地，变压器的理论电能损耗包括空载电能损耗和负载电能损耗。
其中，空载电能损耗的计算方法为：
Ar＝ΔP0·T (2)
其中，Ar为铁芯的电能损耗，单位为千瓦时；ΔP0为变压器空载电能损耗功率，单位为千瓦；T为变压器的运行时长，单位为小时。
负载电能损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000061
其中，ΔAR为负载的电能损耗，单位为千瓦时；ΔPK为变压器的短路电能损耗功率，单位为千瓦；Ijf为负载侧的均方根电流，单位为安培；IN为变压器的额定电流，且与负载电流位于同一电压侧，单位为安培；T为运行时长，单位为小时。
变压器总电能损耗：
ΔAT＝Ar+ΔAR；
线路的理论电能损耗：
作为本发明的一个实施例，线路的理论电能损耗包括箱变到配电箱线路的电能损耗和充电桩到配电箱线路的电能损耗。
具体地，箱变到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAX1＝3·Ijf 2·R·T1·10-3 (4)
其中，
Figure BDA0002850836030000062
Figure BDA0002850836030000063
其中，ΔAX1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T1为配电箱范围内全部充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E为配电箱范围内全部充电桩的总充电量，单位为千瓦时；
Figure BDA0002850836030000075
为功率因数；K为充电桩的同充系数；
充电桩到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAP1＝3·Ijf 2·R·T2·10-3 (5)
其中，
Figure BDA0002850836030000071
Figure BDA0002850836030000072
其中，ΔAP1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T2为充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E1为充电桩的总充电量，单位为千瓦时；
Figure BDA0002850836030000076
为功率因数。
线路总电能损耗：
Figure BDA0002850836030000073
充电桩的理论电能损耗：
作为本发明的一个实施例，充电桩的理论电能损耗包括待机损耗和充电损耗，其中，所述待机损耗的计算方法为：
AC1＝ΔP1·T3 (6)
其中，AC1为充电桩的待机电能损耗，单位为千瓦时；ΔP1为充电桩的待机损耗功率，单位为千瓦；T3为充电桩的待机时长，单位为小时；
所述充电损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000074
其中，ΔAZ1为充电桩的充电电能损耗，单位为千瓦时；E2为充电桩的充电量，单位为千瓦；PR为充电桩的充电效率。
充电桩的总电能损耗：
Figure BDA0002850836030000081
站用电能损耗：
站用电指的是充电站内除充电桩用电外的电能消耗，例如监控、照明等。
具体地，站用电能损耗的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000082
其中，Aq为充电站内除充电桩用电外的电能消耗，单位为千瓦时；PN第N种电气设备的额定功率，单位为千瓦；TN为第N中设备的工作时长，单位为小时。
S3：计算理论电能损耗率；
具体地，计算理论电能损耗率的计算方法为：
Figure BDA0002850836030000083
其中，总理伦电能损耗电量为充电站范围内全部用电设备的总理论电能损耗量。
S4：计算理论电能损耗率与实际电能损耗率之差；
电能损耗率偏差＝实际电能损耗率-理论电能损耗率。
需要说明的是，在后期的使用过程中可以根据电能损耗率的偏差，结合抄表模块的位置，自定义告警，即可以实现远程监控。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电能损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算实际电能损耗率；
计算充电站中各种电气设备的理论电能损耗；
计算理论电能损耗率；
计算理论电能损耗率与实际电能损耗率之差。
2.根据权利要求1所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述实际电能损耗率的计算方法为：
Figure FDA0002850836020000011
其中，购电量为充电站运营方与电能供应方已结算电能费用的电量，充电量为充电站内全部充电桩的总充电量。
3.根据权利要求1所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述充电站电气设备的理论电能损耗包括变压器的理论电能损耗、线路的理论电能损耗、充电桩的理论电能损耗和站用电能损耗。
4.根据权利要求3所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述变压器的理论电能损耗包括空载电能损耗和负载电能损耗。
5.根据权利要求4所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述空载电能损耗的计算方法为：
Ar＝ΔP0·T (2)
其中，Ar为铁芯的电能损耗，单位为千瓦时；ΔP0为变压器空载电能损耗功率，单位为千瓦；T为变压器的运行时长，单位为小时。
所述负载电能损耗的计算方法为：
Figure FDA0002850836020000012
其中，ΔAR为负载的电能损耗，单位为千瓦时；ΔPK为变压器的短路电能损耗功率，单位为千瓦；Ijf为负载侧的均方根电流，单位为安培；IN为变压器的额定电流，且与负载电流位于同一电压侧，单位为安培；T为运行时长，单位为小时。
6.根据权利要求3所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述线路的理论电能损耗包括箱变到配电箱线路的电能损耗和充电桩到配电箱线路的电能损耗。
7.根据权利要求6所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述箱变到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAX1＝3·Ijf 2·R·T1·10-3 (4)
其中，
Figure FDA0002850836020000021
Figure FDA0002850836020000022
其中，ΔAX1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T1为配电箱范围内全部充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E为配电箱范围内全部充电桩的总充电量，单位为千瓦时；cosθ为功率因数；K为充电桩的同充系数；
所述充电桩到配电箱线路的电能损耗计算方法为：
ΔAP1＝3·Ijf 2·R·T2·10-3 (5)
其中，
Figure FDA0002850836020000023
Figure FDA0002850836020000024
其中，ΔAP1为电缆线路的电能损耗，单位为千瓦时；Ijf为均方根电流，单位为安培；R为线路电阻，单位为欧姆；T2为充电桩的总充电时长，单位为小时；ρ为电缆的电阻率，单位为欧姆·米；L为电缆长度，单位为米；S为电缆横截面积，单位为平方毫米；E1为充电桩的总充电量，单位为千瓦时；cosθ为功率因数。
8.根据权利要求3所述的一种电能损耗的计算方法，其特征在于，所述充电桩的理论电能损耗包括待机损耗和充电损耗，其中，所述待机损耗的计算方法为：
AC1＝ΔP1·T3 (6)
其中，AC1为充电桩的待机电能损耗，单位为千瓦时；ΔP1为充电桩的待机损耗功率，单位为千瓦；T3为充电桩的待机时长，单位为小时；
所述充电损耗的计算方法为：
Figure FDA0002850836020000031
其中，ΔAZ1为充电桩的充电电能损耗，单位为千瓦时；E2为充电桩的充电量，单位为千瓦；PR为充电桩的充电效率。
9.根据权利要求3所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述站用电能损耗的计算方法为：
Figure FDA0002850836020000032
其中，Aq为充电站内除充电桩用电外的电能消耗，单位为千瓦时；PN第N种电气设备的额定功率，单位为千瓦；TN为第N中设备的工作时长，单位为小时。
10.根据权利要求1所述的一种电能损耗计算方法，其特征在于，所述计算理论电能损耗率的计算方法为：
Figure FDA0002850836020000033
其中，总理伦电能损耗电量为充电站范围内全部用电设备的总理论电能损耗量。
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