CN113655304B - 一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统及方法，属于电动汽车充电设备技术领域。本发明的一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，包括系统主站、直流计量模块、用电数据采集设备、直流检测表、控制管理模块、计量误差计算模块、运行误差监测模块、异常预警及工单下发模块。本发明经过不断探索以及试验，设置计量误差计算模块、运行误差监测模块，能够根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机的工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差，能够实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统及方法，属于电动汽车充电设备技术领域。
背景技术
电动汽车直流充电站相比交流充电站充电效率更高，因此具备更广阔的应用前景。直流充电站的构成单元非车载充电机(以下简称充电机)作为充电计费单元已被纳入强制检定管理目录，JJG 1149-2018《电动汽车非车载充电机》检定规程规定了充电机计量检定项目和要求。
目前，对充电机的检测采用实负荷检测方法，需要检测人员携带负载箱去现场检测，检测装置笨重且成本高昂、检测过程耗时耗能、自动化程度低，无法满足市场数量庞大的充电机强制检定需求，检定效率低下，检定成本高。
中国专利(CN101963640B)公开了一种直流充电机的检测系统及检测方法。检测系统包括主控制单元、直流标准表、交流标准表、程控直流电子负载和测试设备接口。检测方法为：首先连接直流充电机，后启动检测系统，主控制单元的控制指令通过测试控制总线到直流标准表、交流标准表、程控直流电子负载和测试设备接口，直流标准表、交流标准表、程控直流电子负载和测试设备接口执行之后将执行结果通过测试控制总线上报主控制单元，并在主控制单元内将测试的数据与充电机的数据对比，最后得出充电机是否合格的结论。利用本发明的检测系统和检测方法测试直流充电机是否合格，以保证用户及提供充电机者的利益。
上述方案，虽然能提高检定效率，但只是提及了主控单元通过和直流充电机的通讯接口测试直流充电机的电能计量、收费、账务管理、通信、读写卡、数据存储、阀值参数设置功能；并没有给出具体的检定方案以及详细的计算步骤，导致充电机的准确检测不能实现，影响充电机的检定结果。
同时检定表也是一种计量表，也可能存在一定的计量误差，并且工作时间久了以后，计量误差可能会变大，但上述方案以及现有技术没有公开对检定表的监测方案，进而影响充电机的检测结果。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机的工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差，能够实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本；同时根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测，有效提升充电机检测精度的电动汽车充电机计量性能在线检测系统及方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，
包括系统主站、直流计量模块、用电数据采集设备、直流检测表、控制管理模块、计量误差计算模块、运行误差监测模块、异常预警及工单下发模块；
系统主站，用于管理下属设备以及数据处理；
直流计量模块，用于安装在充电机上，进行充电计费，其设有能量寄存器；
用电数据采集设备，用于采集直流检测表和直流计量模块数据，并通过通讯网络上传到系统主站，为运行误差监测模块、计量误差计算模块提供所需计算数据；
直流检测表，采用分流器与表计一体式的结构设计，避免了分流器采样信号走线长带来的计量误差不确定性，具备单独封印的条件，其准确度等级至少比计费用的直流计量模块高一个等级，其设有能量寄存器；
控制管理模块，用于管理不同时段的充电费率以及时钟；
计量误差计算模块，用于根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机内的计量误差；所述计量误差包括工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差；
运行误差监测模块，根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测；
所述异常预警及工单下发模块，用于根据运行误差监测模块和计量误差计算模块的计算结果以及预设阈值，产生告警信息；同时根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理，形成工单闭环，实现对直流检测表运行误差以及充电机工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差的在线检测。
本发明经过不断探索以及试验，设置计量误差计算模块、运行误差监测模块，能够根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机的工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差，能够实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本。
同时本发明能够根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测，有效提升充电机检测精度，方案切实可行。
作为优选技术措施：
所述直流检测表具备脉冲输入接口，能够接收直流计量模块输出的脉冲信号，其准确度等级至少比计费用的直流计量模块高一个等级；
所述直流检测表安装在充电机内部直流进线侧；
所述直流计量模块安装在充电机内部直流出线侧。
作为优选技术措施：
所述直流计量模块采用分流器和表计分体式的直流电能表或分流器和表计一体式的直流电能表，其用于充电计费，同时具备脉冲输出接口。
作为优选技术措施：
还包括直流充电站总表、交流侧表计、展示设备；
所述展示设备包括管理后台、大屏监控、监控中心、掌机。
作为优选技术措施：
一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，
应用上述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，
其包括以下步骤：
第一步，获取直流充电站和非车载充电机的档案信息、充电站交流总表、非车载充电机外部的交流侧表计和直流检测表的用电数据；
第二步，根据直流充电站的树形电路拓扑和能量守恒定律，构建直流检测表的运行误差数学模型；
第三步，在电动汽车充电过程中，直流计量模块用于计量充电电量并输出相应脉冲信号，直流检测表同步接收直流计量模块输出脉冲信号进行比对，同时读取控制管理模块费率和时钟信息，计算得到直流计量模块的工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差并上传系统主站；
第四步，根据第二步中得到的运行误差数学模型以及第一步中获取的数据信息，求解直流充电站内各直流检测表的计量误差并上报系统主站，实现对直流检测表量性能的在线监测；
第五步，根据第三步以及第四步中在线监测结果以及预设阈值，进行异常预警及工单下发。
本发明经过不断探索以及试验，设置直流计量模块和直流检测表，进而能够根据直流计量模块和直流检测表脉冲比对，以及读取控制管理模块费率和时钟信息，计算得到直流计量模块的工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差并上传系统主站，实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本。
同时本发明构建运行误差数学模型，能够根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测，有效提升充电机检测精度，方案切实可行。
本发明方案详尽，切实可行，易于实现。
作为优选技术措施：
所述第一步中，
档案信息包括：充电站信息、充电机信息、台区总表信息、直流计量模块信息、直流检测表信息；
充电站信息主要包括充电站地址、负责人、经纬度；
充电机信息主要包括充电机工作方式、充电机地址、负责人；
台区总表信息主要包括充电站总有功功率、总无功功率、电流、电压、功率；
直流计量模块信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率；
直流检测表信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率；
所述用电数据包括非车载充电机耗能数据、用电量数据、设备工作状态信息、电流数据、电压数据、功率数据，并采用基于LoRa/4G的通讯方式进行传输。
作为优选技术措施：
所述第二步中，运行误差数学模型的构建方法如下：
直流充电站台区总表、站内设备(空调、通信设备等)和非车载充电机用电之间满足能量守恒定律，由此可以建立直流检测表的运行误差数学模型方程：
其中φAC为站内交流总表电量计量(扣除站内其他设备电量)，βi为损耗系数，ε0为站内固定损耗，N为充电站内直流检测表的数量；dy为直流检测表的运行误差值，κi为等效计量误差参数，与直流检测表示值误差的关系为：
φ′DC，i为经转换效率补偿后的各直流桩用电量，其与直流侧充电枪计量电量的关系为：
直流充电机交流-直流转换模块的转换效率ηi(P)为与充电机充电功率相关的曲线，通过采集直流侧和交流侧录波数据，根据录波数据计算交流侧和直流侧实时功率后拟合得到；
记P(P＞N+1)个计量周期数据点交流侧电量为φAC(j)，j＝1，2，…P，直流侧各枪电量为φDC，i(j)，j＝1，2，…P，结合式(1)-(4)可以得到：
其中，P＞N+1，dy(P)为第P台非车载充电机内直流检测表的运行误差值，η表示直流充电机交流-直流转换模块的转换效率。
求解上方程到交流侧各计量点电量等效计量误差参数ki，根据式(3)可以得到每台非车载充电机内直流检测表的运行误差；
检测表首检安装后，按照每隔两周的频率将其计量数据和相应充电站总表数据上传到运行误差监测模块，运行误差监测模块通过运行误差数学模型计算得到直流检测表量误差；
当检测到直流检测表量误差超过指定阈值后将超差检测表信息输出到系统主站，系统主站下发直流检测表检定更换工单。
作为优选技术措施：
所述第三步中，
所述工作误差的计算方法如下：
直流检测表与用直流计量模块都在连续工作的情况下，用直流计量模块输出的脉冲(低频或高频)控制直流检测表数来确定被检充电机的工作误差，输出工作误差并进行记录，并把工作误差上传到远程在线检测用的系统主站；要求在充电过程中至少测试3个点的工作误差；
所述示值误差的计算方法如下：
通过读取直流计量模块充电开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值，并与同时刻直流检测表开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值进行比较，得到的两者误差值即为示值误差，并上传系统主站记录；
所述计费误差的计算方法如下：
充电过程中直流检测表读取充电机内部的控制管理模块不同时段的费率，并在接收到充电机内部的控制管理模块充电启动信号后开始根据不同时段的充电费率同步计费，在接收到充电机内部的控制管理模块充电结束的信号后停止计费，同时输出本次充电累计费用与直流计量模块输出的充电累计费用进行比对，得到非车载充电机的计费误差，并上传系统主站记录；
所述时钟误差的计算方法如下：
读取充电机内部的控制管理模块时钟与主站时钟进行比对，得到充电机的时钟误差记录在系统主站。
作为优选技术措施：
工作误差γ(％)的计算公式如下：
γ＝(m0-m)/m×100 (6)
其中，m为实测脉冲数，m0为算定(或预置)的脉冲数，按式(7)计算；
m0＝C0N/CL (7)
C0为标准表的常数，imp/kWh；N为被检充电机低频或高频脉冲数；CL为被检充电机的常数，imp/kWh；
根据需求，选择被检充电机的低频(或高频)脉冲数N和检测表的倍率开关挡,使算定(或预置)脉冲数和实测脉冲数满足规定,同时每次测试时限不少于5s；
示值误差γ(％)计算公式如下：
γ＝(E'-E)/E×100+γ0 (8)
E'为被检充电机停止充电与充电开始时电能示值之差，kWh；E为直流检测表显示的电能值，kWh；γ0为直流检测表的已定系统误差,不需修正时γ0＝0；
在线检测时,直流检测表应与被检直流计量模块同步运行,被检直流计量模块显示器末位一字(或最小分度)代表的电能值与所累计的E'之比(％)应不大于被检直流计量模块等级指数的1/10；
计费误差计算公式如下：
其中A为充电应付金额，单位元；Ki为费率i的单价，单位元/kWh；n为费率数；i为费率序号；ΔWxi为本次充电属于费率i的电能量，单位kWh；
付费金额误差的计算公式：
Ep＝|YJ-A| (10)
Ep为付费金额误差，单位元；YJ为充电机显示的付费金额，单位元；
以充电机显示的分时段电量乘以对应费率单价得到的应付金额之和与充电机显示的付费金额相比较，以确定金额误差；充电机显示的付费金额与根据单价和充电机充电量示值计算的应付金额之差的绝对值不应超过最小付费变量。
作为优选技术措施：
第五步，所述异常预警及工单下发的具体内容如下：
系统主站根据计算出的运行误差、工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差及预设阈值产生告警信息，根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理，形成系统闭环工单。
系统主站与各表计以及各模块的数据交互的具体步骤如下：
第一步，采用二型采集器模块LoRa对充电站交流总表、非车载充电机外部的交流侧表计的数据进行采集，通过RS485接口采集直流检测表和直流计量模块的数据，打通各表计以及采集直流检测表和直流计量模块的数据交互采集；
第二步，二型采集器模块LoRa通过LoRaWAN协议将采集数据上报到LoRa网关；
第三步，LoRa网关与LoRa核心网服务端通过UDP通讯方式，将采集数据上报到管理系统HES的LoRa通讯层，通讯层经过鉴权、解密、解析后，将采集数据通过kafka中间件推送至管理系统HES的影子设备层，影子设备层根据电能表标准协议进行解析为各模块能识别的数据协议；
第四步，管理系统HES将解析的数据存库，通过第三方对接的数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至误差计算模块以及运行误差监测模块，进行数据计算分析；
第五步，计量误差计算模块、运行误差监测模块处理完成后通过数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至各模块，各模块根据业务需求将数据进行展示和业务处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明经过不断探索以及试验，设置运行误差监测模块、计量误差计算模块，能够根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机的工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差，能够实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本。
同时本发明构建运行误差数学模型，能够根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测，有效提升充电机检测精度，方案切实可行。
附图说明
图1为本发明计量性能在线检测系统架构框图；
图2为应用本发明的直流充电站的拓扑结构图；
图3为本发明计量性能在线检测工作原理图；
图4为本发明检测系统数据交互处理流程图；
图5为本发明一种充电机综合误差分析模型框图；
图6为本发明一种在线监测系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，
包括系统主站、直流计量模块、用电数据采集设备、直流检测表、控制管理模块、计量误差计算模块、运行误差监测模块、异常预警及工单下发模块；
系统主站，用于管理下属设备以及数据处理；
直流计量模块，用于安装在充电机上，进行充电计费，其设有能量寄存器；
用电数据采集设备，用于采集直流检测表和直流计量模块数据，并通过通讯网络上传到系统主站，为运行误差监测模块、计量误差计算模块提供所需计算数据；
直流检测表，采用分流器与表计一体式的结构设计，避免了分流器采样信号走线长带来的计量误差不确定性，具备单独封印的条件，其准确度等级至少比计费用的直流计量模块高一个等级，其设有能量寄存器；
控制管理模块，用于管理不同时段的充电费率以及时钟；
计量误差计算模块，用于根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机内的计量误差；所述计量误差包括工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差；
运行误差监测模块，根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测；
所述异常预警及工单下发模块，用于根据运行误差监测模块和计量误差计算模块的计算结果以及预设阈值，产生告警信息；同时根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理，形成工单闭环，实现对直流检测表运行误差以及充电机工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差的在线检测。
本发明经过不断探索以及试验，设置计量误差计算模块、运行误差监测模块，能够根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机的工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差，能够实现直流充电站计量性能的在线检测，有效提升充电机的检测效率，并有效降低检测成本。
同时本发明能够根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测，有效提升充电机检测精度，方案切实可行。
应用本发明的检测系统的一种方法实施例：
一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，
应用上述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，
其包括以下步骤：
第一步，获取直流充电站和非车载充电机的档案信息、充电站交流总表、非车载充电机外部的交流侧表计和直流检测表的用电数据；
第二步，根据直流充电站的树形电路拓扑和能量守恒定律，构建直流检测表的运行误差数学模型；
第三步，在电动汽车充电过程中，直流计量模块用于计量充电电量并输出相应脉冲信号，直流检测表同步接收直流计量模块输出脉冲信号进行比对，同时读取控制管理模块费率和时钟信息，计算得到直流计量模块的工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差并上传系统主站；
第四步，根据第二步中得到的运行误差数学模型以及第一步中获取的数据信息，求解直流充电站内各直流检测表的计量误差并上报系统主站，实现对直流检测表量性能的在线监测；
第五步，根据第三步以及第四步中在线监测结果以及预设阈值，进行异常预警及工单下发。
如图1所示，本发明在线检测系统的一种最佳实施例：
一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统包括展示层、应用层、采集通讯层和基础层。
所述展示层包括管理后台、大屏监控、监控中心、掌机等展示设备，用于工作人员监控充电站计量性能运行状况。
所述应用层包括工作误差模块、示值误差模块、计费误差模块、时钟误差模块、异常预警及工单下发模块、运行误差监测模块。工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差的模块由充电机内部直流检测表、直流计量模块和内部管理控制模块共同协作实现并将结果上报远程在线检测系统主站记录展示。
所述异常预警及工单下发模块，根据对非车载充电机工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差的检测结果及预设阈值产生告警信息，根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理(通过系统闭环工单)。
运行误差监测模块，根据直流充电站的树形电路拓扑和能量守恒定律得到直流充电站的直流检测表的运行误差数学模型，并根据直流充电站和非车载充电机的档案设备、充电站交流总表、非车载充电机外部交流表计和内部直流检测表的用电数据，求解直流充电站各直流检测表的计量误差并上报远程在线检测系统主站，实现对充电机内部直流检测表量性能的在线监测。
所述采集通讯层包含非车载充电机耗能数据采集、用电量数据采集、设备工作状态上报、电流/电压/功率数据采集等，采用基于LoRa/4G的通讯方式。
所述基础层包含充电站信息、充电机信息、台区总表信息、直流计量模块信息、直流检测表信息等。充电站信息主要包括充电站地址、负责人、经纬度；充电机信息主要包括充电桩工作方式、充电桩地址、负责人；台区总表信息主要包括充电站总有功功率、总无功功率、电流、电压、功率；直流计量模块信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率；直流检测表信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率。
本发明在线检测方法的一种最佳实施例：
一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法包括以下内容：
在直流充电站装配一总表，用于计量直流充电站内非车载充电机及其他站用负荷；在非车载充电机进线侧配置一块高精度等级直流电能表用作直流检测表；在非车载充电机出线侧配置一直流计量模块用于充电计费。
高精度等级的直流检测表，采用了分流器与表计一体式的结构设计，避免了分流器采样信号走线长带来的计量误差不确定性，具备单独封印的条件，其准确度等级至少比计费用的直流计量模块高一个等级；所述直流检测表，其内部分流器通过降低采样电阻的数值，减少了内部电流回路的功耗，有效解决了直流表计因为自身发热导致的计量误差，且在整个电流动态范围内满足GB/T 18487.1-2015相关测试要求；所述直流检测表具备脉冲输入接口，能够接收直流计量模块输出的脉冲信号。
所述直流计量模块可采用目前充电桩常用的分流器和表计分体式的直流电能表，也可采用与检测表计同样的分流器和表计一体式的直流电能表，其主要功能用于充电计费，同时具备脉冲输出接口。
所述直流检测表和直流计量模块具体技术参数满足表1所述特点。
表1直流检测表和直流计量模块技术参数
其中，Ib为标定电流，Imax为最大电流，Imin为最小电流，Ist为启动电流。
电动汽车充电过程中，直流检测表、直流计量模块、充电桩内部的控制管理模块及远程在线检测系统主站之间协调工作，实现对非车载充电机工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差的在线检测，具体实现方法如下所述：
所述工作误差在线检测方法如下：
直流检测表与用直流计量模块都在连续工作的情况下，用直流计量模块输出的脉冲(低频或高频)控制直流检测表数来确定被检充电机的工作误差，输出工作误差并进行记录，工作误差每次都可以上传远程在线检测系统主站。要求在充电过程中至少测试3个点的工作误差。
所述示值误差在线检测方法如下：
通过读取直流计量模块充电开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值，并与同时刻直流检测表开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值进行比较，得到的两者误差值即为示值误差，并上传远程在线检测系统主站记录。
所述计费误差在线检测方法如下：
充电过程中直流检测表读取充电桩内部的控制管理模块不同时段的费率，并在接收到充电桩内部的控制管理模块充电启动信号后开始根据不同时段的充电费率同步计费，在接收到充电桩内部的控制管理模块充电结束的信号后停止计费，同时输出本次充电累计费用与直流计量模块输出的充电累计费用进行比对，得到非车载充电机的计费误差，并上传远程在线检测系统主站记录。
所述时钟误差的在线检测方法如下：
读取充电机内部的控制管理模块时钟与主站时钟进行比对，得到充电机的时钟误差记录在远程在线检测系统主站。
如图2所示，应用本发明一个直流充电站拓扑结构实施例。
图中三相四线交流电源经台区变压器为直流充电站供电；M∑为台区总表，用于计量充电站总的充电电能和站用负荷消耗的电能；M1、M2…Mn为站内各非车载充电机的交流进行电能表，用于计量充电机交流侧电能量。M∑和M1、M2…Mn以及各充电机内直流计量模块和直流检测表的数据通过采集设备上传远程在线检测系统，用于检测表计误差监测，具体实施过程如下：
根据图1所示直流充电站拓扑，直流充电站台区总表、站内设备(空调、通信设备等)和非车载充电机用电之间满足能量守恒定律，由此可以建立直流充电站误差模型方程：
其中φAC为站内交流总表电量计量(扣除站内其他设备电量)，βi为损耗系数，ε0为站内固定损耗，κi为等效计量误差参数，与检测表示值误差的关系为：
φ′DC，i为经转换效率补偿后的各直流桩用电量，其与直流侧充电枪计量电量的关系为：
直流充电桩交流-直流转换模块的转换效率ηi(P)为与充电桩充电功率相关的曲线，可通过边缘计算模块采集直流侧和交流侧录波数据，根据录波数据计算交流侧和直流侧实时功率后拟合得到。
记P(P＞N+1)个计量周期(数据点)交流侧电量为φAC(j)，j＝1，2，…P，直流侧各枪电量为φDC，i(j)，j＝1，2，…P，结合式(1)-(4)可以得到：
求解上方程即可得到交流侧各计量点电量等效计量误差参数ki，根据式(3)可以得到每台非车载充电机内直流检测表的运行误差。检测表首检安装后，按照每隔两周的频率将其计量数据和相应充电站总表数据上传到直流检测表误差监测模块，误差监测模块通过直流站误差模型计算得到检测表计量误差，当检测到检测表计量误差超过指定阈值后将超差检测表信息输出到直流站误差监测系统，直流站误差监测系统下发直流检测表检定更换工单。
如图3所示，本发明计量性能在线检测工作原理
直流充电站内每台非车载充电机内部进线侧安装高精度的直流检测表，出线侧安装直流计量模块，充电机内的采集交互终端用于上传台区总表、非车载充电机外交流电表、非车载充电机直流检测表和直流计量表数据；充电机内的控制信号包括充电过程的启动信号、结束信号等；充电机内的整流斩波控制单元用于将输入的交流电能转换成电动汽车充电所需的直流电能；远程在线检测系统接受充电机及充电站上传的数据，并根据上传的数据进行分析判断，将结果反馈至监控平台及掌上终端，所述系统具备在车辆正常充电过程中实现对非车载充电机的工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差的在线检测，具体实施过程如下：
(1)工作误差在线检测：直流检测表与被检充电机都在连续工作的情况下，用被检直流计量模块输出的脉冲(低频或高频)控制直流检测表数来确定被检充电机的工作误差。被检充电机的工作误差γ(％)按式(6)计算。
γ＝(m0-m)/m×100 (6)
其中，m为实测脉冲数，m0为算定(或预置)的脉冲数，按式(7)计算；
m0＝C0N/CL (7)
C0为标准表的常数，imp/kWh；N为被检充电机低频或高频脉冲数；CL为被检充电机的常数，imp/kWh。
要适当地选择被检充电机的低频(或高频)脉冲数N和检测表的倍率开关挡，使算定(或预置)脉冲数和实测脉冲数满足表2的规定，同时每次测试时限不少于5s。
表2算定(或预置)脉冲数和显示被检充电机误差的小数位
| 检定装置准确度等级 | 0.05级 | 0.1级 | 0.2级 |
| 算定(或预置)脉冲数 | 10000 | 10000 | 10000 |
| 显示被检充电机误差的小数位/％ | 0.01 | 0.01 | 0.01 |
在充电过程中，通过采样被检测直流计量模块的脉冲输出信号，与直流检测表进行比较，以确定被检充电机的工作误差，输出工作误差并进行记录，工作误差每次都可以上传远程在线检测系统主站。要求在充电过程中至少测试3个点的工作误差。
(2)示值误差在线检测：通过读取被检直流计量模块充电开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值，并与同时刻直流检测表开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值进行比较，得到的两者误差值即示值误差。参考如下：
将被检充电机与检定装置的电流线路串联，电压线路并联，施加最大负载运行一段时间。停止运行后，按式(8)计算被检充电机的示值误差γ(％)。
γ＝(E′-E)/E×100+γ0 (8)
F为被检充电机停止充电与充电开始时电能示值之差，kWh；E为直流检测表显示的电能值，kWh；γ0为直流检测表的已定系统误差，不需修正时γ0＝0。
在线检测时，直流检测表应与被检直流计量模块同步运行，被检直流计量模块显示器末位一字(或最小分度)代表的电能值与所累计的E′之比(％)应不大于被检直流计量模块等级指数的1/10。
(3)计费误差在线检测：采用读取充电机内容控制模块的费率，启动，停止信号，读取被检测直流计量模块的能量数据与直流检测表比较计费。计费公式参考如下：
以充电机显示的分时段电量乘以对应费率单价得到的应付金额之和与充电机显示的付费金额相比较，以确定金额误差。充电机显示的付费金额与根据单价和充电机充电量示值计算的应付金额之差的绝对值不应超过最小付费变量。应付金额计算公式：
其中A为充电应付金额，单位元；Ki为费率i的单价，单位元/kWh；n为费率数；i为费率序号；ΔWxi为本次充电属于费率i的电能量，单位kWh。
付费金额误差的计算公式：
Ep＝|YJ-A| (10)
Ep为付费金额误差，单位元；YJ为充电机显示的付费金额，单位元。
(4)时钟误差在线检测：读充电机内部控制管理模块的时间与远程在线检测系统主站的时间进行比较，主站直接显示时钟误差。充电机的时间应准确。对具有分时计费功能的充电机，时钟误差应不超过3min。
如图4、图5、图6所示，本发明数据交互处理一种具体实施例
数据交互处理的具体步骤如下：
第一步，采用二型采集器模块LoRa对充电桩、充电枪侧计量电能表的数据进行采集，通过RS485接口采集直流检测表和直流计量模块的数据，打通各表计以及采集直流检测表和直流计量模块的数据交互采集。
第二步，二型采集器模块LoRa通过LoRaWAN协议将采集数据上报到LoRa网关。
第三步，LoRa网关与LoRa核心网服务端通过UDP通讯方式，将采集数据上报到管理系统HES的LoRa通讯层，通讯层经过鉴权、解密、解析后，将采集数据通过kafka中间件推送至管理系统HES的影子设备层，影子设备层根据电能表标准协议进行解析为应用层可识别数据协议。
第四步，管理系统HES将解析的数据存库，同时通过第三方对接的数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至误差计算模块以及运行误差监测模块，进行数据计算分析。
第五步，计量误差计算模块、运行误差监测模块处理完成后通过数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至充电桩远程计量在线监测系统应用层，应用层根据业务需求将数据进行展示和业务处理。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，其特征在于，
应用一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统；
一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统， 包括系统主站、直流计量模块、用电数据采集设备、直流检测表、控制管理模块、运行误差监测模块、计量误差计算模块，异常预警及工单下发模块；
系统主站，用于管理下属设备以及数据处理；
直流计量模块，用于安装在充电机上，进行充电计费，其设有能量寄存器；
用电数据采集设备，用于采集直流检测表和直流计量模块数据，并通过通讯网络上传到系统主站，为运行误差监测模块、计量误差计算模块提供所需计算数据；
直流检测表，采用分流器与表计一体式的结构设计，其设有能量寄存器；
控制管理模块，用于管理不同时段的充电费率以及时钟；
运行误差监测模块，根据充电机及充电站用电数据和设备档案数据，计算直流检测表的运行误差，实现对直流检测表的在线监测；
计量误差计算模块，用于根据用电数据采集设备采集到的数据，计算充电机内的计量误差；所述计量误差包括工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差；
所述异常预警及工单下发模块，用于根据运行误差监测模块和计量误差计算模块的计算结果以及预设阈值，产生告警信息；同时根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理，形成工单闭环，实现对直流检测表运行误差以及充电机工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差的在线检测；
其包括以下步骤：
第一步，获取直流充电站和非车载充电机的档案信息、充电站交流总表、非车载充电机外部的交流侧表计和直流检测表的用电数据；
第二步，根据直流充电站的树形电路拓扑和能量守恒定律，构建直流检测表的运行误差数学模型；
第三步，在电动汽车充电过程中，直流计量模块用于计量充电电量并输出相应脉冲信号，直流检测表同步接收直流计量模块输出脉冲信号进行比对，同时读取控制管理模块费率和时钟信息，计算得到直流计量模块的工作误差、示值误差、计费误差和时钟误差并上传系统主站；
第四步，根据第二步中得到的运行误差数学模型以及第一步中获取的数据信息，求解直流充电站内各直流检测表的计量误差并上报系统主站，实现对直流检测表量性能的在线监测；
第五步，根据第三步以及第四步中监测结果以及预设阈值，进行异常预警及工单下发；
所述第一步中，
档案信息包括：充电站信息、充电机信息、台区总表信息、直流计量模块信息、直流检测表信息；
充电站信息主要包括充电站地址、负责人、经纬度；
充电机信息主要包括充电机工作方式、充电机地址、负责人；
台区总表信息主要包括充电站总有功功率、总无功功率、电流、电压、功率；
直流计量模块信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率；
直流检测表信息主要包括有功电能、直流电流、直流电压、直流功率；
所述用电数据包括非车载充电机耗能数据、用电量数据、设备工作状态信息、电流数据、电压数据、功率数据，并采用基于LoRa/4G的通讯方式进行传输；
所述第二步中，运行误差数学模型的构建方法如下：
(1)
(2)
其中为站内交流总表电量计量，/>为损耗系数，ε 0为站内固定损耗，N充电站内直流检测表的数量；/>为直流检测表的运行误差值，/>为等效计量误差参数，与直流检测表示值误差的关系为：
(3)
为经转换效率补偿后的各直流桩用电量，其与直流侧充电枪计量电量的关系为：
(4)
直流充电机交流-直流转换模块的转换效率为与充电机充电功率相关的曲线，通过采集直流侧和交流侧录波数据，根据录波数据计算交流侧和直流侧实时功率后拟合得到；
记P个计量周期数据点交流侧电量为，直流侧各枪电量为，结合式(1)-(4)得到：
(5)
其中，P>N+1，为第P台非车载充电机内直流检测表的运行误差值,η表示直流充电机交流-直流转换模块的转换效率；
求解上方程到交流侧各计量点电量等效计量误差参数k i，根据式(3)得到每台非车载充电机内直流检测表的运行误差；
检测表首检安装后，按照每隔两周的频率将其计量数据和相应充电站总表数据上传到运行误差监测模块，运行误差监测模块通过运行误差数学模型计算得到直流检测表量误差；
当检测到直流检测表量误差超过指定阈值后将超差检测表信息输出到系统主站，系统主站下发直流检测表检定更换工单。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，其特征在于，
所述第三步中，
所述工作误差的计算方法如下：
直流检测表与用直流计量模块都在连续工作的情况下，用直流计量模块输出的脉冲控制直流检测表数来确定被检充电机的工作误差，输出工作误差并进行记录，并把工作误差上传到远程在线检测用的系统主站；要求在充电过程中至少测试3个点的工作误差；
所述示值误差的计算方法如下：
通过读取直流计量模块充电开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值，并与同时刻直流检测表开始时刻能量寄存器值和结束时刻能量寄存器值的差值进行比较，得到的两者误差值即为示值误差，并上传系统主站记录；
所述计费误差的计算方法如下：
充电过程中直流检测表读取充电机内部的控制管理模块不同时段的费率，并在接收到充电机内部的控制管理模块充电启动信号后开始根据不同时段的充电费率同步计费，在接收到充电机内部的控制管理模块充电结束的信号后停止计费，同时输出本次充电累计费用与直流计量模块输出的充电累计费用进行比对，得到非车载充电机的计费误差，并上传系统主站记录；
所述时钟误差的计算方法如下：
读取充电机内部的控制管理模块时钟与主站时钟进行比对，得到充电机的时钟误差记录在系统主站。
3.如权利要求2所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，其特征在于，
工作误差γ%的计算公式如下：
γ =（m 0-m）/m×100(6)
其中，m为实测脉冲数，m0为算定或预置的脉冲数，按式(7)计算;
m 0=C 0 N/C L (7)
C 0为标准表的常数；N为被检充电机低频或高频脉冲数；C L为被检充电机的常数；
示值误差γ%计算公式如下：
γ = (E'-E)/E×100+γ 0(8)
E'为被检充电机停止充电与充电开始时电能示值之差；E为直流检测表显示的电能值；γ 0为直流检测表的已定系统误差,不需修正时γ 0=0；
在线检测时,直流检测表应与被检直流计量模块同步运行,被检直流计量模块显示器末位一字或最小分度代表的电能值与所累计的E'之比应不大于被检直流计量模块等级指数的1/10；
计费误差计算公式如下：
A=(9)
其中A为充电应付金额；K i为费率i的单价;n为费率数;i为费率序号;ΔW xi为本次充电属于费率i的电能量；
付费金额误差的计算公式：
E p=|Y J-A|(10)
E p为付费金额误差；Y J为充电机显示的付费金额；
充电机显示的付费金额与根据单价和充电机充电量示值计算的应付金额之差的绝对值不应超过最小付费变量。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法，其特征在于，
第五步，所述异常预警及工单下发的具体内容如下：
系统主站根据计算出的运行误差、工作误差、示值误差、计费误差、时钟误差及预设阈值产生告警信息，根据配置策略对指定人员通过指定方式进行预警及派发工单，并提供工单完整生命周期管理，形成系统闭环工单；
系统主站与各表计以及各模块的数据交互的具体步骤如下：
第一步，采用二型采集器模块LoRa对充电站交流总表、非车载充电机外部的交流侧表计的数据进行采集，通过RS485接口采集直流检测表和直流计量模块的数据，打通各表计以及采集直流检测表和直流计量模块的数据交互采集；
第二步，二型采集器模块LoRa通过LoRaWAN协议将采集数据上报到LoRa网关；
第三步，LoRa网关与LoRa核心网服务端通过UDP通讯方式，将采集数据上报到管理系统HES的LoRa通讯层，通讯层经过鉴权、解密、解析后，将采集数据通过kafka中间件推送至管理系统HES的影子设备层，影子设备层根据电能表标准协议进行解析为各模块能识别的数据协议；
第四步，管理系统HES将解析的数据存库，通过第三方对接的数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至误差计算模块以及运行误差监测模块，进行数据计算分析；
第五步，计量误差计算模块、运行误差监测模块处理完成后通过数据接口文件流CSV数据格式，将数据推送至各模块，各模块根据业务需求将数据进行展示和业务处理。
5.一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，其特征在于，
采用如权利要求1-4任一所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测方法；
所述直流检测表具备脉冲输入接口，能够接收直流计量模块输出的脉冲信号，其准确度等级至少比计费用的直流计量模块高一个等级；
所述直流检测表安装在充电机内部直流进线侧；
所述直流计量模块安装在充电机内部直流出线侧。
6.如权利要求5所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，其特征在于，
所述直流计量模块采用分流器和表计分体式的直流电能表或分流器和表计一体式的直流电能表，其用于充电计费，同时具备脉冲输出接口。
7.如权利要求5所述的一种电动汽车充电机计量性能在线检测系统，其特征在于，
还包括直流充电站总表、交流侧表计、展示设备；
所述展示设备包括管理后台、大屏监控、监控中心、掌机。
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