CN115575884B - 充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法 - Google Patents

充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法 Download PDF

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CN115575884B CN202211394597.3A CN202211394597A CN115575884B CN 115575884 B CN115575884 B CN 115575884B CN 202211394597 A CN202211394597 A CN 202211394597A CN 115575884 B CN115575884 B CN 115575884B
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Abstract

本申请涉及一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，包括以下具体步骤：获取待分析充电站拓扑和档案信息；获取充电站运行数据和特征数据；对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐；建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型；将以上数据代入误差分析模型，并求解各待求解参数；将综合误差参数转换为综合误差。本申请实现了不依赖硬件设备的充电桩计量设备运行误差计算，可有效筛选出疑似异常的充电桩，极大减少现场检定的工作量，同时提高对计量异常充电桩现场检定的时效性。

Description

充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法
技术领域
本申请涉及充电桩充计量误差计算领域，具体涉及一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法。
背景技术
在充电站设计方面，一座充电站包括充电系统、配电系统和监控系统等基本组成部分，充电系统为充电站的运行提供电源，是整个充电站正常运行的基础。电动汽车充电站的电力负荷级别确定为2级，配电电压为380V／220v，采用三相四线制、380V供电。监控系统具备非车载充电机工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流、电能量及交流充电桩的工作状态、故障信号、电压、电流、电能等数据采集功能。
目前，针对充电桩计量点运行误差的监测方法为现场检定。充电桩的现场检定系统由标准电能表、功率源或功率负载组成。功率负载可以是待充电的电动汽车实物或者是连续可调节电子负载，以模拟交流充电的全过程。采用电动汽车实物就是 JJG 1148-2022的实负荷检定法（利用实际运行负荷进行检定的方法）；采用电子负载就是 JJG 1148-2022的虚负荷检定法（利用充电桩检定装置提供的模拟负荷进行检定的方法）。虚负荷检定法又可以分为瓦秒法或标准表（脉冲）法。
专利CN202110578834《一种直流充电桩的运行误差监测方法》提出了一种基于充电桩工作数据进行充电桩运行误差的计算方法。该方法有如下缺点：该方法基于充电桩与站内总表同样计量周期内的电量数据进行建模和计算，当充电桩或充电枪没有与总表计量周期一致的电量数据时，无法直接建立误差分析模型。该方法未考虑充电站内有交流桩的情况。该方法未考虑当总表为高供高计模式，即总表与各充电桩之间存在变压器时，变压器的能量损耗。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，解决了没有同周期计量数据时，充电站误差分析模型无法建立的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请实施例提供一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，包括以下具体步骤：
S1. 获取待分析充电站拓扑和档案信息：包括总表-充电桩对应关系、总表与充电桩之间是否经过变压器、各充电桩类别；
S2. 获取充电站运行数据和特征数据：包括站内各直流桩交直流转换效率、站内总表在过去P个计量周期内的电量数据、各充电桩相应时间段内的交易数据；
S3. 对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐；
S4. 建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型；
S5. 将以上数据代入误差分析模型，并求解各待求解参数；
S6.将综合误差参数转换为综合误差。
所述对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐具体为，
分别对站内N个充电桩，生成与总表计量周期对应的，值为0的周期的站内各充电桩充电电量
Figure 654505DEST_PATH_IMAGE001
，即：
Figure 590712DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 727295DEST_PATH_IMAGE003
；
对站内N个充电桩，分别对其每个交易数据，按时间比例计算其对应的总表计量周期的充电量，具体方法如下：
Figure 114283DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure 45330DEST_PATH_IMAGE005
为该总表计量周期该充电桩充电过程占比时间，
Figure 455452DEST_PATH_IMAGE006
为充电桩i的第k次充电的充电开始时间，
Figure 130147DEST_PATH_IMAGE007
充电桩
Figure 637220DEST_PATH_IMAGE008
的第
Figure 4748DEST_PATH_IMAGE009
次充电的充电结束时间，
Figure 167745DEST_PATH_IMAGE010
充电桩
Figure 380551DEST_PATH_IMAGE008
的第
Figure 758443DEST_PATH_IMAGE011
次充电的电量计量值，
Figure 280560DEST_PATH_IMAGE008
=1,2,…N 为充电桩编号，
Figure 681586DEST_PATH_IMAGE011
为该枪不同充电交易数据编号，
Figure 947351DEST_PATH_IMAGE012
为计量周期；
遍历站内各枪的所有交易数据，按照上述方法，将各个交易对应的周期充电量
Figure 383011DEST_PATH_IMAGE013
叠加到该充电桩的周期电量数组上，即可得到站内所有充电桩与总表计量周期对应的站内各充电桩充电电量
Figure 872767DEST_PATH_IMAGE001
。
所述建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型具体为，得到的站内各充电桩充电电量
Figure 761089DEST_PATH_IMAGE001
和总表供电量
Figure 830545DEST_PATH_IMAGE014
，根据能量守恒原理，建立包含充电桩计量误差的综合误差分析模型，并对模型进行求解，得到站内各充电桩综合误差，其中，误差分析模型为：
Figure 917450DEST_PATH_IMAGE015
（1）
其中
Figure 532102DEST_PATH_IMAGE016
（2）
上式中，
Figure 953725DEST_PATH_IMAGE017
为充电桩
Figure 312025DEST_PATH_IMAGE008
的计量误差参数，
Figure 705966DEST_PATH_IMAGE018
为各个桩的转换效率，
Figure 491519DEST_PATH_IMAGE019
为变压器铜损系数，
Figure 151171DEST_PATH_IMAGE020
为站内固定损耗之和；上述误差分析模型中，
Figure 562429DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 827189DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 32911DEST_PATH_IMAGE020
为待求解参数，总表、各充电桩电量、各转换效率
Figure 383121DEST_PATH_IMAGE018
为已知数据，上述误差分析模型的解为使得目标函数
Figure 129229DEST_PATH_IMAGE021
（3）
取最小值时相应参数的取值。
将综合误差参数转换为综合误差具体为，由于
Figure 248495DEST_PATH_IMAGE022
，则
Figure 625118DEST_PATH_IMAGE023
，根据误差分析模型求得充电桩i的计量误差参数
Figure 462624DEST_PATH_IMAGE024
，从而得到计量误差
Figure 763155DEST_PATH_IMAGE025
。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
解决了没有同周期计量数据时，充电站误差分析模型无法建立的问题，通过拓展
Figure 986195DEST_PATH_IMAGE026
参数的定义，提出了一种适用于直流站、交流站、交直流混合站等场景的误差分析模型，适用性不受充电站类型限制，考虑了当充电站内连接变压器时的变压器损耗，通过引入变压器铜损系数
Figure 284453DEST_PATH_IMAGE027
和包含变压器铁损的站内固损参数
Figure 655260DEST_PATH_IMAGE028
，建立了包含变压器损耗的误差分析模型，该误差分析模型适用于高供低计和高供高计的充电站。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1是本申请实施例包含多个充电桩的充电站拓扑图；
图2是本申请实施例方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。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定义和解释。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图1，本申请实施例包含多个充电桩的充电站拓扑图，具有一个计量输入充电站的总电量的电能表，即充电站总表，站内有多个充电桩，其中充电桩可以为直流充电桩或交流充电桩，站内充电桩类型可为一桩一枪或一桩多枪，充电站内除充电桩外无其他用电用户或设备，其中充电站总表电量计量数据为恒定计量周期
Figure 431586DEST_PATH_IMAGE029
的站内总用电量，例如，每15分钟，或1小时内的总用电量，记为
Figure 774712DEST_PATH_IMAGE030
。其中各充电桩交易数据包括每次充电的：充电开始时间，充电结束时间，该次充电的电量计量值。记充电桩
Figure 306187DEST_PATH_IMAGE008
的第
Figure 587127DEST_PATH_IMAGE011
次充电的充电开始时间，充电结束时间，该次充电的电量计量值分别为：
Figure 971007DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 919372DEST_PATH_IMAGE008
=1,2,…N 为充电桩编号，
Figure 871016DEST_PATH_IMAGE011
为该枪不同充电交易数据编号。
如图2所示，本申请实施例提供一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，包括以下具体步骤：
S1. 获取待分析充电站拓扑和档案信息：包括总表-充电桩对应关系、总表与充电桩之间是否经过变压器、各充电桩类别；
S2. 获取充电站运行数据和特征数据：包括站内各直流桩交直流转换效率、站内总表在过去P个计量周期内的电量数据、各充电桩相应时间段内的交易数据；
S3. 对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐；
S4. 建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型；
S5. 将以上数据代入误差分析模型，并求解各待求解参数；
S6.将综合误差参数转换为综合误差。
由于误差分析模型需要各个总表计量周期内各个充电桩的充电电量，而交易数据本身只包括起止时间和总充电电量，因此需要计算与总表计量周期对应的各个充电桩的充电电量。
由于充电桩实际充电时，绝大部分时间处于恒流充电过程，其充电功率随充电电压升高略有升高，因此可以近似认为充电桩在整个充电过程中输出功率稳定，因此可以根据时间占比计算与总表计量周期对应的各个时段充电电量。
本申请所述充电桩充电量对齐方法步骤如下：
分别对站内N个充电桩，生成与总表计量周期对应的，值为0的周期电量数组，即：
Figure 904831DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 272228DEST_PATH_IMAGE003
。
对站内N个充电桩，分别对其每个交易数据，按时间比例计算其对应的总表计量周期的充电量，具体方法如下：
Figure 137415DEST_PATH_IMAGE032
其中
Figure 213956DEST_PATH_IMAGE033
为该总表计量周期该充电桩充电过程占比时间。分为三种情况：
1）当充电开始时间处于该计量周期时，
Figure 718755DEST_PATH_IMAGE033
等于充电开始时间到该计量周期结束时间的时间差。例如，该计量周期时间为 某年某月某日13:00 - 13:15，充电开始时间为 13:05，则此时
Figure 906154DEST_PATH_IMAGE034
=10分钟。
2）当充电过程跨过该总表计量周期时，
Figure 78378DEST_PATH_IMAGE035
。
3）当充电结束时间处于该计量周期时，
Figure 122558DEST_PATH_IMAGE036
等于该计量周期的开始时间到充电结束时间的时间差。例如，该计量周期时间为 某年某月某日14:00 - 14:15，充电结束时间为 14:05，则此时
Figure 114653DEST_PATH_IMAGE034
=5分钟。
遍历站内各枪的所有交易数据，按照上述方法，将各个交易对应的周期充电量
Figure 902481DEST_PATH_IMAGE037
叠加到该充电桩的周期电量数组上，即可得到站内所有充电桩与总表计量周期对应的站内各充电桩充电电量
Figure 414365DEST_PATH_IMAGE038
。
本申请所述误差分析模型和求解方法为：
根据上述方法得到的站内所有充电桩与总表计量周期对应的站内各充电桩充电电量
Figure 81975DEST_PATH_IMAGE038
和总表供电量
Figure 108837DEST_PATH_IMAGE039
，即可根据能量守恒原理，建立包含充电桩计量误差的综合误差分析模型，并对模型进行求解，得到站内各充电桩综合误差。其中，误差分析模型为：
Figure 887306DEST_PATH_IMAGE040
（1）
其中
Figure 519276DEST_PATH_IMAGE041
（2）
上式中，
Figure 905258DEST_PATH_IMAGE042
为充电桩
Figure 137525DEST_PATH_IMAGE043
的计量误差参数，其与计量误差
Figure 470417DEST_PATH_IMAGE044
的关系为：
Figure 206161DEST_PATH_IMAGE045
，即
Figure 966307DEST_PATH_IMAGE046
Figure 420291DEST_PATH_IMAGE047
为各个桩的转换效率，对于交流桩，
Figure 88032DEST_PATH_IMAGE048
，对于直流桩，转换效率
Figure 678282DEST_PATH_IMAGE047
为充电桩将交流输入功率转换为直流输出的效率，其值通过充电桩型号的规格参数获取。
Figure 874909DEST_PATH_IMAGE049
为变压器铜损系数，对于高供低计的充电站，即总表与各桩直接连接，
Figure 98080DEST_PATH_IMAGE050
，对于高供高计的充电站，即总表计量高压侧电量，其通过变压器于各桩相连，此时
Figure 22042DEST_PATH_IMAGE049
为待求解系数。
Figure 279848DEST_PATH_IMAGE051
为站内固定损耗之和，包括各桩待机功耗，站内通讯设备和监控设备等的在相应计量周期内的用电，对于高供高计的充电站，还包括变压器铁损电量。该参数为待求解参数。
上述误差分析模型中，
Figure 631064DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 544793DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 819917DEST_PATH_IMAGE051
为待求解参数，总表、各充电桩电量、各转换效率
Figure 119180DEST_PATH_IMAGE047
为已知数据。上述误差分析模型的解为使得目标函数
Figure 657609DEST_PATH_IMAGE052
（3）
取最小值时相应参数的取值。
设某充电站有四个充电桩A001、A002、A003、A004，其各桩均为直流桩，各桩交直流转换效率η均为93%。
各桩在2021/11/13 12:00-2021/11/13 15:00期间有订单数据如下：
Figure 104639DEST_PATH_IMAGE053
相应时段的总表计量数据如下：
Figure 121137DEST_PATH_IMAGE054
则根据本专利所述充电桩充电量对齐方法，得到各桩与总表计量周期对齐的电量如下：
Figure 353535DEST_PATH_IMAGE055
将上述数据代入本专利所述误差分析模型，并求解得到模型相应参数如下：
Figure 46553DEST_PATH_IMAGE056
根据
Figure 934875DEST_PATH_IMAGE057
，得各充电桩误差为：
Figure 801069DEST_PATH_IMAGE058
本申请实现了不依赖硬件设备的充电桩计量设备运行误差计算，可有效筛选出疑似异常的充电桩，极大减少现场检定的工作量，同时提高对计量异常充电桩现场检定的时效性。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1. 获取待分析充电站拓扑和档案信息：包括总表-充电桩对应关系、总表与充电桩之间是否经过变压器、各充电桩类别；
S2. 获取充电站运行数据和特征数据：包括站内各直流桩交直流转换效率、站内总表在过去P个计量周期内的电量数据、各充电桩相应时间段内的交易数据；
S3. 对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐；
S4. 建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型；
S5. 将以上数据代入误差分析模型，并求解各待求解参数；
S6.将综合误差参数转换为综合误差；
所述对站内各充电桩交易数据和总表计量电量进行电量对齐具体为，
分别对站内N个充电桩，生成与总表计量周期对应的，值为0的周期的站内各充电桩充电电量
Figure QLYQS_1
，即：
Figure QLYQS_2
，其中
Figure QLYQS_3
；
对站内N个充电桩，分别对其每个交易数据，按时间比例计算其对应的总表计量周期的充电量，具体方法如下：
Figure QLYQS_4
其中
Figure QLYQS_6
为该总表计量周期该充电桩充电过程占比时间，
Figure QLYQS_13
为充电桩i的第k次充电的充电开始时间，
Figure QLYQS_15
充电桩
Figure QLYQS_7
的第
Figure QLYQS_9
次充电的充电结束时间，
Figure QLYQS_10
充电桩
Figure QLYQS_14
的第
Figure QLYQS_5
次充电的电量计量值，
Figure QLYQS_8
=1,2,…N 为充电桩编号，
Figure QLYQS_11
为该枪不同充电交易数据编号，
Figure QLYQS_12
为计量周期；
遍历站内各枪的所有交易数据，按照上述方法，将各个交易对应的周期充电量
Figure QLYQS_16
叠加到该充电桩的周期电量数组上，即可得到站内所有充电桩与总表计量周期对应的站内各充电桩充电电量
Figure QLYQS_17
；
其中
Figure QLYQS_18
分为三种情况：
1）当充电开始时间处于该计量周期时，
Figure QLYQS_19
等于充电开始时间到该计量周期结束时间的时间差；
2）当充电过程跨过该总表计量周期时，
Figure QLYQS_20
；
3）当充电结束时间处于该计量周期时，
Figure QLYQS_21
等于该计量周期的开始时间到充电结束时间的时间差；
所述建立总表和各充电桩计量电量的能量守恒模型具体为，得到的站内各充电桩充电电量
Figure QLYQS_22
和总表供电量
Figure QLYQS_23
，根据能量守恒原理，建立包含充电桩计量误差的综合误差分析模型，并对模型进行求解，得到站内各充电桩综合误差，其中，误差分析模型为：
Figure QLYQS_24
其中
Figure QLYQS_25
上式中，
Figure QLYQS_26
为充电桩
Figure QLYQS_27
的计量误差参数，
Figure QLYQS_28
为各个桩的转换效率，
Figure QLYQS_29
为变压器铜损系数，
Figure QLYQS_30
为站内固定损耗之和；
上述误差分析模型中，
Figure QLYQS_31
、
Figure QLYQS_32
、
Figure QLYQS_33
为待求解参数，总表、各充电桩电量、各转换效率
Figure QLYQS_34
为已知数据，上述误差分析模型的解为使得目标函数
Figure QLYQS_35
取最小值时相应参数的取值。
2.根据权利要求1所述的一种充电站内充电桩充电量对齐及计量误差计算方法，其特征在于，将综合误差参数转换为综合误差具体为，由于
Figure QLYQS_36
，则
Figure QLYQS_37
，根据误差分析模型求得充电桩i的计量误差参数
Figure QLYQS_38
，从而得到计量误差
Figure QLYQS_39
。
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