CN207758578U - 一种电动汽车充电站电能质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力系统电能质量技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电站电能质量监控系统，适用于电动汽车集中式充电站的电能质量监测、评估与治理。包括供电系统、充电系统及监测系统三大部分相连接构成；其中供电系统、充电系统和监测系统分别与充电站电能质量监控装置相连；充电系统和充电站电能质量监控装置之间连接有直流充电机电能质量监控终端和交流充电机电能质量监控终端；监测系统还与中心服务器、管理客户端以及数据服务器相连接。其结构设计合理，具有统一的授时功能，保证安全，实现充电站的电能质量监控等，以及诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题，保证所有测量点数据一致性和可比较性。

Description

一种电动汽车充电站电能质量监控系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统电能质量技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电站电能质量监控系统，适用于电动汽车集中式充电站的电能质量监测、评估与治理。

背景技术

电动汽车是新能源汽车发展的重点方向之一，对于节能环保、减少碳排放污染具有重要意义，而电动汽车充电设施是电动汽车产业链的重要组成部分，从而充分考虑充电设施的发展以及充电设施对于电网电能质量的影响就至关重要。

目前国内外提出多种电动汽车充电模式，主要为最为普遍的慢速充电模式，即以较低的充电电流对电动车进行充电，通常使用交流充电桩；以及以较高的充电电流在短时间内为电池充电的快速充电方式，通常为集中式电动汽车充电站，其主要的设备为直流充电机。尤其集中式电动汽车充电站，其大量的投入使用，除对电网规划、容量扩充等方面造成影响以外，对电力系统的电能质量也将产生极大的影响，主要表现在：负荷不均衡，即充电站采用大电流快速充电时，会形成150～600A的大电流，这可能会造成电网不稳定，并且过分密集的集中充电可能导致充电站瞬时负荷过大，对电网的负荷调节能力、载荷能力以及电源容量均造成考验；谐波污染，即使用电力电子器件的大容量充电机产生谐波，引起线路或变压器附加损耗增加和发热，造成电网中局部的电感、电容发生谐振，使谐波进一步放大，较高的谐波可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断；对开关和继电保护设备来说，谐波可能导致电子保护式低压断路器之固态跳脱装置不正常跳闸，可能对由序分量滤过器组成启动元件的保护及自动装置产生干扰；以及电压偏差、频率偏差、电压闪变、三项不平衡等。

当前，尚未有针对电动汽车充电站的电能质量监控系统，尤其是大量使用大容量的直流快速充电机的集中式电动汽车充电站， 特别的，当前充电站内可能配备的电能质量监控系统，或者电能质量治理方法，例如针对已经投运的电动汽车充电站，采用电网侧谐波治理的方法，投入特定设备进行谐波治理从而防止充电站向电网注入谐波电流，上述皆为针对整个充电站的电能质量进行监控和防护，而不能在线监测、评估、管理单独的某个站内支路，例如某个直流充电机。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种电动汽车充电站电能质量监控系统。目的在于提供一种结构设计合理，适用于大型集中式电动汽车充电站的电能质量监控与管理系统，该系统可以实现整个充电站的电能质量监控、分析、评估和预测，并能定位、分析、比较、评估和诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题，且系统使用统一的授时功能，保证所有测量点的数据一致性和可比较性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种电动汽车充电站电能质量监控系统，包括供电系统、充电系统及监测系统三大部分相连接构成；其中供电系统、充电系统和监测系统分别与充电站电能质量监控装置相连；充电系统和充电站电能质量监控装置之间连接有直流充电机电能质量监控终端和交流充电机电能质量监控终端；监测系统还与中心服务器、管理工作站以及数据服务器相连接。

所述充电系统包括直流充电机和交流充电机，直流充电机与直流充电机电能质量监控终端相连接；交流充电机与交流充电机电能质量监控终端相连接；所述监控系统包括充电站电能质量监控平台、充电站安保监控系统以及充电站充电监控系统，充电站电能质量监控平台与充电站电能质量监控装置相连接，充电站电能质量监控平台还和中心服务器、管理工作站、数据服务器相连接。

所述充电站电能质量监控装置、直流充电机电能质量监控终端和交流充电机电能质量监控终端通过通信链路通信并上传电能质量数据至充电站电能质量监控平台；所有数据通过运行于中心服务器之上的充电站电能质量监控平台的对应功能模块处理后存贮于数据服务器；管理工作站实现系统平台的访问、控制、管理及数据呈现和用户接口。

所述充电站电能质量监控平台，运行于中心服务器之上，包括电能质量分析、电能质量趋势预测、电能质量评估、支路电能质量比较与评估、充电站负荷监测与分析、授时模块、通信模块、保护模块、数据处理模块、数据存贮模块、数据查询模块及用户访问。

所述充电站电能质量监控装置，包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

所述直流充电机电能质量监控终端，包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

所述交流充电机电能质量监控终端，包括电流监测模块，电压监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

所述电能质量监控系统，具有统一的授时功能，支持北斗和GPS双授时。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型结构设计合理，具有统一的授时功能，支持北斗和GPS双授时，能够最大限度保证安全。

（2）在系统内各个节点使用、存贮、分析的电能质量数据，包括充电站电能质量监控平台、充电站电能质量监控装置、直流充电机电能质量监控装置终端和交流充电机电能质量监控终端都是一个时域和频域特性，因而可以实现电能质量尤其是谐波与相位等的数据一致性和可追溯性。

（3）本实用新型一方面充电站电能质量监控装置、直流充电机电能质量监控装置终端和交流充电机电能质量监控终端自身可以进行电能质量数据的分析与管理，另一方面充电站电能质量监控平台可以依据获取的多个节点的数据进行支路电能质量的分析与评估，尤其是对于谐波污染可能出现多个节点谐波抵消或增大现象，系统通过充电站电能质量监控装置获得的数据，与同时期获得的各支路上直流充电机电能质量监控装置终端和交流充电机电能质量监控终端的数据进行分析与比较，从而定位、分析、比较、评估和诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题。

附图说明

图1是本实用新型的系统逻辑结构图；

图2是本实用新型的物理通信拓扑结构图；

图3是本实用新型的系统功能框图。

图中：供电系统101；充电系统102；监控系统103；充电站电能质量监控平台200；充电站电能质量监控装置201；直流充电机电能质量监控终端202；交流充电机电能质量监控终端203；直流充电机204；交流充电机205；管理工作站301；中心服务器302；数据服务器303。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。此处所描述的具体实施例，用以解释本实用新型，并不限于本实用新型。

本实用新型是一种电动汽车充电站电能质量监控系统，如图1系统逻辑结构图所示，本实用新型系统包括供电系统101、充电系统102及监测系统103三大部分相连接构成。其中供电系统101和监测系统103分别与充电站电能质量监控装置201相连，充电系统102和充电站电能质量监控装置201之间连接有直流充电机电能质量监控终端202和交流充电机电能质量监控终端203；监测系统103还与中心服务器302、管理工作站301以及数据服务器303相连接。

所述充电系统102包括直流充电机204和交流充电机205，直流充电机204与直流充电机电能质量监控终端202相连接；交流充电机205与交流充电机电能质量监控终端203相连接。

所述监控系统103包括充电站电能质量监控平台200、充电站安保监控系统以及充电站充电监控系统，充电站电能质量监控平台200与充电站电能质量监控装置201相连接，充电站电能质量监控平台200还和中心服务器302、管理工作站301、数据服务器303相连接。

下面针对本实用新型作更详细的说明如下：

本实用新型包括设置于充电站供电系统101后端的充电站电能质量监控装置201，设置于单个直流充电机204前端的直流充电机电能质量监控终端202，设置于单个交流充电机205前端的交流充电机电能质量监控终端203，以及运行于中心服务器302之上的充电站电能质量监控平台200及其配套的管理工作站301与数据服务器303；充电站电能质量监控装置201实现整个充电站的电能质量监控；各个直流充电机电能质量监控终端202实现对应直流充电机的电能质量监控；交流充电机电能质量监控终端203实现对应交流充电机的电能质量监控。

如图2物理通信拓扑结构图所示，系统通过通信链路连接，充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控终端202和交流充电机电能质量监控终端203通过通信链路通信并上传电能质量数据至充电站电能质量监控平台200；所有数据通过运行于中心服务器302之上的充电站电能质量监控平台200的对应功能模块处理后存贮于数据服务器303；管理工作站301实现系统平台的访问、控制、管理、数据呈现和用户接口，接受运行于中心服务器302的充电站电能质量监控平台200的管理、调度和控制，并与数据服务器、中心服务器一起共同构成一种电动汽车充电站电能质量监控系统。充电站电能质量监控平台200可以针对整个电动汽车充电站实现电能质量监控、分析、评估和预测，并能定位、分析、比较、评估和诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题。且系统使用统一的授时功能，保证所有测量点的数据一致性和可比较性。

如图3系统功能框图所示，所述的充电站电能质量监控平台200，运行于中心服务器302之上，包括电能质量分析、电能质量趋势预测、电能质量评估、支路电能质量比较与评估、充电站负荷监测与分析、授时模块、通信模块、保护模块、数据处理模块、数据存贮模块、数据查询模块及用户访问等多个模块；充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控终端202和交流充电机电能质量监控终端203将获取的电能质量数据通过通信链路上传至充电站电能质量监控平台200，电能质量分析分析获取的各种电能质量数据，电能质量趋势预测实现针对当前和历史电能质量数据进行电能质量趋势预测；电能质量评估实现充电站电能质量状态的评估；支路电能质量比较与评估通过分析与比较获取的直流充电机或者交流充电机的电能质量数据并将其与充电站整体的电能质量数据；充电站负荷监测与分析实时计算和监控充电站的负荷状态，并提供电能质量监测的数据支持功能；授时模块可以同时兼容GPS和北斗系统，保证整个电能质量监控系统的时间精度，以及各个子系统的对时功能；通信模块提供系统内部的所有通信管理功能；保护模块提供系统需要的保护功能；数据处理模块将底层原始数据进行统一处理后，数据存贮模块将处理的数据存入数据服务器303，系统可以通过数据查询模块查询存贮于服务器的数据；用户访问提供管理客户端303的统一访问接口。

进一步地，所述的充电站电能质量监控装置201，包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块；装置通过电流监测模块、电压监测模块、频率监测模块、功率监测模块的互相配合，能够实现充电站供电系统后端，亦即整个充电站内部的多次谐波电压和谐波电流、电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、电压偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、基波有功功率，真功率因数，系统频率偏差等电能质量数据的采集；授时模块实现系统的统一授时功能；通信模块负责发送和接收与充电站电能质量监控平台200之间的通信指令及电能质量数据；保护模块在监测或依据采集数据预估监测对象发生极端情况时，发出预警信息并自动执行对应的保护动作；UI模块提供用户设置和操作交互功能；存储和录波模块依据预先设定的周期和数据类型将采集的数据实时存入本地数据空间。

进一步地，所述的直流充电机电能质量监控终端202，包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块；装置通过电流监测模块、电压监测模块、频率监测模块、功率监测模块的互相配合，能够实现监控的直流充电机前端位置的多次谐波电压和谐波电流、电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、电压偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、基波有功功率，真功率因数，系统频率偏差等电能质量数据的采集；授时模块实现系统的统一授时功能；通信模块负责发送和接收与充电至电能质量监控平台200之间的通信指令及电能质量数据；保护模块在监测或依据采集数据预估监测对象发生极端情况时，发出预警信息并自动执行对应的保护动作；UI模块提供用户设置和操作交互功能；存储和录波模块依据预先设定的周期和数据类型将采集的数据实时存入本地数据空间。

进一步地，所述的交流充电机电能质量监控终端203，包括电流监测模块，电压监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。监控终端通过电流监测模块、电压监测模块、功率监测模块的互相配合，能够实现电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、电压偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、基波有功功率，真功率因数等电能质量数据的采集；授时模块实现系统的统一授时功能；通信模块负责发送和接收与充电至电能质量监控平台200之间的通信指令及电能质量数据；保护模块在监测或依据采集数据预估监测对象发生极端情况时，发出预警信息并自动执行对应的保护动作；UI模块提供用户设置和操作交互功能；存储和录波模块依据预先设定的周期和数据类型将采集的数据实时存入本地数据空间。

进一步地，所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，具有统一的授时功能，支持北斗和GPS双授时，能够最大限度保证安全，在系统内各个节点使用、存贮、分析的电能质量数据，包括充电站电能质量监控平台200、充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控装置终端202和交流充电机电能质量监控终端203都是一个时域和频域特性，因而可以实现电能质量尤其是谐波与相位等的数据一致性和可追溯性。

进一步地，所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，一方面充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控装置终端202和交流充电机电能质量监控终端203自身可以进行电能质量数据的分析与管理，另一方面充电站电能质量监控平台200可以依据获取的多个节点的数据进行支路电能质量的分析与评估，尤其是对于谐波污染可能出现多个节点谐波抵消或增大现象，系统通过充电站电能质量监控装置201获得的数据，与时期获得的各支路上直流充电机电能质量监控装置终端202和交流充电机电能质量监控终端203的数据进行分析与比较，从而定位、分析、比较、评估和诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题。

本实用新型的工作过程如下：

用户通过运行于中心服务器302之上的充电站电能质量监控平台200及其配套的管理工作站301，对系统进行管理，包括系统安全管理、系统配置及数据分析与查询功能。

进一步地，用户通过管理工作站301启动或者停止系统运行。

进一步地，用户通过管理工作站301控制充电站电能质量监控平台200针对充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控终端202和交流充电机电能质量监控终端203使用统一的授时功能，保证所有测量点的数据一致性和可比较性；

进一步地，设置于充电站供电系统101后端的充电站电能质量监控装置201，设置于单个直流充电机204前端的直流充电机电能质量监控终端202，设置于单个交流充电机205前端的交流充电机电能质量监控终端203，不间断保持在线运行，并实时采集和存贮电能质量数据。

进一步地，充电站电能质量监控装置201、直流充电机电能质量监控终端202及交流充电机电能质量监控终端203一方面将临时数据进行本地预处理和本地存储，同时上传至充电站电能质量监控平台200。

进一步地，充电站电能质量监控平台200从数据服务器303存储或读取数据。

进一步地，充电站电能质量监控平台200依据收到的各种数据，实现电动汽车充电站的电能质量监控、分析、评估和预测，并能定位、分析、比较、评估和诊断单个充电机支路及充电机本身引起的电能质量问题。

进一步地，用户通过管理工作站301实现所有数据的查询、访问，并形成各种报表和报告。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从任何角度，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：包括供电系统（101）、充电系统（102）及监测系统（103）三大部分相连接构成；其中供电系统（101）、充电系统（102）和监测系统（103）分别与充电站电能质量监控装置（201）相连；充电系统（102）和充电站电能质量监控装置（201）之间连接有直流充电机电能质量监控终端（202）和交流充电机电能质量监控终端（203）；监测系统（103）还与中心服务器（302）、管理工作站（301）以及数据服务器（303）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述充电系统（102）包括直流充电机（204）和交流充电机（205），直流充电机（204）与直流充电机电能质量监控终端（202）相连接；交流充电机（205）与交流充电机电能质量监控终端（203）相连接；所述监测系统（103）包括充电站电能质量监控平台（200）、充电站安保监控系统以及充电站充电监控系统，充电站电能质量监控平台（200）与充电站电能质量监控装置（201）相连接，充电站电能质量监控平台（200）还和中心服务器（302）、管理工作站（301）、数据服务器（303）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述充电站电能质量监控装置（201）、直流充电机电能质量监控终端（202）和交流充电机电能质量监控终端（203）通过通信链路通信并上传电能质量数据至充电站电能质量监控平台（200）；所有数据通过运行于中心服务器（302）之上的充电站电能质量监控平台（200）的对应功能模块处理后存贮于数据服务器（303）；管理工作站（301）实现系统平台的访问、控制、管理及数据呈现和用户接口。

4.根据权利要求2所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述充电站电能质量监控平台（200），运行于中心服务器之上，包括电能质量分析、电能质量趋势预测、电能质量评估、支路电能质量比较与评估、充电站负荷监测与分析、授时模块、通信模块、保护模块、数据处理模块、数据存贮模块、数据查询模块及用户访问。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述充电站电能质量监控装置（201），包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述直流充电机电能质量监控终端（202），包括电流监测模块，电压监测模块，频率监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述交流充电机电能质量监控终端（203），包括电流监测模块，电压监测模块，功率监测模块，授时模块，通信模块，UI模块，保护模块，存储和录波模块。

8.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站电能质量监控系统，其特征是：所述电能质量监控系统，具有统一的授时功能，支持北斗和GPS双授时。