一种交流充电站的电量计量误差监测方法及充电站
技术领域
本发明涉及一种交流充电站的电量计量误差监测方法及充电站，属于交流充电站
技术领域
。背景技术
充电桩计量点电量计量误差现场检定方法的实际现场操作中，对于充电桩的监测需要利用基于实负荷检测的专用设备，且多为一体化的现场监测车，成本高昂，对单一计量点的检测耗时也较长。整体来讲，通过现场检定的方式对充电桩计量点进行监测的方案随着充电桩数量的不断增多，势必带来工作量的几何倍数增加，研究新的、在线的、性价比高的充电桩计量点状态监测技术与管理模式势在必行。
同时充电桩计量检测由测试人员携带负载箱赴现场进行，实负荷检测装置笨重、检测过程耗能耗时、自动化程度低，对检测人员需求量大。且贸易检测用充电桩涉及用户多，使用量大，牵涉面广，每年一度的周期检测不能保证充电桩长期良好运行，需要状态监测保证计量准确可靠。
进一步，中国专利(公开号：CN109307852A)公开了一种确定电动汽车充电桩电能计量装置的计量误差的方法和系统，本发明提供一种确定电动汽车充电桩的电能计量装置的计量误差的方法和系统，所述方法和系统综合利用多种影响电能计量误差的因素，通过聚类分析的方法进行数据挖掘产生样本，利用模糊系统和人工神经网络相结合形成的模糊神经网络方法，充分利用了两种方法处理多耦合系统的优点，搭建出一个智能电能计量误差评估模型。
但上述方案根据首检误差和同类型充电桩状态，预测充电桩电量计量值，存在计量偏差；同时也需要去现场去检定，属于传统检定方法的范畴，检定成本高；更一步上述方案基于聚类算法的用电量预测，结果不确定度较大，存在较大误差。
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通过构建充电桩能量守恒方程组模型，利用充电桩计量表和充电站内总表计量数据，得到充电桩综合计量误差，进而可实现充电桩计量设备电量计量误差的远程在线监测，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，检测成本低，准确率高，误差小的交流充电站的电量计量误差监测方法及充电站。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种交流充电站的电量计量误差监测方法，
包括以下步骤：
第一步，获取充电站内各个充电枪充电过程电量计量数据和充电站交流总表电量计量数据；
数据包括：充电站交流总表在过去P个计量周期内的电量数据和各充电枪相应时间段内的计量数据；
第二步，基于能量守恒定律和充电站电路拓扑结构，建立包括充电桩计量误差参数的充电桩能量守恒方程组模型；
第三步，利用线性回归方法，计算充电桩能量守恒方程组模型对应的各未知物理量；
第四步，根据第一步中的计量数据，并将第三步中计算出的各物理量代入充电桩能量守恒方程组模型中，然后求解充电桩能量守恒方程组模型，得到各充电枪电量计量误差；
第五步，判断各充电枪电量计量误差是否小于阀值，并以此确定充电枪计量功能状态。
交流充电站和充电桩是直接把电网的交流电量输入到电动车，电动车内内置交直流转换模块，每个充电枪有相应电量计量功能。
本发明经过不断探索以及试验，通过构建包括充电桩计量误差参数的充电桩能量守恒方程组模型，利用充电枪和站内总表电量计量数据，构建能量守恒方程组和相应求解方法，计算得到充电枪电量计量误差。
由于本发明通过计量数据分析得到充电桩电量计量误差，可有效筛选出电量计量误差超差的充电桩，减少计量偏差；同时可作为充电桩现场检定的前置筛选步骤，极大减少充电桩现场检定的工作量，且时效性高；进一步可在线实时分析，综合成本低于现场全检；并且相比现有技术准确率高，误差小。
所述线性回归方法为最小二乘法或Theil回归或Siegel回归或最小中位数二乘(LMS)回归。
作为优选技术措施：
第一步中，计量周期j内充电桩交流侧总表供电量计量为φ总(j)，充电桩侧多个充电枪电量计量为φ枪i(j)，i＝1,2,…M；
φ总(j)为同一时间间隔内总表计量点电量计量值，
φ枪i(j)为各充电枪计量点电量计量值。
作为优选技术措施：
第二步中，充电桩计量误差参数κi的计算公式为：
其中：εi为各充电枪的电量计量误差。
作为优选技术措施：
所述充电桩能量守恒方程组模型的计算公式为：
对上式进行变形，得到计量周期j的总表与充电枪侧电量和之差的计算公式为：
其中
其中，ε0为充电站内损耗参数，包括各桩功能模块、通信模块能量损耗和线路损耗。
作为优选技术措施：
第三步中，充电桩能量守恒方程组模型对应的各物理量的计算：
充电桩能量守恒方程组模型中，充电枪计量误差参数κi和充电站内损耗参数ε0为待求解参数；
代入交流总表和各充电枪电量计量数据，构建若干充电桩能量守恒方程组。
作为优选技术措施：
充电桩能量守恒方程组利用最小二乘法对待求解参数进行求解，得到确切的各物理量；
把各物理量，代入充电桩能量守恒方程组中，得到各充电桩计量误差εi，
其计算公式如下：
作为优选技术措施：
若干充电桩能量守恒方程组的构建如下：
步骤一，将总表与充电枪侧电量和之差的计算公式改写成如下形式：
步骤二，将计量数据带入步骤一中的公式中，建立包括充电桩计量误差参数的方程组；
步骤三，利用最小二乘法求解该方程组，得到各充电枪计量误差参数κi和站内损耗参数ε0；
步骤四，根据步骤三求解得到各充电枪计量误差参数κi和站内损耗参数ε0，并利用充电桩计量误差参数的计算公式，计算得到各交流充电枪电量计量误差εi。
作为优选技术措施：
充电桩计量误差参数的方程组的具体形式如下：
作为优选技术措施：
还包括：如果电量计量误差大于阀值，则判断该充电枪为计量异常；
如果电量计量误差小于阀值，则判断该充电枪为计量正常；
所述阀值为误差精度，其取值范围1％～5％。
作为优选技术措施：
一种具有电量计量误差监测设备的充电站，
包括至少一个充电桩、电量计量误差监测设备；
所述充电桩设有至少一个充电枪；
所述电量计量误差监测设备装配一个或多个处理器以及存储装置；
所述存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的一种交流充电站的电量计量误差监测方法。
相比现有的通过虚负荷和实负荷现场检定充电枪计量误差的方法，本发明具有以下优点：
1.总体时间成本较低。本发明的充电桩能量守恒方程组模型求解复杂度较低，可在较短时间内计算大量充电站内充电枪的计量误差。
2.节省大量人力物力。
3.不需要站内加装设备和其他改造，只需利用现有充电枪计量数据和充电站总用电量数据。
4.所需数据积累时间较短，可及时发现出现问题的充电桩，时效性较高。
5.本发明可在各种计算平台上实现，方便与其他计算平台融合。
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，通过构建包括充电桩计量误差参数的充电桩能量守恒方程组模型，利用充电枪和站内总表电量计量数据，构建能量守恒方程组和相应求解方法，计算得到充电枪电量计量误差。由于本发明通过计量数据分析得到充电桩电量计量误差，可有效筛选出电量计量误差超差的充电桩，作为充电桩现场检定的前置筛选步骤，极大减少充电桩现场检定的工作量，且时效性高，可在线实时分析，综合成本低于现场全检，并且相比现有技术准确率高，误差小。
进一步,相比现有的通过虚负荷和实负荷现场检定充电枪计量误差的方法，本发明具有以下优点：
1.总体时间成本较低。本发明的充电桩能量守恒方程组模型求解复杂度较低，可在较短时间内计算大量充电站内充电枪的计量误差。
2.节省大量人力物力。
3.不需要站内加装设备和其他改造，只需利用现有充电枪计量数据和充电站总用电量数据。
4.所需数据积累时间较短，可及时发现出现问题的充电桩，时效性较高。
5.本发明可在各种计算平台上实现，方便与其他计算平台融合。
附图说明
图1为本发明适用的交流充电站电路拓扑结构图；
图2为本发明流程框图。
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。
如图1-2所示，一种交流充电站的电量计量误差监测方法，
包括以下步骤：
第一步，获取充电站内各个充电枪充电过程电量计量数据和充电站交流总表电量计量数据；
数据包括：充电站交流总表在过去P个计量周期内的电量数据和各充电枪相应时间段内的计量数据；
第二步，基于能量守恒定律和充电站电路拓扑结构，建立包括充电桩计量误差参数的充电桩能量守恒方程组模型；
第三步，利用线性回归方法，计算充电桩能量守恒方程组模型对应的各未知物理量；
第四步，根据第一步中的计量数据，并将第三步中计算出的各物理量代入充电桩能量守恒方程组模型中，然后求解充电桩能量守恒方程组模型，得到各充电枪电量计量误差。
第五步，判断各充电枪电量计量误差是否小于阀值，并以此确定充电枪计量功能状态。
交流充电站和充电桩是直接把电网的交流电量输入到电动车，电动车内内置交直流转换模块，每个充电枪有相应电量计量功能。
本发明经过不断探索以及试验，通过构建包括充电桩计量误差参数的充电桩能量守恒方程组模型，利用充电枪和站内总表电量计量数据，构建能量守恒方程组和相应求解方法，计算得到充电枪电量计量误差。由于本发明通过计量数据分析得到充电桩电量计量误差，可有效筛选出电量计量误差超差的充电桩，作为充电桩现场检定的前置筛选步骤，极大减少充电桩现场检定的工作量，且时效性高，可在线实时分析，综合成本低于现场全检，并且相比现有技术准确率高，误差小。
本发明主要步骤包括获取数据、基于能量守恒定律建立包括充电枪计量误差参数的充电站内能量守恒方程组模型、方程求解和结果转换成计量误差、根据误差阈值确定充电枪计量功能状态。
本发明所用数据均为充电站内各计量设备运行过程自动产生的数据，均为现在充电站运行已有的数据，不需要额外加装数据采集设备和其他辅助设备。
本发明确定充电枪计量误差所需数据量(计量周期数目)较低，对于现有充电站和站内交流表普遍采用的小于或等于15分钟的计量周期，积累足够数目有效计量周期所需时间较短。
本发明可同时计算一个交流充电站内多个充电桩(枪)的电量计量误差，可适用于不同充电站规模和充电站类型(一桩一枪或一桩多枪)。
本发明的一种具体应用实施例：
本发明适用交流充电站充电枪电量计量误差的监测。适用的充电站类型包括：
1.有多个充电桩，每个充电桩一个充电枪。
2.有多个充电桩，每个充电桩多个充电枪。
3.只有一个充电桩，充电桩有多个充电枪。
即本发明适用于有多个充电枪的充电站。
对于只有一个充电枪的充电桩，充电枪电量计量误差即为充电桩电量计量误差；对于有多个充电枪的充电桩，各充电枪有独立的电表计量，误差不同，充电桩电量计量误差指桩内各充电枪的电量计量误差。本发明直接计算各充电枪的电量计量误差。
本发明适用的充电站要求站内每个充电枪都有电量计量功能，为充电枪侧计量点，且要求站内有计量交流侧总供电量的计量点，为总表计量点。
本发明通过充电站内能量守恒关系和拓扑结构，建立的充电桩能量守恒方程组模型，代入充电站内各个充电枪充电过程电量计量数据和交流总表电量计量数据，求解得到充电枪电量计量误差。
所述拓扑结构，参加图1，根据这个拓扑，电量从总表流出，最后经过充电枪流到车上，整个过程电量守恒。
本发明的一种最佳实施例：
一个计量周期指一段用电时间。
例如取15分钟间隔为一个计量周期，则通过充电枪充电过程数据，计算每个15分钟内各个充电枪用电量。
记P个计量周期(数据点)交流侧电量为φ总(j)，j＝1，2，...P，M个充电枪电量为φ枪，i(j)，j＝1，2，...P，i＝1，2，...M，其含义为同一时间间隔内总表计量点电量计量值和各充电枪计量点电量计量值，充电枪侧各充电枪真实用电量为X枪i(j)，充电枪计量误差为εi，则有：
由上式得
本发明同样适用于其他计量周期的电量数据。
根据能量守恒定律，有
总表侧供电电量＝充电枪侧充电电量+站内固定损耗ε0
其中站内固定损耗包括充电桩显示和通信设备、输电线路损耗。
上述能量守恒关系即：
将(2)代入上式得：
即：
记
为计量误差参数，
为计量周期j的总表与充电枪侧电量和之差。
则上述方程改写成如下形式
由上公式，代入电量计量数据，即可建立包括充电桩计量误差参数的的充电桩能量守恒方程组模型，其具体形式如下：
当有效计量周期数目P满足P>＝M+1时，上述方程可用最小二乘法求解。有效计量周期是指该计量周期内处于充电状态的充电桩与其他计量周期不同。方程组中，各充电枪计量误差参数κi和充电站内损耗参数ε0为待求解参数。
利用最小二乘法求解该方程组，即可得到各充电枪计量误差参数κi和站内损耗参数ε0，根据公式(1)，即可计算得到各交流充电枪电量计量误差εi。
进而，判断各充电枪电量计量误差是否小于阈值，阈值对应电表规定的精度，如0.5S的电表，即误差不超过0.5％，此时误差阈值即为0.5％。充电枪一般为1S表，即误差精度1％，阈值1％。
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括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。
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