一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統及其測試方法
2023-08-04 09:51:56
專利名稱：一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統及其測試方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車充放電設備的能效測試領域，具體涉及一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統及其測試方法。
技術背景
以電動汽車為主的新能源汽車發展已經列入「十二五」規劃，成為節能減排、推動產業升級的重大工程。各行業都積極開展電動汽車及交流充電樁、直流充換電站等基礎設施的試點建設工作。計程車、環衛車、公交車等公共服務領域的電動汽車試點建設項目開展迅速，北京、山東臨沂、浙江杭州三地電動汽車充換電站已形成樣板工程。截止2011年5月，國家電網公司已建成換電站9座、充電站78座、交流充電樁7000個、總投資14. 4億元，已具備為1400輛電動汽車提供充換電服務能力。電動汽車產業的能源消耗主要涉及電動汽車充電設施和電動汽車本身兩部分。目前，大部分能效問題研究集中於電動汽車本身利用效率的提高，包括驅動系統、電池效率等，但是對於電動汽車充電設施的能效問題研究較少。傳統的電測量技術對功率、電量等參數已具備較高準確度水平，滿足現有的能效測試應用水平要求。但在對電動汽車充放電設備能效測試時，存在數據量偏大、功率數據依賴手工記錄、處理的問題。因此導致能效測試工作效率較低，耗時較長。缺乏針對電動汽車充放電設備能效測試專用、高效的人機界面接口形式。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統及其測試方法，本發明採用VBA技術、Sockets技術、電功率測量技術，基於TCP/IP通信協議，實現與功率分析儀硬體設備的實時通信，完成對電動汽車充電設施轉換效率、諧波、電量、充放電特性曲線等能效項目的測試。本發明的目的是採用下述技術方案實現的—種電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其改進之處在於，所述系統包括功率採集層、通信協議轉換層和應用層；所述功率採集層將採集的測量數據上送給通信協議轉換層；所述通信協議轉換層採用VBA技術和Sockets技術完成功率分析儀通信協議的轉換及測量數據傳輸，並將測量數據上送給應用層；所述應用層對測試數據充放電設備能效水平、充電特性進行分析；所述功率採集層和通信協議轉換層之間基於TCP/IP協議。其中，所述功率採集層位於所述系統的底層；所述通信協議轉換層位於所述系統的中層；所述應用層位於所述系統的上層；所述應用層、通信協議轉換層和功率採集層依次連接。其中，所述功率採集層包括從下到上依次連接的電動汽車充放電設備和功率分析儀；所述功率分析儀對電動汽車充放電設備的電功率物理量進行測量，完成電功率物理量向數字參數化的轉換。
其中，所述通信協議轉換層包括從上到下依次連接的Socket收發單元和通信命令編解碼單元；所述Socket收發單元根據TCP/IP協議發送和接收測量數據命令，完成與功率分析儀的通信；所述通信命令編解碼單元用於完成測試需求與功率分析儀的通訊協議之間的轉換工作。其中，所述應用層包括諧波測量單元、功率測量單元和充放電特性曲線單元；所述諧波測量單元對電動汽車充放電設備的諧波進行測量及分析；所述功率測量單元對電動汽車充放電設備的功率進行測量及分析；所述充放電特性曲線單元對電動汽車的充放電特性進行測量及分析，並形成充放電特性曲線。其中，所述能效測試系統與計算機連接。本發明基於另一目的提供的一種電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其改進 之處在於，所述方法包括下述步驟(I)設置所述能效測試系統參數；(2)採集電動汽車充放電設備測試數據；(3)存儲並計算電動汽車充放電設備測試數據；(4)顯示測量結果。其中，所述步驟(I)中，所述能效測試系統參數包括通信參數、採集命令和電動汽車充放電設備參數。其中，所述通信參數包括計算機和功率分析儀的IP位址、通信埠和採集數據周期；根據能效測試系統的接線方式設置採集命令，所述採集命令包括輸入功率、輸出功率、電量、電壓、電流、功率因數、效率和諧波；所述電動汽車充放電設備參數包括電動汽車充放電設備額定容量和輸出電壓。其中，所述步驟(2)中，整個採集過程包括採集開始、採集暫停、採集停止、數據循環採集、導出採集數據、清除採集數據環節；數據循環採集環節由計算機控制；所述採集開始、採集暫停、採集停止、導出採集數據和清除採集數據環節均由所述應用層提供操作界面。其中，所述採集開始時執行以下操作A、開始採集；B、判斷套接字伺服器Socket server參數是否健全若不健全，則結束採集；否則執行下一步；(套接字伺服器Socket server參數是否健全的條件是IP、埠參數是否已設置)C、創建套接字伺服器Socket server對象。其中，所述數據採集、導出採集數據和清除採集數據依次進行；數據採集、導出採集數據和清除採集數據依次包括下述步驟a、當創建完套接字伺服器Socket server對象時,建立套接字Socket連接；b、啟動功率分析儀的電量累積；C、讀取並下發採集命令；d、等待循環周期TO時間；所述循環周期Ttl為10ms-50ms ；
e、判斷採集結果是否返回f、存儲並輸出採集數據，並進行統計計算；g、採集定時時間到則停止採集；h、判斷功率分析儀的電量累積是否停止；i、採集結束。其中，所述步驟e中，若採集結果返回，則進行步驟f;否則進行步驟h。其中，所述步驟h中，若功率分析儀的電量累積停止，則進行步驟i ;否則返回步驟
Co其中，所述步驟a_e為數據循環採集環節；所述步驟f為導出採集數據環節；所述步驟g_i為循環採集停止判斷環節。其中，所述步驟(3)中，設計存儲表對電動汽車充放電設備測試數據進行存儲；並對採集到的測試數據進行統計分析與計算，根據貝塞爾公式法、正態分布包含因子參數輸出測量不確定度的評判結果。其中，所述步驟(4)中，採用表格、曲線形式分功能區域、分顏色地顯示測量結果，並進行參數提示。其中，所述方法在數據採集過程中的每一次循環均查詢功率分析儀的電量累積狀態。與現有技術比，本發明達到的有益效果是I、本發明關注於電動汽車充電設施現場能效測試，整合採用計算機通信技術、電測量技術，提高電動汽車充電設施現場能效測試工作效率及準確度，解決了以往在電動汽車充電設施能效測量過程中測試數據量大，數據處理工作繁瑣，測量準確度低等問題。2、本發明採用VBA技術、Sockets技術，基於TCP/IP協議，實現了與功率分析儀的實時通訊，可對電動汽車充電設施的轉換效率、諧波、電量、充電特性曲線等能效項目進行同步測試，並具有數據長期記錄、合格判定、曲線繪製等功能。3、本發明中對電功率等物理量測量由功率分析儀完成，數據採用無損傳輸方式，本發明的測量本底準確度僅由功率分析儀準確度保證。4、本發明的測量基本精度O. 16%，電壓1500V，電流500A，頻寬DC在O. 5Hz 150kHz，
4路功率測量通道，具備對電動汽車充電站現場測試能力。
圖I是本發明提供的電動汽車充放電設備現場能效測試系統示意圖；圖2是本發明提供的設置能效測試系統參數示意圖；圖3是本發明提供的採集開始流程示意圖；圖4是本發明提供的數據採集、導出採集數據和清除採集數據流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本發明提供的電動汽車充放電設備現場能效測試系統示意圖如圖I所示，包括底層功率採集層、中層通信協議轉換層和上層應用層；底層功率採集層，採用功率分析儀對充電設施進行傳統的電參數測量，完成底層電功率等物理量向數字參數化的轉換，測量本底準確度由功率分析儀準確度保障；中層通信協議轉換層，採用VBA (Visual Basic forApplication)技術、Sockets (套接字伺服器Socket server的簡稱)技術完成功率分析儀通信協議的轉換及測量數據傳輸，由TCP/IP協議大容量數據通信特性保障測試數據的高效快速傳輸；上層應用層，根據採集的大量測試數據分析充放電設備能效水平、充電特性，應用於實際電動汽車充放電設備能效測試現場。功率採集層包括從下到上依次連接的電動汽車充放電設備和功率分析儀；所述功率分析儀對電動汽車充放電設備的電功率物理量進行測量，完成電功率物理量向數字參數化的轉換。通信協議轉換層包括從上到下依次連接的Socket收發單元和通信命令編解碼單元；S0Cket收發單元根據TCP/IP協議發送和接收測量數據命令，完成與功率分析儀的通信；通信命令編解碼單元用於完成測試需求與功率分析儀的通訊協議之間的轉換工作。應用層包括諧波測量單元、功率測量單元和充放電特性曲線單元；所述諧波測量 單元對電動汽車充放電設備的諧波進行測量及分析；所述功率測量單元對電動汽車充放電設備的功率進行測量及分析；充放電特性曲線單元對電動汽車的充放電特性進行測量及分析，並形成充放電特性曲線。能效測試系統與計算機連接。VBA及Sockets技術支持本發明的實現，是測量結果處理與分析、通信協議的轉換的核心技術單元。VBA技術實現了設計的測試流程的執行、數據的採集、處理，Socket技術實現了計算機與功率分析儀之間的通信及測試數據的高速傳輸。通信測量結果及應用單元對採集的測量結果進行統計分析與計算，並按照設定的方式存儲測量結果、輸出充放電特性曲線。通信命令編/解碼單元主要完成測試需求與功率分析儀專用的通訊協議之間的轉換工作。Socket收發單元根據TCP/IP協議發送和接收測量通信命令，完成與功率分析儀的通信。本發明主要採集電壓、電流、電量、電功率、功率因數、諧波、轉換效率等參數。採用自循環模式，在設定時間段內反覆讀取數據，循環周期Ttl 一般為10ms-50ms，較小的循環周期及TCP / IP協議的高效快速特性保證了與功率分析儀的通訊近似實時。本發明提供的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，包括下述步驟(I)設置能效測試系統參數①設置計算機和功率分析儀的IP位址、通信埠、設置採集數據周期；②根據被測裝置的接線方式設置輸入功率、輸出功率(單相功率PU P2、P3、P4，兩表法總功率P12、P34，三相總功率P123)、電量(單相電量WP1、WP2、WP3、WP4，兩表法總功率WP12、WP34，三相總功率WP123)、電壓(單相電壓有效值Urmsl、Urms2、Urms3、Urms4)、電流(單相電流有效值Irmsl Irms2 Irms3 Irms4)、功率因數(單相功率因數PFlPF2 PF3 PF4)、效率(Effl)、諧波總畸變率(Uthd Ithd)等基本命令參數。③設置電動汽車充放電設備的額定容量、輸出電壓等數據；設置能效測試系統參數如圖2所示。(2)採集數據整個採集過程主要分為採集的開始、暫停、停止、導出數據、清除數據等環節。開始、暫停等的控制功能由上層應用層提供操作界面，如圖3所示；數據採集過程由計算機根據圖4執行VBA程序實現。(3)測量結果存儲與計算根據數據採集規模，設計專門的存儲表進行存儲；並對採集到的數據進行統計分析與計算，根據貝塞爾公式法、正態分布包含因子等參數輸出測量不確定度的評判結果。(4)測量結果顯示採用表格、曲線等形式分功能區域、分顏色地顯示測量結果，關鍵參數進行提示。在採集過程的每一次自循環中，均查詢電量累積(Integration)狀態。這種方法一方面可保證操作人員對採集過程的控制，增強測試流程的靈活受控特性；另一方面，利用功率分析儀定時功能能夠提高與採集時長密切相關的電量採集的準確性及可比性，能夠保證每一次採集均能按照設定的時間長度採集能效數據，測試時長精度達到功率分析儀時間刷新周期。本發明功能方法利用VBA程序代碼進行實現。VBA程序代碼的特徵在於支撐了採集過程的開始、暫停、停止、採集數據、導出數據、清除數據、分析計算、繪製曲線等功能，代碼中採用Socket技術及TCP/IP通信協議，實現與功率分析儀的通信。 本發明對利用功率分析儀的電量累積(Integration)狀態及定時功能控制能效數據採集時長及採集循環停止的方法。這種方法增強操作人員對採集過程的可控性、提高與採集時長密切相關的電量採集的準確性及結果可比性。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述系統包括功率採集層、通信協議轉換層和應用層；所述功率採集層將採集的測量數據上送給通信協議轉換層；所述通信協議轉換層採用VBA技術和Sockets技術完成功率分析儀通信協議的轉換及測量數據傳輸，並將測量數據上送給應用層；所述應用層對測試數據充放電設備能效水平、充電特性進行分析；所述功率採集層和通信協議轉換層之間基於TCP/IP協議。
2.如權利要求I所述的電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述功率採集層位於所述系統的底層；所述通信協議轉換層位於所述系統的中層；所述應用層位於所述系統的上層；所述應用層、通信協議轉換層和功率採集層依次連接。
3.如權利要求I所述的電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述功率採集層包括從下到上依次連接的電動汽車充放電設備和功率分析儀；所述功率分析儀對電動汽車充放電設備的電功率物理量進行測量，完成電功率物理量向數字參數化的轉換。
4.如權利要求I所述的電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述通信協議轉換層包括從上到下依次連接的Socket收發單元和通信命令編解碼單元； 所述Socket收發單元根據TCP/IP協議發送和接收測量數據命令，完成與功率分析儀的通信；所述通信命令編解碼單元用於完成測試需求與功率分析儀的通訊協議之間的轉換工作。
5.如權利要求I所述的電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述應用層包括諧波測量單元、功率測量單元和充放電特性曲線單元；所述諧波測量單元對電動汽車充放電設備的諧波進行測量及分析；所述功率測量單元對電動汽車充放電設備的功率進行測量及分析；所述充放電特性曲線單元對電動汽車的充放電特性進行測量及分析，並形成充放電特性曲線。
6.如權利要求1-5中任一項所述的電動汽車充放電設備現場能效測試系統，其特徵在於，所述能效測試系統與計算機連接。
7.一種電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟 (O設置所述能效測試系統參數； (2)採集電動汽車充放電設備測試數據； (3)存儲並計算電動汽車充放電設備測試數據； (4)顯示測量結果。
8.如權利要求7所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟(I)中，所述能效測試系統參數包括通信參數、採集命令和電動汽車充放電設備參數。
9.如權利要求8所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述通信參數包括計算機和功率分析儀的IP位址、通信埠和採集數據周期； 根據能效測試系統的接線方式設置採集命令，所述採集命令包括輸入功率、輸出功率、電量、電壓、電流、功率因數、效率和諧波； 所述電動汽車充放電設備參數包括電動汽車充放電設備額定容量和輸出電壓。
10.如權利要求7所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟(2)中，整個採集過程包括採集開始、採集暫停、採集停止、數據循環採集、導出採集數據、清除採集數據環節；數據循環採集環節由計算機控制；所述採集開始、採集暫停、採集停止、導出採集數據和清除採集數據環節均由所述應用層提供操作界面。
11.如權利要求10所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述採集開始時執行以下操作 A、開始米集； B、判斷套接字伺服器Socketserver參數是否健全若不健全，則結束採集；否則執行下一步； C、創建套接字伺服器Socketserver對象。
12.如權利要求10所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述數據採集、導出採集數據和清除採集數據依次進行；數據採集、導出採集數據和清除採集數據依次包括下述步驟 a、當創建完套接字伺服器Socketserver對象時,建立套接字Socket連接； b、啟動功率分析儀的電量累積； C、讀取並下發採集命令； d、等待循環周期TO時間；所述循環周期Ttl為10ms-50ms； e、判斷採集結果是否返回 f、存儲並輸出採集數據，並進行統計計算； g、採集定時時間到則停止採集； h、判斷功率分析儀的電量累積是否停止； i、採集結束。
13.如權利要求12所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟e中，若採集結果返回，則進行步驟f ;否則進行步驟h。
14.如權利要求12所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟h中，若功率分析儀的電量累積停止，則進行步驟i ;否則返回步驟C。
15.如權利要求12所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟a-e為數據循環採集環節；所述步驟f為導出採集數據環節；所述步驟g_i為循環採集停止判斷環節。
16.如權利要求7所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，設計存儲表對電動汽車充放電設備測試數據進行存儲；並對採集到的測試數據進行統計分析與計算，根據貝塞爾公式法、正態分布包含因子參數輸出測量不確定度的評判結果。
17.如權利要求7所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述步驟(4)中，採用表格、曲線形式分功能區域、分顏色地顯示測量結果，並進行參數提示。
18.如權利要求7-17中任一項所述的電動汽車充放電設備現場能效測試方法，其特徵在於，所述方法在數據採集過程中的每一次循環均查詢功率分析儀的電量累積狀態。
全文摘要
本發明涉及電動汽車充放電設備的能效測試領域，具體涉及一種電動汽車充放電設備現場能效測試系統及其測試方法。所述系統包括功率採集層、通信協議轉換層和應用層；所述功率採集層將採集的測量數據上送給通信協議轉換層；所述通信協議轉換層採用VBA技術和Sockets技術完成功率分析儀通信協議的轉換及測量數據傳輸，並將測量數據上送給應用層；所述應用層對測試數據充放電設備能效水平、充電特性進行分析；所述功率採集層和通信協議轉換層之間基於TCP/IP協議。本發明採用VBA技術、Sockets技術、電功率測量技術，基於TCP/IP通信協議，實現與功率分析儀硬體設備的實時通信，完成對電動汽車充電設施轉換效率、諧波、電量、充放電特性曲線等能效項目的測試。
文檔編號H04L29/08GK102970338SQ201210424850
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者李濤永, 薛金會, 閆華光, 王鶴, 李德智, 黃偉, 蔣利民, 鐘鳴, 範瀅 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司