婁婷婷，郭 翔，徐 鼎，劉巧紅

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟（充電聯(lián)盟）統(tǒng)計[1]，截止到2016年12月，公共類充電樁建設(shè)、運(yùn)營數(shù)量接近15萬個，中國充電基礎(chǔ)設(shè)施公共類充電設(shè)施保有量全球第一[2]。為保持充電裝置的正常運(yùn)營和充換電網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展，需對新建設(shè)的充電設(shè)備進(jìn)行投運(yùn)驗(yàn)收，對已運(yùn)行的充電設(shè)備進(jìn)行定期的檢測檢修。

目前，對充電裝置的檢測主要依靠實(shí)驗(yàn)室環(huán)境檢測，依賴于實(shí)驗(yàn)室的固定式檢測設(shè)備，不能有效反映充電設(shè)施現(xiàn)場性能。對于充換電站現(xiàn)場檢測的需要，目前多延續(xù)使用實(shí)驗(yàn)室固定式檢測設(shè)備，通過物流公司或其他方式長途運(yùn)輸?shù)綑z測現(xiàn)場，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行接線、測試等工作。這種工作模式存在以下問題：1）部分檢測設(shè)備體積大、質(zhì)量重，運(yùn)輸不便；2）檢測設(shè)備分散，在運(yùn)輸中得不到保障，精密檢測設(shè)備需要重新調(diào)試與校準(zhǔn)；3）設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后，需要進(jìn)行重新拆裝與組合，費(fèi)時費(fèi)力；4）主要依靠人工記錄和處理數(shù)據(jù)，增加人力成本。

開展電動汽車充電裝置一體化現(xiàn)場檢驗(yàn)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)充電裝置的自動化檢測，代替人工對現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理和形成報告，直觀顯示充電裝置的充電曲線，這對于提高現(xiàn)場檢測的工作效率，提升現(xiàn)場檢測服務(wù)能力，有著十分重要的意義。

1 充電裝置移動檢測平臺功能需求與結(jié)構(gòu)

1.1 功能需求

充電裝置在全壽命周期管理過程中，需要測試很多技術(shù)指標(biāo)。充電裝置的電氣性能測試分為5個部分。分別是：功能測試、安全性能測試、電磁兼容測試、可靠性測試和附加測試[3]。其中，后三種測試須在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)完成；前兩種測試則可以在現(xiàn)場通過選取合適的檢測設(shè)備和方法來實(shí)現(xiàn)。主要依靠選取合適的采樣點(diǎn)，提高采樣精度和數(shù)據(jù)傳輸精度，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力，來保證檢測數(shù)據(jù)來源的真實(shí)準(zhǔn)確，通過采樣數(shù)據(jù)的合理取舍，選擇科學(xué)的數(shù)據(jù)分析方式，提高采樣的同時性和響應(yīng)時間，來保證數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性。

因此，充電裝置移動檢測平臺應(yīng)能按照預(yù)先編好的程序完成充電裝置諧波電流、功率因數(shù)、充電裝置效率、輸出電壓誤差、輸出電流誤差、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等性能測試[4]，同時可以手動設(shè)置，完成充電裝置保護(hù)功能的檢測。

1.2 平臺結(jié)構(gòu)

充電裝置移動檢測平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括可編程交直流電源、檢測控制平臺和可編程交直流負(fù)載。其中，檢測控制平臺由高精度交流數(shù)據(jù)采集模塊、高精度直流數(shù)據(jù)采集模塊、高精度波形采集模塊和控制模塊組成。

圖1 充電裝置移動檢測平臺結(jié)構(gòu)

1）可編程交直流電源?？删幊探恢绷麟娫垂δ苤饕菫楸粶y充電裝置提供工作電源和負(fù)載電源，精確地模擬電網(wǎng)電壓和頻率的變化，保證充電裝置在測試狀態(tài)下正常工作，且能夠?qū)崿F(xiàn)電壓在充電裝置額定電壓的85%~115%連續(xù)可調(diào)，自動恒壓。

2）可編程交直流負(fù)載?？删幊探恢绷髫?fù)載主體為RLC并聯(lián)諧振電路，功率密度高，散熱性能好，在規(guī)定電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電流連續(xù)可調(diào)?？紤]到充電裝置分為低電壓大電流輸出（用于分箱式充電裝置）和高電壓小電流輸出（用于整車充電裝置），故設(shè)計負(fù)載為30-125 V/125 A可調(diào)和125-800 V/15 A可調(diào)兩種。

3）高精度交流數(shù)據(jù)采集模塊。內(nèi)置NORMA-5 000交流數(shù)據(jù)采集模塊，基本準(zhǔn)確度為0.03%，采樣率為1 MHz，電壓輸入范圍為0.3 V～1 000 V，可以實(shí)現(xiàn)對三相交流輸入電壓、電流、功率等信號的高精度采集。

4）高精度直流數(shù)據(jù)采集模塊。內(nèi)置直流數(shù)據(jù)采集模塊，要求采樣頻率不低于150 MHz，且具備較強(qiáng)的抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)對直流信號的高精度采集。

5）高精度波形數(shù)據(jù)采集模塊。內(nèi)置DPO-2042波形采集設(shè)備，配備高壓差分探頭和電流探頭，帶寬為100 MHz和200 MHz，采樣率為1 GS/s，記錄長度為1 M點(diǎn)，能夠采集電壓、電流波形信號。

6）控制模塊。內(nèi)置PC工控機(jī)，通過參數(shù)設(shè)置對充電裝置的每個檢測項(xiàng)目進(jìn)行自動測試、數(shù)據(jù)處理，并生成報告，且操作界面直觀，操作簡單，存儲采用高速硬盤。

7）通信。采用RS232方式通信。

2 檢測原理

1）諧波電流。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，調(diào)節(jié)交流電源輸出為充電裝置額定輸入，調(diào)節(jié)直流負(fù)載，使充電裝置輸出電流在大于半載狀態(tài)下，測量第3、5、7、9、11、13、15次諧波電流畸變率。

2）功率因數(shù)和效率測試。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，調(diào)節(jié)交流電源輸出為充電裝置額定輸入，調(diào)節(jié)直流負(fù)載，使充電裝置輸出電流在大于半載狀態(tài)下，利用高精度交流數(shù)據(jù)采集模塊測量充電裝置輸入電壓Ui、輸入電流Ii、有功功率Pi、視在功率S，利用高精度直流數(shù)據(jù)采集模塊測量充電裝置輸出電壓Uo、輸出電流Io。并分別按式（1）、（2）計算充電裝置功率因數(shù)λ和效率η。

3）輸出電壓誤差。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，調(diào)節(jié)交流電源輸出為充電裝置額定輸入，設(shè)置充電裝置為穩(wěn)壓狀態(tài)，在允許輸出范圍內(nèi)設(shè)定其直流輸出電壓為Uz0；調(diào)節(jié)直流負(fù)載使充電裝置輸出電流為50%額定值，測量充電裝置的輸出電壓，記為UZ。 計算輸出電壓誤差如式（3）所示[5]。

4）輸出電流誤差。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，調(diào)節(jié)交流電源輸出為充電裝置額定輸入，設(shè)置充電裝置為恒流狀態(tài)，在允許輸出范圍內(nèi)設(shè)定輸出電流為Iz0；設(shè)定輸出電壓為允許輸出范圍內(nèi)的中間值，測量輸出電流，記為IZ。計算輸出電流誤差如式（4）所示[5]。

5）穩(wěn)壓精度測試。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，設(shè)置充電裝置為穩(wěn)壓狀態(tài)，調(diào)節(jié)直流負(fù)載，使充電裝置的輸出電流分別為20%額定電流、50%額定電流、100%額定電流；設(shè)定充電裝置的輸出電壓在允許范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)交流電源，使充電裝置的輸入電壓分別為85%額定輸入值、100%額定輸入值、115%額定輸入值；分別測量充電裝置的輸出電壓。找出上述變化范圍內(nèi)充電裝置輸出電壓的極限值ULimit，按式（5）計算穩(wěn)壓精度δU為[5]

6）穩(wěn)流精度測試。

按圖1對充電裝置進(jìn)行接線，設(shè)置充電裝置為恒流狀態(tài)，設(shè)置輸出電壓分別為最小值、中間值、最大值；交流輸入電壓分別取85%額定輸入值、100%額定輸入值、115%額定輸入值；調(diào)整輸出電流為（20%~100%）額定電流范圍內(nèi)的任一數(shù)值上，分別測量充電電流，找出上述變化范圍內(nèi)充電電流的極限值ILimit。按式（6）計算穩(wěn)流精度δI為[5]

7）紋波系數(shù)測試。

測試過程同5），分別測量充電裝置的直流輸出電壓平均值UDC、輸出電壓的交流分量峰峰值Upp和交流分量有效值Urms，并按式（7）、（8）計算紋波有效值系數(shù)Xrms和紋波峰值系數(shù)XPP[5]。

3 檢測程序設(shè)置

通過軟件設(shè)置整個測試流程如圖2所示。為了方便使用，根據(jù)用戶的不同需要可以在測試前，將被測的充電裝置在不同輸入輸出條件（交流電壓輸入充化，負(fù)載充化）下，進(jìn)行測試流程進(jìn)行預(yù)置，存儲為一個測試流程，測試時根據(jù)預(yù)置的測試流程，自動完成所有的測試步驟，并給出測試結(jié)果，如預(yù)制穩(wěn)壓精度測試流程如圖3所示。

圖2 測試流程

圖3 預(yù)制穩(wěn)壓精度測試流程

由圖3可知，可通過軟件界面設(shè)置測試流程如下：

1）流程名稱。用戶可以任意命名一個有意義的名稱，如所測充電裝置編號規(guī)格、檢測項(xiàng)目等；

2）交流輸入電壓額定值。軟件已設(shè)定為交流380 V；

3）標(biāo)稱輸出電壓。是指被測充電裝置的電壓等級110 V或220 V；

4）額定輸出電流。是指被測充電裝置最大輸出電流或標(biāo)稱輸出電流；

5）設(shè)置充電裝置輸出電壓點(diǎn)。設(shè)置被測充電裝置的直流輸出電壓，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的整定范圍內(nèi)任一點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要，設(shè)置一個或多個，設(shè)置為空則跳過本檔。最多可設(shè)置3檔；

6）設(shè)置交流輸入電壓檔位點(diǎn)。設(shè)置被測充電裝置的交流輸入電壓，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的整定范圍（380 V±15%）內(nèi)任一點(diǎn)；

7）設(shè)置負(fù)載電流點(diǎn)。調(diào)整被測充電裝置的負(fù)載充化，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的負(fù)載范圍（0~100%）內(nèi)任一點(diǎn)。軟件在規(guī)定的范圍內(nèi)設(shè)置了3個檔位，可根據(jù)需要，選擇一個或多個。選擇為空則跳過本檔；

8）當(dāng)設(shè)置完當(dāng)前流程的各項(xiàng)內(nèi)容后，點(diǎn)擊“保存”并“退出”可以返回到主界面。

進(jìn)入主界面，選擇穩(wěn)壓流程測試，如圖4所示，選擇左下角自動測試，所有自動流程變顯示出來。選中設(shè)置的流程，啟動充電裝置，充電裝置啟動后點(diǎn)擊電壓調(diào)整，軟件便根據(jù)設(shè)置的測試流程自動完成測試，并導(dǎo)出測試報告。

圖4 穩(wěn)壓精度流程界面

4 現(xiàn)場應(yīng)用

充電裝置移動檢測平臺集成度高，接線簡單，可編程交直流電源系統(tǒng)、檢測控制平臺和可編程直流負(fù)載之間均通過預(yù)制接插件連接，實(shí)現(xiàn)電源控制和通信功能。測試過程中只需更換不同充電裝置即可完成接線。通過預(yù)置檢測流程對充電裝置進(jìn)行檢測，自動處理檢測結(jié)果，替代了人工計算，同時直觀顯示充電裝置的充電曲線，有效提高現(xiàn)場檢測的工作效率。

5 結(jié)語

充電裝置移動檢測平臺由可編程交直流電源、檢測控制平臺和可編程交直流負(fù)載組成。按GB/T19826—2005的要求通過調(diào)節(jié)充電裝置的交流輸入電壓，并加載不同電流的負(fù)載，通過多路信號自動采集和工控計算機(jī)可自動對充電裝置的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全方位的測試，并生成關(guān)于穩(wěn)壓精度、電壓整定誤差、電流整定誤差、限壓特性、限流特性、紋波系數(shù)、穩(wěn)流精度、效率、功率因數(shù)等的測試報告。有效提高現(xiàn)場檢測的工作效率，提升現(xiàn)場檢測服務(wù)能力，可緩解充電裝置檢測需求的急劇增加和現(xiàn)場檢測服務(wù)能力不足的矛盾。