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        充電裝置移動檢測平臺研究

        2018-10-30 06:35:04婁婷婷劉巧紅
        江西電力 2018年10期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)壓直流流程

        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 濟南 250003;2.國網(wǎng)濟南供電公司,山東 濟南 250012)

        0 引言

        據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(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)備進行投運驗收,對已運行的充電設(shè)備進行定期的檢測檢修。

        目前,對充電裝置的檢測主要依靠實驗室環(huán)境檢測,依賴于實驗室的固定式檢測設(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)使用實驗室固定式檢測設(shè)備,通過物流公司或其他方式長途運輸?shù)綑z測現(xiàn)場,根據(jù)現(xiàn)場情況進行接線、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,運輸不便;2)檢測設(shè)備分散,在運輸中得不到保障,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,需要進行重新拆裝與組合,費時費力;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)場檢驗技術(shù)研究,實現(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,后三種測試須在實驗室環(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)備和方法來實現(xiàn)。主要依靠選取合適的采樣點,提高采樣精度和數(shù)據(jù)傳輸精度,增強數(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,且具備較強的抗干擾能力,可實現(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,能夠采集電壓、電流波形信號。

        6)控制模塊。內(nèi)置PC工控機,通過參數(shù)設(shè)置對充電裝置的每個檢測項目進行自動測試、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,進行測試流程進行預(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。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??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。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;

        7)設(shè)置負(fù)載電流點。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。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)前流程的各項內(nèi)容后,點擊“保存”并“退出”可以返回到主界面。

        進入主界面,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可自動對充電裝置的技術(shù)指標(biāo)進行全方位的測試,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。

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