影响电动汽车充电桩电能计量检定误差电网侧因素探究

影响电动汽车充电桩电能计量检定误差电网侧因素探究

冉璐瑶

（贵州电网公司计量中心贵州贵阳550003）

摘要：电动汽车充电桩整体计费单元作为用户充电时电能计量贸易结算的一种社会公用器具，按照计量法规定需强制检定，然而检定过程中，对影响计量检定准确性、影响电网电网稳定性方面存在哪些因素还需进一步探究，本文根据实地采集到的充电时电动车充电信号，分别针对交流、直流侧信号，对电流、电压信号进行频谱、纹波、充电机能耗等因素分析，并对检定系统自身的准确性进行实验与仿真验证，进一步研究论证了电动汽车充电时计量与检定基本特征以及影响电动汽车充电桩电能计量检定误差因素。

关键词：充电桩；计量检定；误差；电网侧；因素探究

为了得到真实的电动汽车充电的电压、电流数据，在贵州省贵安新区智能电动汽车充电站开展现场实验、现场数据采集及分析。

1充电桩充电时实地数据采集

现场实验检定中，使用的是充电站内部的一体式充电桩，实验在充电稳定的阶段，分别对交直流测的电流、电压信号进行采样，采样选用20kHz的频率，整个实验测定时间为40s，分析相关信号特点。现场通过正确接线，正确测量到电动汽车充电时的交流侧、直流侧的电压电流信号。

2交流侧电压、电流信号及充电机能耗分析

2.1信号频谱与谐波畸变率分析

电动汽车实际充电时，按照-40dB为标准划分，电压信号的组成较为简单，除开基波信号外主要含有五次谐波，在超过-40dB的谐波范围，谐波幅值大幅降低，远小于基波信号幅值，故可以忽略不计。但电流信号就组成复杂，频谱丰富，同样按照-40dB划分，与电压信号单一情况不同，电流信号中谐波次数高，谐波幅值大。尤其是五次谐波的幅值最大，能够达到基波幅值的的5.62%。

按照不同的时间段，将电压电流的谐波畸变率分别表示做成折线图。电压与电流的谐波畸变率都在国标允许范围内，整体而言电流的谐波畸变率大于电压的谐波畸变率。

2.2充电机能耗分析

针对充电桩不同电流阶段分别为30A以及75A时测试分析。通过实验分析可得，当电流较大为75A时，充电机的能耗率较高，平均每个时间段的能耗功率可达到1.50kW，随着时间的推移，能耗逐渐降低，能耗率也降低。同时随着充电过程的进行，电动汽车蓄电池容量将近饱和，充电电流减小为30A时，此时充电机的能耗功率约为约为0.42kW，能耗较低，但能耗率一直在3.7%左右波动。在整个充电过程中，由于电池容量降低以及极化效应，充电桩对外输出功率是不断降低的过程，所以充电机的能耗会不断下降。

3直流侧电压、电流信号分析及纹波分析

3.1信号频谱分析

电动汽车充电时直流侧的电压电流信号按照充电时间段是阶段阶梯上升，电流幅值稳定。其中电压能达到的最大幅值为357V，电流幅值平均值为75A。但随着充电过程的不断进行，蓄电池容量不断增加，电池内部极化现象越来越严重，内阻抗增大，后期电压不断增大。

再对直流侧充电信号进行频谱分析，在前40次测量时间段内的电流电压信号中的频谱信号分析。与交流时信号不同，此时直流侧电压电流信号的谐波都幅值较小，均可忽略不计。但实际比较过程中，直流侧的电流谐波幅值大于电压信号的谐波幅值，这可能是因为蓄电池的阻抗的时变性质，所以在实际充电信号中，电流收到谐波影响大于电压信号。

3.2信号纹波分析

对采样获得的数据进行纹波分析，电压电流中的纹波系数均很低。将电压与电流信号进行横向比较，可以观察到电流信号的纹波系数在整个观测阶段都高于电压信号的纹波系数，经过对充电原理的分析，可以将其原因归结为虽然电压信号在充电过程是阶段性阶梯上升，但是每一个独立的阶段里电压信号都十分稳定，但电流信号虽然稳定在一个固定的幅值，但波动范围比电压信号广，所以整体波动幅度大于电压信号波动幅度，所以造成了分析结果中恒流充电的电流纹波系数大于电压纹波系数。

4影响检定计量因素分析结论

4.1谐波影响

电动汽车充电时交流侧会产生大量谐波，对电网造成危害，应采取措施消除充电时反馈到电网的谐波。在电动汽车实际检定中，此种谐波信号肯定会对实际检定带来误差，影响充电桩计量的准确度。由于现在计费模式大多在交流侧进行，此种谐波信号不仅会对电网造成冲击，也会浪费电网资源，对用户来说也会产生多余费用。如何在计量检定中尽力消除此类谐波信号的影响，将会是重点。

4.2充电桩的能耗影响

随着充电过程的进行，充电桩的能耗会逐渐变大，此种能耗在实际充电桩计量检定误差中也是不可忽视的。尤其是在充电起始阶段，电流信号较大，此时能耗率较高。对于充电桩来说，应该提高本身性能，在充电起始阶段将此种能耗影响降低，在后续的恒流充电阶段，充电机输出功率降低，所以相应能耗降低。当前充电桩工作环境复杂，内部能耗无法明确检测，如何将充电桩的能耗因素考虑在电能计量检定系统的实际应用中，也是一项亟待解决的问题。

4.3纹波系数影响

电动汽车直流侧信号谐波少，谐波幅值低，而且恒流充电信号纹波系数低，对于计量的影响较低，针对直流侧信号的研究着重于直流信号的电压与电流信号在不同充电模式的异常与区别，。

5结束语

本实验基于实际充电现场检测试验，对充电桩实际充电做出了检定，并针对充电汽车信号进行了采集，能够更好的分析实际充电汽车充电的信号特性，更好的研究影响充电桩计量检定的相关因素。采集到实际充电时电动车的充电信号后，针对交流、直流侧信号的不同，对电压电流信号做出了频谱、纹波分析，并分析了充电机能耗，对检定系统自身的准确性进行实验与仿真的验证，研究电动汽车充电计量与检定基本特征以及影响电动汽车充电桩计量检定因素，对研究充电桩电能计量计费将有重要意义。

参考文献

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