省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)研究

孔歷波，鄭正仙，何春林，李 燕

（國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)研究

孔歷波，鄭正仙，何春林，李 燕

（國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

介紹了省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)和業(yè)務(wù)架構(gòu)，重點闡述了充換電站監(jiān)控、離散充電樁監(jiān)控、電動汽車監(jiān)控和綜合查詢等業(yè)務(wù)的監(jiān)控需求，以適應(yīng)浙江省日益增多的電動汽車、電池和充換電設(shè)施的運營管理需要。

電動汽車；充換電站；監(jiān)控系統(tǒng)

隨著浙江省電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展，充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和電動汽車數(shù)量的增多，從新能源出租車、電動大巴到私人租賃，業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)大，電動汽車、電池以及充換電設(shè)施的運營和生產(chǎn)管理工作逐漸變得復(fù)雜，充換電站之間的協(xié)調(diào)工作日益加大，需要加大力度對電動汽車、充換電站進(jìn)行全方位、全過程集中管控。

本文介紹了省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)和業(yè)務(wù)架構(gòu)，并重點闡述了充換電站監(jiān)控、離散充電樁監(jiān)控、工況監(jiān)控、電動汽車監(jiān)控、運行監(jiān)控和綜合查詢業(yè)務(wù)，全面掌控充換電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運營狀況，實現(xiàn)對全省所有充換電站、電動汽車、電池和充換電設(shè)施運行的集中監(jiān)控。

1 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)與業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計

省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)采用滿足技術(shù)先進(jìn)性與成熟性相結(jié)合、基于J2EE的多層技術(shù)構(gòu)架（見圖1），以提高系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性、安全性以及并發(fā)處理能力。

基于系統(tǒng)安全性、可擴(kuò)展性、可延伸性的考慮，以及實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的松耦合，以靈活、快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化對系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)采用多層架構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)共設(shè)計有采集層、通信與規(guī)約層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、展現(xiàn)層、客戶層，共6個層次。

（1）采集層主要負(fù)責(zé)充電設(shè)備、電池及配變終端設(shè)備等信息的采集。

（2）通信層通過采用各種通信適配器，實現(xiàn)對各種通信協(xié)議的通信前置支持。

（3）規(guī)約層負(fù)責(zé)各類規(guī)約的解析與處理，同樣也通過規(guī)約適配器來支持規(guī)約庫的靈活擴(kuò)充與解析。

（4）服務(wù)層部署系統(tǒng)所需的各類公用及各業(yè)務(wù)功能的應(yīng)用服務(wù)。

（5）業(yè)務(wù)層根據(jù)電動汽車業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，也可以在不影響其他業(yè)務(wù)使用的前提下與服務(wù)層進(jìn)行無縫擴(kuò)展，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

（6）展現(xiàn)層負(fù)責(zé)各類圖表、操作界面的展示，為用戶提供各種豐富的界面展現(xiàn)形式，通過各層次系統(tǒng)組件間服務(wù)的承載關(guān)系實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)采集并存儲換電站內(nèi)/外（離散充電樁，即充電樁管理點）的充換電設(shè)備、配備終端等工況數(shù)據(jù)和位置信息，監(jiān)控充換電站的運行狀況。通過對信息數(shù)據(jù)的加工處理與分析，掌握各站換充電負(fù)荷情況、充電生產(chǎn)工況、電池分布情況等，可及時進(jìn)行控制與調(diào)度管理，其業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

2 充換電站監(jiān)控業(yè)務(wù)

2.1 集中視頻監(jiān)控

將全省所有的充換電站內(nèi)的視頻進(jìn)行集中監(jiān)控，通過隨機(jī)巡播、站內(nèi)巡播、路線巡播和預(yù)置點巡播等多種方式，實現(xiàn)多站多區(qū)域綜合一體式縱覽和智能巡視，并對巡視過程發(fā)現(xiàn)的安全問題、故障或異常事件，通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)實時聯(lián)動處理。

2.1.1 集中監(jiān)控

（1）視頻導(dǎo)航：提供充換電站拓?fù)湟晥D，視頻設(shè)備列表瀏覽，以及快捷搜索和智能定位。

（2）畫面控制：支持視頻多種畫面風(fēng)格設(shè)置和切換，包括全屏、4畫面、6畫面、9畫面、16畫面、25畫面等多種畫面樣式。

（3）云臺控制：對視頻的角度進(jìn)行上下左右旋轉(zhuǎn)，還可以調(diào)節(jié)鏡頭遠(yuǎn)近、聚焦大小、光圈大小等控制。

（4）色彩調(diào)節(jié)：可以進(jìn)行亮度、對比度、飽和度、色度的大小控制。

2.1.2 智能巡視

（1）隨機(jī)巡播：對所有視頻進(jìn)行隨機(jī)播放，為了減少站內(nèi)視頻范圍流量，隨機(jī)內(nèi)容不與當(dāng)前固定視頻路徑重復(fù)。

（2）站內(nèi)巡播：站內(nèi)所有視頻進(jìn)行循環(huán)播放，需要指定巡播的充換電站。

（3）路線巡播：需要配置詳細(xì)巡播路線，可以自定義巡播路線。

（4）預(yù)置點巡播：通過云臺控制對同一視頻進(jìn)行不同的預(yù)置點自動切換播放，需要指定預(yù)置點播放路徑。

（5）間隔設(shè)置：可以設(shè)置巡播間隔時長。

（6）暫停巡播：巡播時可以暫停播放，暫停后不進(jìn)行巡播。對于暫停的巡播可以取消暫停，并重新自動播放。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.2 充換電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測

通過實時監(jiān)測全省各充換電站在線狀態(tài)和運行狀態(tài)，實時掌握通信網(wǎng)絡(luò)情況和系統(tǒng)負(fù)荷情況，對離線或系統(tǒng)超負(fù)荷狀態(tài)的充換電站進(jìn)行告警，及時通知相關(guān)人員處理，保障智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的暢通。

2.3 充電監(jiān)控

實時監(jiān)測充電倉/電池倉的運行狀態(tài)、輸入輸出信息，電池的電壓、溫度信息，可對充電倉實現(xiàn)遠(yuǎn)程緊急停機(jī)。

（1）充電倉監(jiān)控：實時監(jiān)控充電倉狀態(tài)、空調(diào)信息、倉位充電機(jī)模塊狀態(tài)信息。充電機(jī)信息包括輸入、輸出電流電壓及充電電量等。在發(fā)生緊急故障或情況下，可以對充電倉進(jìn)行遠(yuǎn)程緊急停機(jī)控制。

（2）電池倉監(jiān)控：實時監(jiān)控電池倉的溫度、濕度，以及電池倉內(nèi)各個倉位電池的充電狀態(tài)。

（3）充電電池監(jiān)控：實時監(jiān)控電池組、單體電池的充電過程，包括電池的運行信息、電池單體運行信息和電池記錄信息等。電池運行信息包括溫度、電壓、電流、電池充電狀態(tài)。電池單體運行信息包括單體電壓、單體最大最小電壓、采樣溫度、電壓越限報警、溫度越限報警等數(shù)據(jù)。

（4）充電樁監(jiān)控：實時監(jiān)控交流和直流充電樁的充電狀態(tài)和充電過程數(shù)據(jù)，主要包括充電開始時間、持續(xù)時間、已充電量、當(dāng)前輸出功率及充電過程中的輸出電壓、電流曲線等信息。

2.4 換電監(jiān)控

對電動汽車電池自動更換系統(tǒng)的電池更換任務(wù)，車輛信息，換電機(jī)械臂、堆垛機(jī)、傳送帶等設(shè)備的運行狀態(tài)，以及電池出入庫系統(tǒng)的新電池入庫、滿電池出庫、空電池入庫等工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。

（1）換電任務(wù)監(jiān)控：對換電系統(tǒng)當(dāng)日的換電任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，包括當(dāng)日換電次數(shù)、換電電池數(shù)、當(dāng)前換電任務(wù)數(shù)、換電失敗次數(shù)等。

（2）換電機(jī)器人監(jiān)控：實時監(jiān)測換電機(jī)器人的工作狀態(tài)及作業(yè)過程，包括換電車輛信息、換電機(jī)械臂狀態(tài)、堆垛機(jī)狀態(tài)、車輛電池狀態(tài)、傳送帶電池狀態(tài)等動作的過程。對作業(yè)過程中發(fā)生的異常事件及時進(jìn)行告警。

（3）傳送帶監(jiān)控：實時監(jiān)測電池傳送帶的運行狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)、速度、空滿電池狀態(tài)和數(shù)量等信息。

2.5 供電監(jiān)測

圖2 業(yè)務(wù)架構(gòu)

實時展現(xiàn)供電變壓器負(fù)荷曲線、功率因數(shù)曲線、三相電壓等數(shù)據(jù)，監(jiān)視電源的供電可靠性。以15 min為間隔采集數(shù)據(jù)，對1 h之前的漏點數(shù)據(jù)進(jìn)行自動補(bǔ)采。

（1）負(fù)荷曲線：實時展現(xiàn)當(dāng)日變壓器負(fù)荷曲線、當(dāng)前最新負(fù)荷值，并與前日負(fù)荷曲線進(jìn)行對比。曲線展示能夠標(biāo)示變壓器額度功率值。多個變壓器能夠同時獨立進(jìn)行曲線展示以及站內(nèi)總負(fù)荷曲線展示。

（2）電能質(zhì)量曲線：實時展現(xiàn)變壓器的三相電流、電壓、功率因數(shù)曲線，能夠標(biāo)示額度功率因數(shù)，展示多個變壓器的曲線信息。

（3）電量管理：實時展現(xiàn)變壓器最新電能表示值，根據(jù)當(dāng)日零點示值計算當(dāng)日使用電量。能夠展示多個變壓器的當(dāng)日使用電量、當(dāng)日站內(nèi)總電量以及本月站內(nèi)總電量。

2.6 工況監(jiān)控業(yè)務(wù)

實時監(jiān)測充換電站內(nèi)設(shè)備工作狀態(tài)的故障告警信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的告警類型及等級分顏色進(jìn)行顯示。根據(jù)告警類別及嚴(yán)重等級確定告警的處理方式，可忽略、確認(rèn)及發(fā)起消缺流程等方式進(jìn)行處理。

（1）故障監(jiān)視。對充換電站內(nèi)的各種設(shè)備的故障報警信息進(jìn)行實時監(jiān)視，并可根據(jù)預(yù)警等級進(jìn)行分類監(jiān)視。對重要設(shè)備的重要事件或頻繁發(fā)生的事件進(jìn)行重點跟蹤。

（2）報警記錄。記錄充換電站內(nèi)充電設(shè)備及輔助設(shè)備的報警事件。報警內(nèi)容主要包括報警時間、報警設(shè)備名稱、報警內(nèi)容等信息。

（3）系統(tǒng)故障記錄。可通過故障時間、設(shè)備名稱、故障類型查詢充換電站內(nèi)的設(shè)備系統(tǒng)故障的異常情況記錄，并可查看故障處理人員、處理時間、處理結(jié)果等信息。

（4）參數(shù)異常記錄。根據(jù)運行異常時間、設(shè)備名稱等條件進(jìn)行查詢，監(jiān)測并統(tǒng)計充換電站內(nèi)的設(shè)備運行參數(shù)異常信息。

2.7 運行監(jiān)控業(yè)務(wù)

對電池庫存、電池配送過程、充換電業(yè)務(wù)的運行情況進(jìn)行監(jiān)控。

（1）電池庫存監(jiān)控。通過GIS地圖實時監(jiān)測各充換電站的電池數(shù)量，當(dāng)滿電庫存電池數(shù)量低于預(yù)警值時進(jìn)行告警，并生成電池調(diào)配方案，保證各充換電站的滿電電池數(shù)量在合理數(shù)值內(nèi)。

（2）配送過程監(jiān)控。電池配送時通過車載終端監(jiān)測電池的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測電池的溫度、電壓、絕緣等數(shù)據(jù)，異常時進(jìn)行告警。獲取車載電池的數(shù)量，防止電池出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象，當(dāng)與運營系統(tǒng)中的配送數(shù)量不一致時進(jìn)行告警。

（3）充電業(yè)務(wù)監(jiān)測。對充電站內(nèi)日常運營中的充電業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)測，包括當(dāng)天的累計充電電量、累計充電次數(shù)、充電車輛數(shù)量。

（4）換電業(yè)務(wù)監(jiān)測。對換電站內(nèi)的可更換電池數(shù)量、已更換電池數(shù)量、換電次數(shù)等業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)測。

3 電動汽車和離散充電樁監(jiān)控業(yè)務(wù)

通過采集車輛運行數(shù)據(jù)、車載電池信息，實時分析車輛位置分布、車輛工況信息、車輛行駛里程信息和電池放電數(shù)據(jù)，展示車輛足跡全景，實現(xiàn)車輛GIS全景監(jiān)控。

（1）車輛運行監(jiān)測。通過GPS定位技術(shù)獲得的車輛位置信息，在電子地圖上實時顯示車輛運行的位置和運行狀況，如經(jīng)度、緯度、速度、狀態(tài)、日期及時間等。可以通過短信、電話等方式，結(jié)合車載終端，對車輛進(jìn)行調(diào)度[4]。

（2）車輛軌跡回放。通過選擇車輛和時間段、播放速度，查找數(shù)據(jù)庫中的車輛位置歷史數(shù)據(jù)，在地圖上展現(xiàn)該車輛該時間段內(nèi)的運行軌跡[5]。

（3）車載電池監(jiān)測。電池管理系統(tǒng)在車輛的運行中完成電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和故障診斷，并上傳至車載終端。車載終端獲取車上每個電池組和單體電池的運行參數(shù)，包括電池SOC和SOH、端電壓、端電流、采樣溫度，單體電池的最高最低平均電壓、單體電池的最高最低平均電流等，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳集中監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）離散充電樁是指安裝在小區(qū)、商場、停車場等公共區(qū)域里的充電樁，通過GPRS/3G通信方式接入監(jiān)控系統(tǒng)。離散充電樁的實時充電狀態(tài)和充電過程數(shù)據(jù)，主要包括充電開始時間、持續(xù)時間、已充電量、當(dāng)前輸出功率及充電過程中的輸出電壓曲線、輸出電流曲線等信息。此外，蓄電池經(jīng)充電樁充電時需要對蓄電池的電壓和電流進(jìn)行檢測。根據(jù)新發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27930-2015《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》的規(guī)定，需增加電池充電需求、電池充電總狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)信息、單體蓄電池電壓、蓄電池溫度等監(jiān)控信息。

4 綜合查詢業(yè)務(wù)

提供更換電池記錄、充電記錄、供電數(shù)據(jù)、故障告警等歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

（1）根據(jù)日期、時間段、車牌號、EV卡號、電池編號等條件查詢車輛更換電池記錄，包括更換電池時間、車輛、時長、電池明細(xì)、操作員等。

（2）充電記錄查詢。根據(jù)日期或時間段查詢電池充電記錄，包括充電時長、充電數(shù)量、充電電量等，并可查看某一次充電過程的電池明細(xì)數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、SOC等曲線數(shù)據(jù)。

（3）供電數(shù)據(jù)查詢。根據(jù)時間段查詢充電站的供電變壓器電源數(shù)據(jù)，主要包括三相電流、三相電壓、有功功率曲線、無功功率、功率因數(shù)曲線等。

（4）故障告警查詢。根據(jù)設(shè)備類型、故障等級統(tǒng)計當(dāng)日或當(dāng)月的設(shè)備故障次數(shù)、數(shù)量、時長等，并根據(jù)生產(chǎn)廠家、設(shè)備類型、設(shè)備型號進(jìn)行故障事故次數(shù)分析，統(tǒng)計由于設(shè)備自身缺陷導(dǎo)致的故障，有利于設(shè)備改進(jìn)升級與質(zhì)量保障。

（5）歷史視頻回看。根據(jù)發(fā)生時間或攝像頭可以查看歷史視頻記錄，可以支持多個視頻統(tǒng)一時間對比分析查看。

5 結(jié)語

經(jīng)過上述業(yè)務(wù)的分析描述，省級集中的電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備運行、建設(shè)情況、運營情況等進(jìn)行全方位監(jiān)督管控、決策分析，實現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）建設(shè)跨平臺、跨廠商、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一協(xié)議的充換電站集中監(jiān)控體系。通過集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一的設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)控平臺和管理標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備、資源的全過程監(jiān)測和預(yù)警，實現(xiàn)對全省所有充換電站、電動汽車、電池和充換電設(shè)施的運行和生產(chǎn)的集中監(jiān)控，保障安全生產(chǎn)作業(yè)，全面掌控充換電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運營狀況。

（2）實現(xiàn)多維度全景立體式監(jiān)控，確保充換電站作業(yè)安全。通過對電動汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、充換電站、充換電設(shè)施、電動汽車及電池等全方位全過程立體式安全監(jiān)督，全力保障生命財產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)生產(chǎn)效率。

（3）提高充換電站集中管控能力，實現(xiàn)在線指揮調(diào)度，統(tǒng)一協(xié)調(diào)充換電站生產(chǎn)作業(yè)，電動汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)運營過程與應(yīng)急指揮管理聯(lián)動，實現(xiàn)資源的有效整合，提升應(yīng)急處置能力和管理效率。

[1]葉劍斌，金秋．電動汽車充換電站集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]．華東電力，2011（7）∶1082-1084．

[2]薛冰，蔡磊，王鵬，等.電動汽車智能充電樁管理方案[J].低碳世界，2016（9）∶221-222.

[3]李濤，吳俊陽，周鈺．電動汽車充換電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6（5）∶97-101．

[4]邱新紅.基于GPS+GPRS的電動汽車運營監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013（4）∶58-59.

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[6]王春芳，姜朋昌，侯素禮，等.基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的純電動汽車故障分析技術(shù)[J].汽車工程師，2016（3）∶36-39.

（本文編輯：楊 勇）

Research on the Provincial-centralized Monitoring System for Electric Vehicle

KONG Libo，ZHENG Zhengxian，HE Chunlin，LI Yan

（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China）

This paper introduces the technological architecture and business architecture of a provincial-centralized electric vehicle monitoring system，and it elaborates on the charging and swapping stations monitoring，discrete charging pile monitoring，electric vehicle monitoring，and comprehensive inquiry business monitoring and so on to adapt to the operation and management requirements on the fast development of electric vehicle，battery and charging and swapping equipment in Zhejiang province.

electric vehicle；charging and swapping station；monitoring system

TM769

B

1007-1881（2016）08-0031-05

2016-05-31

孔歷波（1976），女，工程師，從事電動汽車營運管理工作。