充電裝置移動檢測平臺研究

婁婷婷，郭 翔，徐 鼎，劉巧紅

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.國網濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟（充電聯盟）統計[1]，截止到2016年12月，公共類充電樁建設、運營數量接近15萬個，中國充電基礎設施公共類充電設施保有量全球第一[2]。為保持充電裝置的正常運營和充換電網絡的健康發展，需對新建設的充電設備進行投運驗收，對已運行的充電設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境檢測，依賴于實驗室的固定式檢測設備，不能有效反映充電設施現場性能。對于充換電站現場檢測的需要，目前多延續使用實驗室固定式檢測設備，通過物流公司或其他方式長途運輸到檢測現場，根據現場情況進行接線、測試等工作。這種工作模式存在以下問題：1）部分檢測設備體積大、質量重，運輸不便；2）檢測設備分散，在運輸中得不到保障，精密檢測設備需要重新調試與校準；3）設備到達現場后，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據，增加人力成本。

開展電動汽車充電裝置一體化現場檢驗技術研究，實現充電裝置的自動化檢測，代替人工對現場測試數據進行記錄、處理和形成報告，直觀顯示充電裝置的充電曲線，這對于提高現場檢測的工作效率，提升現場檢測服務能力，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構

1.1 功能需求

充電裝置在全壽命周期管理過程中，需要測試很多技術指標。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境內完成；前兩種測試則可以在現場通過選取合適的檢測設備和方法來實現。主要依靠選取合適的采樣點，提高采樣精度和數據傳輸精度，增強數據傳輸的抗干擾能力，來保證檢測數據來源的真實準確，通過采樣數據的合理取舍，選擇科學的數據分析方式，提高采樣的同時性和響應時間，來保證數據分析的科學性。

因此，充電裝置移動檢測平臺應能按照預先編好的程序完成充電裝置諧波電流、功率因數、充電裝置效率、輸出電壓誤差、輸出電流誤差、穩壓精度、穩流精度、紋波系數等性能測試[4]，同時可以手動設置，完成充電裝置保護功能的檢測。

1.2 平臺結構

充電裝置移動檢測平臺結構如圖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載。其中，檢測控制平臺由高精度交流數據采集模塊、高精度直流數據采集模塊、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構

1）可編程交直流電源。可編程交直流電源功能主要是為被測充電裝置提供工作電源和負載電源，精確地模擬電網電壓和頻率的變化，保證充電裝置在測試狀態下正常工作，且能夠實現電壓在充電裝置額定電壓的85%~115%連續可調，自動恒壓。

2）可編程交直流負載。可編程交直流負載主體為RLC并聯諧振電路，功率密度高，散熱性能好，在規定電壓范圍內實現電流連續可調。考慮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），故設計負載為30-125 V/125 A可調和125-800 V/15 A可調兩種。

3）高精度交流數據采集模塊。內置NORMA-5 000交流數據采集模塊，基本準確度為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）高精度直流數據采集模塊。內置直流數據采集模塊，要求采樣頻率不低于150 MHz，且具備較強的抗干擾能力，可實現對直流信號的高精度采集。

5）高精度波形數據采集模塊。內置DPO-2042波形采集設備，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。內置PC工控機，通過參數設置對充電裝置的每個檢測項目進行自動測試、數據處理，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，調節交流電源輸出為充電裝置額定輸入，調節直流負載，使充電裝置輸出電流在大于半載狀態下，測量第3、5、7、9、11、13、15次諧波電流畸變率。

2）功率因數和效率測試。

按圖1對充電裝置進行接線，調節交流電源輸出為充電裝置額定輸入，調節直流負載，使充電裝置輸出電流在大于半載狀態下，利用高精度交流數據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，利用高精度直流數據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，調節交流電源輸出為充電裝置額定輸入，設置充電裝置為穩壓狀態，在允許輸出范圍內設定其直流輸出電壓為Uz0；調節直流負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，調節交流電源輸出為充電裝置額定輸入，設置充電裝置為恒流狀態，在允許輸出范圍內設定輸出電流為Iz0；設定輸出電壓為允許輸出范圍內的中間值，測量輸出電流，記為IZ。計算輸出電流誤差如式（4）所示[5]。

5）穩壓精度測試。

按圖1對充電裝置進行接線，設置充電裝置為穩壓狀態，調節直流負載，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；設定充電裝置的輸出電壓在允許范圍內；調節交流電源，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充電裝置輸出電壓的極限值ULimit，按式（5）計算穩壓精度δU為[5]

6）穩流精度測試。

按圖1對充電裝置進行接線，設置充電裝置為恒流狀態，設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；調整輸出電流為（20%~100%）額定電流范圍內的任一數值上，分別測量充電電流，找出上述變化范圍內充電電流的極限值ILimit。按式（6）計算穩流精度δI為[5]

7）紋波系數測試。

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Xrms和紋波峰值系數XPP[5]。

3 檢測程序設置

通過軟件設置整個測試流程如圖2所示。為了方便使用，根據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，負載充化）下，進行測試流程進行預置，存儲為一個測試流程，測試時根據預置的測試流程，自動完成所有的測試步驟，并給出測試結果，如預制穩壓精度測試流程如圖3所示。

圖2 測試流程

圖3 預制穩壓精度測試流程

由圖3可知，可通過軟件界面設置測試流程如下：

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格、檢測項目等；

2）交流輸入電壓額定值。軟件已設定為交流380 V；

3）標稱輸出電壓。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稱輸出電流；

5）設置充電裝置輸出電壓點。設置被測充電裝置的直流輸出電壓，為標準規定的整定范圍內任一點。可根據需要，設置一個或多個，設置為空則跳過本檔。最多可設置3檔；

6）設置交流輸入電壓檔位點。設置被測充電裝置的交流輸入電壓，為標準規定的整定范圍（380 V±15%）內任一點；

7）設置負載電流點。調整被測充電裝置的負載充化，為標準規定的負載范圍（0~100%）內任一點。軟件在規定的范圍內設置了3個檔位，可根據需要，選擇一個或多個。選擇為空則跳過本檔；

8）當設置完當前流程的各項內容后，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。選中設置的流程，啟動充電裝置，充電裝置啟動后點擊電壓調整，軟件便根據設置的測試流程自動完成測試，并導出測試報告。

圖4 穩壓精度流程界面

4 現場應用

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、檢測控制平臺和可編程直流負載之間均通過預制接插件連接，實現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。通過預置檢測流程對充電裝置進行檢測，自動處理檢測結果，替代了人工計算，同時直觀顯示充電裝置的充電曲線，有效提高現場檢測的工作效率。

5 結語

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載組成。按GB/T19826—2005的要求通過調節充電裝置的交流輸入電壓，并加載不同電流的負載，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指標進行全方位的測試，并生成關于穩壓精度、電壓整定誤差、電流整定誤差、限壓特性、限流特性、紋波系數、穩流精度、效率、功率因數等的測試報告。有效提高現場檢測的工作效率，提升現場檢測服務能力，可緩解充電裝置檢測需求的急劇增加和現場檢測服務能力不足的矛盾。