一种基于归类修正的充电站多源谐波估算方法与流程

本发明属于电动汽车充电站多谐波源估算领域，具体涉及一种基于归类修正的充电站多源谐波估算方法。

背景技术：

随着能源与环保压力的增加和车辆电池和电驱动技术的发展，电动汽车得到了快速发展。为满足这些电动汽车重点的需求必然需要建立大量的充电设施。而兼有适合各类电动汽车充电的充电站也在快速建设之中。由于充电桩机构及其工作原理使的其在充电过程中必然会产生一定的谐波分量，而该谐波分量的大小与充电桩的结构、充电阶段、同时充电的充电桩的台数等因素有关。为有效的掌握充电站谐波分量的特点以及谐波畸变率的大小，需要对充电站的谐波进行有效的估算，以便采取相关的措施。目前国内外学者对充电站多源谐波进行了一些的研究，但主要式通过仿真的方法来分析单台充电桩的谐波特性，而对于多台充电桩的多源谐波的估算主要是依据各个谐波源累加的方法来实现的；但并未考虑充电桩在不同充电阶段的谐波特性以及多谐波源之间同时性和相位性。因此开展充电站多源谐波特性测试分析估算方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于归类修正的充电站多源谐波估算方法，充分考虑了充电站多源谐波随充电桩数量、结构、充电的同时性、充电阶段的变化特征，有效地提高了充电站多源谐波畸变率估算准确性。本发明可以明确充电站多源谐波的变化与叠加的规律及其估算方法，为充电设施的建设、优化运行以及电网的谐波治理等提供有效地参考。

本发明按以下技术方案实现：

一种基于归类修正的充电站多源谐波估算方法，该充电站多源谐波估算方法如下：

(一)、收集充电站的供电方式，充电桩的数量、参数及控制方式、充电车辆等充电站基础数据；

(二)、设计具有多参数同时测量的充电站多源谐波测试仪，通过对已有充电站的各型充电桩相关参数进行测量，获取充电站谐波特性分析与估算的相关数据；

(三)、对各充电桩的充电过程进行分类，求取各型号充电桩恒流、恒压和其它三个充电阶段的充电时间和平均电流、电压值；

(四)、分别分析不同型号充电桩恒流、恒压、其它三个充电阶段的谐波特性及变化规律，求取其每个阶段不同时刻的谐波畸变率；

(五)、根据各台充电桩交流输入侧谐波畸变率的变化率对不同充电方式和充电阶段的谐波进行归类化；

(六)、根据测试数据构建各充电桩一个时间段充电的总时长，以及不同充电阶段的时长占时间段及其概率密度；在此基础上构建充电站多源谐波的估算方法。

进一步，在步骤三中，根据检测的各台充电桩直流侧充电电流和充电电压的变化特征将其充电过程分为恒流、恒压、其它三个阶段。其划分标准为：

当满足式(1)时为恒流充电阶段；

当满足式(2)时为横压充电阶段；

当式(1)和(2)都不满足时在归为其它阶段；

其中i—为充电桩输出侧直流电流值；u—为充电桩输出侧直流电压值；

ie—为充电桩额定输出电流值；ue—为充电桩额定输出电压值；

其中i和u的值通过采集的直流电流、电压的五个采样值并剔除其中最大和最小后三个采样值的平均值作为该时刻的电流、电压值。

t—为计算变化率的时间周期，在此定为1s；

εi—为电流变化率整定值，可取5％～10％ie；

εu—为电压变化率整定值，可取10％～15％ue；

在后续的验证中如木能满足精度的要求，则继续修正和优化划分标准。

进一步，在步骤四中，第j台充电桩k时刻的恒流、恒压、其它三个阶段的电流谐波畸变率分别记作：thdhi.j.k、thdihu.j.k、thdiqt.j.k；电压谐波畸变率记作：thduhi.j.k、thduhu.j.k、thduqt.j.k。

进一步，根据三个充电阶段的划分和时长将其各分成10段，然后分别从这10段中提取1个由公式(5)计算出的谐波畸变率，然后用着10个数据求取每个阶段的谐波畸变率平均值；其电流、电压畸变率分别记为thdiavg.hi.j、thdiavg.hu.j、thdiavg.qt.j；thdiavg.hi.j、thdiavg.hu.j、thdiavg.qt.j。

进一步，n台充电桩同时充电时各充电阶段谐波畸变率计算：

进一步，在步骤四中，n台充电桩同时充电时谐波畸变率的修正系数cn.j的求取公式为：

thdc为有式(3)所得的计算值；thdm为测量值。

进一步，在步骤五中，根据各台充电桩交流输入侧谐波畸变率的变化率对不同充电方式和充电阶段的谐波进行归类化，并将其分成了三类；其各类的划分：

其中：α2—为国标中该类充电桩的最大电流谐波畸变率；

根据各充电桩恒流、恒压充电阶段的谐波畸变率按式(5)进行归类；并对每一台充电桩在各充电阶段的谐波畸变率以及归类进行分析和汇总；基于此可建立不同类型充电站的谐波特性分析模型；

进一步，在步骤六中，充电站多源谐波的估算方法如下：

其中：n—充电站中充电桩的台数；

mj—代表充电阶段；

pl.mj—第l台充电桩在mj充电阶段的概率；

cn.mj—n台充电桩同时充电时的修正系数；

il.mj—第l台充电桩在mj充电阶段时的平均充电电流值。

本发明有益效果：

本发明可以有效揭示电站多源谐波的变化与叠加的规律，提高充电站多源谐波估算的准确性，为充电设施的建设、优化运行以及电网的谐波治理等提供有效地参考。

附图说明

图1为本发明实施流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于归类修正的充电站多源谐波估算方法，通过设计一种自动检测正在充电的充电桩数量，充电汽车电池剩余容量，充电方式，各充电桩充电电流的谐波、充电电压的谐波、充电阶段、充电时间，充电站总充电电流谐波、充电电压谐波等数据的测量装置，并且根据检测各充电桩及总充电站谐波的变化特征进行归类化处理，然后自动给出充电站多源谐波特性随充电桩数量、结构、充电阶段的变化规律，并据此给出了充电站多源谐波估算方法。其实施流程如图1所示：

具体实现方法如下：

(1)收集充电站的供电方式，充电桩的数量、参数及控制方式、充电车辆等充电站基础数据。

(2)设计具有多参数同时测量的充电站多源谐波测试仪，通过对已有充电站的各型充电桩相关参数进行测量，获取充电站谐波特性分析与估算的相关数据。

各充电桩的测量数据包括：充电起始时间、充电结束时间、交流侧电压电流及谐波，直流侧电压电流等；

(3)对各充电桩的充电过程进行分类

根据检测的各台充电桩直流侧充电电流和充电电压的变化特征将其充电过程分为恒流、恒压、其它三个阶段。其划分标准为：

当满足式(1)时为恒流充电阶段；

当满足式(2)时为横压充电阶段；

当式(1)和(2)都不满足时在归为其它阶段；

其中i—为充电桩输出侧直流电流值；u—为充电桩输出侧直流电压值；

ie—为充电桩额定输出电流值；ue—为充电桩额定输出电压值；

其中i和u的值通过采集的直流电流、电压的五个采样值并剔除其中最大和最小后三个采样值的平均值作为该时刻的电流、电压值。

t—为计算变化率的时间周期，在此定为1s；

εi—为电流变化率整定值，可取5％～10％ie；

εu—为电压变化率整定值，可取10％～15％ue；

在后续的验证中如木能满足精度的要求，则继续修正和优化划分标准。

(4)求取各型号充电桩恒流、恒压和其它三个充电阶段的充电时间和平均电流、电压值；如第j台充电桩三段时间分别记为：thl.j、thu.j、tqt.j,总充电时长为tj；tj＝thl.j+thu.j+tqt.j；

(5)分别分析不同型号充电桩恒流、恒压、其它三个充电阶段的谐波特性及变化规律，求取其每个阶段不同时刻的谐波畸变率；如其中第j台充电桩k时刻的恒流、恒压、其它三个阶段的电流谐波畸变率分别记作：thdhi.j.k、thdihu.j.k、thdiqt.j.k；电压谐波畸变率记作：thduhi.j.k、thduhu.j.k、thduqt.j.k；

(6)分别求取三个充电阶段谐波畸变率的平均值

根据三个充电阶段的划分和时长将其各分成10段，然后分别从这10段中提取1个由(5)计算出的谐波畸变率，然后用着10个数据求取每个阶段的谐波畸变率平均值；其电流、电压畸变率分别记为thdiavg.hi.j、thdiavg.hu.j、thdiavg.qt.j；thdiavg.hi.j、thdiavg.hu.j、thdiavg.qt.j；

(7)n台充电桩同时充电时各充电阶段谐波畸变率计算

(8)计算多源谐波畸变率各充电阶段叠加修正系数

n台充电桩同时充电时谐波畸变率的修正系数cn.j的求取如式(4)所示：

thdc为有式(3)所得的计算值；thdm为测量值。

(9)计算比较不同情况下的多源谐波畸变率叠加修正系数，当其相对误差大于(3～7％)时，则从步骤(3)重新进行优化计算。

(10)不同类型充电桩及其不同充电阶段的特性的归类化分析

根据各台充电桩交流输入侧谐波畸变率的变化率对不同充电方式和充电阶段的谐波进行归类化，并将其分成了三类；其各类的划分如(5)所示：

其中：α2—为国标中该类充电桩的最大电流谐波畸变率；

根据各充电桩恒流、恒压充电阶段的谐波畸变率按式(5)进行归类；并对每一台充电桩在各充电阶段的谐波畸变率以及归类进行分析和汇总；

(11)统计充电站不同类型充电桩充电时长、使用率、充电方式、充电桩数量、同时充电系数等具体充电站参数；

(12)根据测试数据构建各充电桩一个时间段t(如一天)充电的总时长，以及不同充电阶段的时长占时间段(如一天)及其概率密度pl.mj；在此基础上构建充电站多源谐波的估算方法如式(6)所示：

其中：n—充电站中充电桩的台数；

mj—代表充电阶段；

pl.mj—第l台充电桩在mj充电阶段的概率；

cn.mj—n台充电桩同时充电时的修正系数；

il.mj—第l台充电桩在mj充电阶段时的平均充电电流值。

(13)根据上述可以分别求出充电站电压、电流的谐波畸变率，也可分别求取各次谐波的畸变率；其计算分析方法具有一致性。然后分别与国标进行比较以判断其是否满足要求，以及根据其特性采取最优措施进行治理。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思及原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。