一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法和系统与流程

本发明涉及充电桩技术领域，特别是涉及一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法和系统。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

现有的充电站通常由多个充电桩构成，然而，现有的充电站却并没有一种行之有效的针对各充电桩的计量误差的实时在线校验方法，无法实现电能计量误差的灵活监测。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何实现充电站中各充电桩的整体误差的计算。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法，所述充电站包括至少一路带电能计量装置的供电电源，至少一个已知整体误差值的误差标准器、一个或者多个充电桩，其中，所述误差标准器串接在所述充电桩的供电电源线路上、所述误差标准器串接在所述充电桩上或者所述误差标准器与所述充电桩并接，具体的：

所述误差计算装置接收所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器上报的各自所在线路的电能相关数据；

所述误差计算装置根据接收到的供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

优选的，所述误差计算装置根据接收到的所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗，具体包括：

所述误差计算装置接收所述供电电源的电能计量装置上报的电能值，所述各充电桩上报的充电电能值，以及标准误差器上报的电能值，建立包含进供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗作为变量，以及误差标准器误差值作为已知常数的方程式；

所述误差计算装置根据多次接收的供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的电能值或者根据各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能值，建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到供电电源的电能计量装置、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

优选的，所述误差计算装置根据接收到的供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗，具体包括：

所述误差计算装置接收所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器上报的电能值和对应电流值，依据线路电流大小不同分段累加得到的各电流分段下的电能量累加值；通过所述电能量累加值建立包含供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗作为变量，以及误差标准器误差值作为已知常数的方程式；

所述误差计算装置根据多次接收的所述供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的电能相关数据或者根据所述供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能相关数据建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到供电电源的电能计量装置、各充电桩在各电流分段下的整体误差和相应充电桩电能损耗值。

优选的，所述误差计算装置在求解所述方程式时，检索由供电电源的电能计量装置、各个充电桩和误差标准器上报的电能值或者根据各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能值，确定同一时段内同时供电电源和所有充电桩的电能值，同时求解并得出所有充电桩的整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述方法还包括：

将当前优先求解得到的所述供电电源的电能计量装置的整体误差、一个或者多个充电桩的整体误差值，以及充电桩电能损耗值带入所述方程式，并确定出在还未求解出整体误差和充电桩电能损耗的一个或者多个充电桩范围内，同一时段内同时进行充电工作最少的第二组电能值，并优先求解上报该第二组电能值的充电桩的整体误差和充电桩电能损耗；依此递进求解完方程式中所有待求解的整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述通过解所述方程组，计算得到供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗，具体包括：

预设一组初始的误差值，用于赋值给方程组中的待求解的误差变量，其中所述待求解的误差变量包括所述供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗；

逐一的从待求解的该组误差变量中选中一个误差变量作为第一轮待求解的对象，而其它误差变量则以该预设的误差值作为参数，并认定为已知对象；

利用优化算法进行所述第一轮待求解的对象的求解，具体为：

通过比较所述待求解的对象在不同取值情况下所求得的函数计算结果，逐渐调整所述待求解的对象的取值；

直到两函数计算结果的偏差小于预设阈值时，得到所述待求解的对象的整体误差值或者充电桩电能损耗值；

按照上述针对第一轮待求解的对象求解方式，依次得到该组误差变量中各自的整体误差值和充电桩电能损耗值。

第二方面，本发明提供了一种充电站的充电桩电能计量误差校验的系统，所述系统包括至少一个已知整体误差值的误差标准器、一个或者多个充电桩、误差计算装置，其中，所述误差标准器串接在所述充电桩的供电总线上，或者所述误差标准器串接或者并接在所述充电桩上，具体的：

所述一个或者多个充电桩以及所述误差标准器连接所述误差计算装置；

所述一个或者多个充电桩和误差标准器记录各自所在线路的电能相关数据，并上报给所述误差计算装置；

所述误差计算装置根据接收到的所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

第三方面，本发明提供了一种充电站系统的充电桩电能计量误差校验的方法，所述充电站系统包括至少一个供电电源及其电能计量装置、至少一条线路上装有一个已知整体误差电能计量装置作为误差标准器、一个或者多个充电桩及其电能计量装置，其中，所述误差计算装置接收所述充电站系统中的全部电能计量装置和误差标准器上报的各自的电能相关数据，根据预设的公式模型计算出各充电桩的整体电能计量误差。

优选的，所述公式模型，具体为：

用数学表达式描述充电站系统供电电源的输入电能等于各充电桩输出电能总和的等式关系，其中，所述的系统供电电源的输入电能由供电电源的电能计量装置读数以及整体误差表述，所述的输出电能可以由各充电桩和线路上的电能计量装置读数以及各自的误差变量表述；其中，所述误差变量包括整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述的数学模型中多个所述的电能计量误差变量和损耗变量，需要不少于所述误差变量和损耗变量个数之和的多个不同系数的数学表达式构成一个整组数学方程式或者数学表达式，并通过对所述的一个整组数学表达式的计算，计算得出包括所有充电桩电能计量误差在内的所有电能计量装置的计量误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过在现有的充电站中设置误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，利用各充电桩和误差标准器上报的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。以便操作人员根据供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗确认那些充电桩处于正常工作状态，而那些充电桩需要进行调整或者替换。

【附图说明】

图1是本发明实施例提供的一种充电站的充电桩电能计量误差校验的系统架构图；

图2是本发明实施例提供的另一种充电站的充电桩电能计量误差校验的系统架构图；

图3是本发明实施例提供的一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种充电站的充电桩变压的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法流程图；

图7是本发明实施例提供的一种充电站的充电桩的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种充电站的充电桩电能计量误差校验的方法，所述充电站包括至少一路带电能计量装置的供电电源，至少一个已知整体误差值的误差标准器、一个或者多个充电桩，其中，所述误差标准器串接在所述充电桩的供电电源线路上(如图1所示)，所述误差标准器串接在所述充电桩上或者所述误差标准器与所述充电桩并接(如图2所示)，如图3所示，具体包括以下几个步骤：

在步骤201中，所述误差计算装置接收所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器上报的各自所在线路的电能相关数据。

其中，电能相关数据包括电能计量数据、电流分段数据、时间数据、充电桩标识中的一项或者多项。

在步骤202中，所述误差计算装置根据接收到的所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

其中，根据作为输入节点(供电电源)的计量装置和输出节点(充电桩)的计量装置之间的连接关系，充电桩的电能损耗可以是线损、变损、整流损耗中的一种或者多种。

例如：输入节点的计量装置和输出节点的计量装置之间的连接距离足够近，则其线损量可以忽略不计。其中，所述损耗可以通过在同等长度输电线路两端增设误差标准器的方式来检测实际输电线路的线损量是否可以忽略不计。

本发明实施例通过在现有的充电站中设置误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，利用供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。以便操作人员根据供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗确认那些充电桩处于正常工作状态，而那些充电桩需要进行调整或者替换。

结合本发明实施例，对于所述步骤202，存在一种优选的实现方案，具体包括：

所述误差计算装置接收所述供电电源的电能计量装置上报的电能值，所述各充电桩上报的充电电能值，以及标准误差器上报的电能值，建立包含供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及误差标准器误差值作为已知常数的方程式；

所述误差计算装置根据多次接收的供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的电能值或者根据各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能值，建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

基于上述针对步骤202的优选实现方案，以及对充电桩上完成电能计量的智能电表的研究，确认智能电表在流经不同大小电流的计量环境下，其表现出的整体误差是不同的，即不同的测量电流适用于不同的整体误差值，因此，结合本发明实施例步骤202，存在一种更加精准的求解整体误差的方式，具体如下：

所述误差计算装置接收的供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器上报的电能值和对应电流值，依据线路电流大小不同分段累加得到的各电流分段下的电能量累加值；通过所述电能量累加值建立包含供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及误差标准器误差值作为已知常数的方程式；

所述误差计算装置根据多次接收的供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的电能相关数据或者根据供电电源的电能计量装置、各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能相关数据建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到供电电源的电能计量装置、各充电桩在各电流分段下的整体误差和相应充电桩电能损耗值。

其中，如何对各智能电表的电流分段进行界定，可以是通过测试手段或者历史经验获得，由于并非本发明的发明重点，在此不一一赘述。

实施例2：

本实施在实施例1的内容基础上，通过涉及具体实现参数的环境，阐述如何计算充电桩电能损耗。在本实施例中，所述充电桩电能损耗主要表现为变损或者整流损耗，假设变电站进线是三相四路的(单相为380V)，而变压后为两个450V交流输出。在本实施例中误差标准器和充电桩中用于完成电能计量的设备均被成为电能计量装置，变电站原理图如图4所示，根据能量守恒定律，高压侧输入的电能等于中、低压输出的电能与变损之和。

W₁(1+X₁)*(1+X_S)＝W₂(1+X₂)+W₃(1+X₃) (1)

其中,W_i＝1,2,3是变压器高低压侧电能计量装置的电能量读数；X_i＝1,2,3是W_i＝1,2,3所在的电能计量装置的误差；X_s是变压器损耗电能与高压侧输入电能的一个比例值。

如果用式(1)构成方程式乃至方程组，得到的方程组就会是一个齐次方程，这个齐次方程租无法得出一组“唯一解”。

本方法是通过“给定一个电能计量装置的误差为“已知””，破坏方程之间的“相关性”，从而使得方程组能够得到“唯一解”。具体地，在实际测量的时候，我们把高、中、低任一电压侧的电能计量装置的误差测试准确，这样我们就可以得到一个已知的误差X_i，不失一般性，我们假设高压侧电能计量装置的误差X₁是已知的误差，将式(1)整理一下，可以得到：

W₁X_s+W₁X₁X_s-W₂X₂-W₃X₃＝(W₂+W₃-W₁-W₁X₁)(2)

式(2)是一个有三个未知数X₂，X₃和X_s的方程式。如果，我们把高、中、低侧的电能计量装置电能量读数连续读三次，读得：W₁₁，W₁₂，W₁₃；W₂₁，W₂₂，W₂₃；和W₃₁，W₃₂，W₃₃；将这三组读数代入到式(2)，可以得到一个三元二次方程组。这个方程组是有解的，而且，可以得到一组“唯一解”。这组唯一解就是：

X₂——中压侧电能计量装置的整体误差；

X₃——低压侧电能计量装置的整体误差；

X_s——变损比例值＝变压器损耗能耗/高压侧输入电能量；

考虑到变压器是损耗是非线性的，可以考虑利用输入端“电流分段”读取电能相关数据的方法，检测电能计量装置的真实的整体误差。在测准了电能计量装置的误差的同时，变压器损耗也就可以精准地测取了。

实施例3:

实施例1介绍了如何根据各充电桩和标准误差器上报的电能相关数据完成充电站中供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗计算的方法和求解的手段。然而，在真正求解过程中会因为充电桩上的智能电表精确度和/或充电桩上运行的监控单元、显示屏等微耗能单元的存在(实质上是可以忽略不计的，但是会对方程组求解带来影响)，造成最终构建的方程式无法求解出各充电桩的整体误差值和充电桩电能损耗值。因此，结合本发明实施例1，本发明实施例提出了一种解决上述问题的优化算法，如图5所示，具体包括以下步骤：

在步骤2021中，预设一组初始的误差值，用于赋值给方程组中的待求解的误差变量，其中所述待求解的误差变量包括所述供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

在步骤2022中，逐一的从待求解的该组误差变量中选中一个误差变量作为第一轮待求解的对象，而其它误差变量则以该预设的误差值作为参数，并认定为已知对象。

利用优化算法进行所述第一轮待求解的对象的求解，具体为：

在步骤2023中，通过比较所述待求解的对象在不同取值情况下所求得的函数计算结果，逐渐调整所述待求解的对象的取值。

在步骤2024中，直到两函数计算结果的偏差小于预设阈值时，得到所述待求解的对象的整体误差值或者充电桩电能损耗值。

在步骤2025中，按照上述针对第一轮待求解的对象求解方式，依次得到该组误差变量中各自的整体误差值和充电桩电能损耗值。

实施例4:

在本发明实施例1和实施例2中，给出一种充电站的充电桩电能计量误差校验的实现方法，然而，在具体实现过程中其计算方法并没有充分利用充电桩充电的使用特点以及其上报的电能相关数据自身的特性，其中，充电桩的使用是间歇性的、并且是离散的，而误差计算装置所接收到的整个充电站的电能相关数据在同一时间段内可能存在只有1个或者2个充电桩在工作(例如：半夜等较冷僻的时间段)，倘若依据该特殊情况优先计算1个或者2个充电桩的整体误差和充电桩电能损耗，并反过来带入原方程式进行其他充电桩的整体误差和充电桩电能损耗求解，这将大大简化计算量，并能够有效的提高计算效率。因此，结合本发明实施例1和实施例2还存在一种高效率的求解思路。如图6所示，具体包括如下步骤：

在步骤301中，所述误差计算装置在求解所述方程式时，检索由各个充电桩和误差标准器上报的电能值或者根据各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能值。

在步骤302中，确定同一时段内同时进行充电工作最少的第一组电能值，并优先求解上报该第一组电能值的充电桩的整体误差和充电桩电能损耗。

在步骤303中，将当前优先求解得到的所述供电电源的电能计量装置的整体误差、一个或者多个充电桩的整体误差值，以及充电桩电能损耗值带入所述方程式。

在步骤304中，确定出在还未求解出整体误差和充电桩电能损耗的一个或者多个充电桩范围内，同一时段内同时进行充电工作最少的第二组电能值，并优先求解上报该第二组电能值的充电桩的整体误差和充电桩电能损耗。

在步骤305中，依此递进求解完方程式中所有待求解的整体误差和充电桩电能损耗。

实施例5:

本发明实施例还提供了一种充电站的充电桩电能计量误差校验的系统，如图1和2所示，所述系统包括至少一个已知整体误差值的误差标准器、一个或者多个充电桩、误差计算装置，其中，所述误差标准器串接在所述充电桩的供电总线上，或者所述误差标准器串接或者并接在所述充电桩上，具体的：

所述一个或者多个充电桩以及所述误差标准器连接所述误差计算装置。

所述一个或者多个充电桩和误差标准器记录各自所在线路的电能相关数据，并上报给所述误差计算装置。

所述误差计算装置根据接收到的所述供电电源的电能计量装置、所述各充电桩和误差标准器的电能相关数据求解供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。

本发明实施例通过在现有的充电站中设置误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，利用各充电桩和误差标准器上报的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗。以便操作人员根据供电电源的电能计量装置的整体误差、各充电桩的整体误差和/或充电桩电能损耗确认那些充电桩处于正常工作状态，而那些充电桩需要进行调整或者替换。

一个比较理想的充电桩如图7所示，同时具有三相电表和直流电表，然而，真实情况则是多个充电桩共用一块三相电表，即在充电站中通常三相电表是被设置在供电输入总线上的，而各充电桩都是从所述总线的分支上获取电能(这种情况下，图7中的三相电表是不存在的)。因此，本发明实施例中所描述的充电桩的智能电表通常是指图7中的直流电表。当然，本发明各实施例中所述的充电桩的智能电表在某些不同实现方式的充电桩中，也可能是图7中的三相电表。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，所述误差计算装置检索由各个充电桩和误差标准器上报的电能值或者根据各充电桩和误差标准器上报的归属于不同时间段的电能值，确定同一时段内同时进行充电工作最少的第一组电能值，并优先求解上报该第一组电能值的充电桩的整体误差和充电桩电能损耗。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，所述误差计算装置还用于将当前优先求解得到的所述供电电源的电能计量装置的整体误差、一个或者多个充电桩的整体误差值，以及充电桩电能损耗值带入所述方程式，并确定出在还未求解出整体误差和充电桩电能损耗的一个或者多个充电桩范围内，同一时段内同时进行充电工作最少的第二组电能值，并优先求解上报该第二组电能值的充电桩的整体误差和充电桩电能损耗；依此递进求解完方程式中所有待求解的整体误差和充电桩电能损耗。

值得说明的是，上述系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

实施例6：

本发明实施例还提供了一种充电站系统的充电桩电能计量误差校验的方法，所述充电站系统包括至少一个供电电源及其电能计量装置、至少一条线路上装有一个已知整体误差电能计量装置作为误差标准器、一个或者多个充电桩及其电能计量装置，其中，所述误差计算装置接收所述充电站系统中的全部电能计量装置和误差标准器上报的各自的电能相关数据，根据预设的公式模型计算出各充电桩的整体电能计量误差。

在本发明实施例中所述公式模型，具体为：用数学表达式描述充电站系统供电电源的输入电能等于各充电桩输出电能总和的等式关系，其中，所述的系统供电电源的输入电能由供电电源的电能计量装置读数以及整体误差表述，所述的输出电能可以由各充电桩和线路上的电能计量装置读数以及各自的误差变量表述；其中，所述误差变量包括整体误差和充电桩电能损耗。

在本发明实施例中，所述的数学模型中多个所述的电能计量误差变量和损耗变量，需要不少于所述误差变量和损耗变量个数之和的多个不同系数的数学表达式构成一个整组数学方程式或者数学表达式，并通过对所述的一个整组数学表达式的计算，计算得出包括所有充电桩电能计量误差在内的所有电能计量装置的计量误差。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。