专利名称：一种电动汽车充放电设备现场能效测试系统及其测试方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车充放电设备的能效测试领域，具体涉及一种电动汽车充放电设备现场能效测试系统及其测试方法。
技术背景
以电动汽车为主的新能源汽车发展已经列入“十二五”规划，成为节能减排、推动产业升级的重大工程。各行业都积极开展电动汽车及交流充电桩、直流充换电站等基础设施的试点建设工作。出租车、环卫车、公交车等公共服务领域的电动汽车试点建设项目开展迅速，北京、山东临沂、浙江杭州三地电动汽车充换电站已形成样板工程。截止2011年5月，国家电网公司已建成换电站9座、充电站78座、交流充电桩7000个、总投资14. 4亿元，已具备为1400辆电动汽车提供充换电服务能力。电动汽车产业的能源消耗主要涉及电动汽车充电设施和电动汽车本身两部分。目前，大部分能效问题研究集中于电动汽车本身利用效率的提高，包括驱动系统、电池效率等，但是对于电动汽车充电设施的能效问题研究较少。传统的电测量技术对功率、电量等参数已具备较高准确度水平，满足现有的能效测试应用水平要求。但在对电动汽车充放电设备能效测试时，存在数据量偏大、功率数据依赖手工记录、处理的问题。因此导致能效测试工作效率较低，耗时较长。缺乏针对电动汽车充放电设备能效测试专用、高效的人机界面接口形式。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车充放电设备现场能效测试系统及其测试方法，本发明采用VBA技术、Sockets技术、电功率测量技术，基于TCP/IP通信协议，实现与功率分析仪硬件设备的实时通信，完成对电动汽车充电设施转换效率、谐波、电量、充放电特性曲线等能效项目的测试。本发明的目的是采用下述技术方案实现的—种电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其改进之处在于，所述系统包括功率采集层、通信协议转换层和应用层；所述功率采集层将采集的测量数据上送给通信协议转换层；所述通信协议转换层采用VBA技术和Sockets技术完成功率分析仪通信协议的转换及测量数据传输，并将测量数据上送给应用层；所述应用层对测试数据充放电设备能效水平、充电特性进行分析；所述功率采集层和通信协议转换层之间基于TCP/IP协议。其中，所述功率采集层位于所述系统的底层；所述通信协议转换层位于所述系统的中层；所述应用层位于所述系统的上层；所述应用层、通信协议转换层和功率采集层依次连接。其中，所述功率采集层包括从下到上依次连接的电动汽车充放电设备和功率分析仪；所述功率分析仪对电动汽车充放电设备的电功率物理量进行测量，完成电功率物理量向数字参数化的转换。
其中，所述通信协议转换层包括从上到下依次连接的Socket收发单元和通信命令编解码单元；所述Socket收发单元根据TCP/IP协议发送和接收测量数据命令，完成与功率分析仪的通信；所述通信命令编解码单元用于完成测试需求与功率分析仪的通讯协议之间的转换工作。其中，所述应用层包括谐波测量单元、功率测量单元和充放电特性曲线单元；所述谐波测量单元对电动汽车充放电设备的谐波进行测量及分析；所述功率测量单元对电动汽车充放电设备的功率进行测量及分析；所述充放电特性曲线单元对电动汽车的充放电特性进行测量及分析，并形成充放电特性曲线。其中，所述能效测试系统与计算机连接。本发明基于另一目的提供的一种电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其改进 之处在于，所述方法包括下述步骤(I)设置所述能效测试系统参数；(2)采集电动汽车充放电设备测试数据；(3)存储并计算电动汽车充放电设备测试数据；(4)显示测量结果。其中，所述步骤(I)中，所述能效测试系统参数包括通信参数、采集命令和电动汽车充放电设备参数。其中，所述通信参数包括计算机和功率分析仪的IP地址、通信端口和采集数据周期；根据能效测试系统的接线方式设置采集命令，所述采集命令包括输入功率、输出功率、电量、电压、电流、功率因数、效率和谐波；所述电动汽车充放电设备参数包括电动汽车充放电设备额定容量和输出电压。其中，所述步骤(2)中，整个采集过程包括采集开始、采集暂停、采集停止、数据循环采集、导出采集数据、清除采集数据环节；数据循环采集环节由计算机控制；所述采集开始、采集暂停、采集停止、导出采集数据和清除采集数据环节均由所述应用层提供操作界面。其中，所述采集开始时执行以下操作A、开始采集；B、判断套接字服务器Socket server参数是否健全若不健全，则结束采集；否则执行下一步；(套接字服务器Socket server参数是否健全的条件是IP、端口参数是否已设置)C、创建套接字服务器Socket server对象。其中，所述数据采集、导出采集数据和清除采集数据依次进行；数据采集、导出采集数据和清除采集数据依次包括下述步骤a、当创建完套接字服务器Socket server对象时,建立套接字Socket连接；b、启动功率分析仪的电量累积；C、读取并下发采集命令；d、等待循环周期TO时间；所述循环周期Ttl为10ms-50ms ；
e、判断采集结果是否返回f、存储并输出采集数据，并进行统计计算；g、采集定时时间到则停止采集；h、判断功率分析仪的电量累积是否停止；i、采集结束。其中，所述步骤e中，若采集结果返回，则进行步骤f;否则进行步骤h。其中，所述步骤h中，若功率分析仪的电量累积停止，则进行步骤i ;否则返回步骤
Co其中，所述步骤a_e为数据循环采集环节；所述步骤f为导出采集数据环节；所述步骤g_i为循环采集停止判断环节。其中，所述步骤(3)中，设计存储表对电动汽车充放电设备测试数据进行存储；并对采集到的测试数据进行统计分析与计算，根据贝塞尔公式法、正态分布包含因子参数输出测量不确定度的评判结果。其中，所述步骤(4)中，采用表格、曲线形式分功能区域、分颜色地显示测量结果，并进行参数提示。其中，所述方法在数据采集过程中的每一次循环均查询功率分析仪的电量累积状态。与现有技术比，本发明达到的有益效果是I、本发明关注于电动汽车充电设施现场能效测试，整合采用计算机通信技术、电测量技术，提高电动汽车充电设施现场能效测试工作效率及准确度，解决了以往在电动汽车充电设施能效测量过程中测试数据量大，数据处理工作繁琐，测量准确度低等问题。2、本发明采用VBA技术、Sockets技术，基于TCP/IP协议，实现了与功率分析仪的实时通讯，可对电动汽车充电设施的转换效率、谐波、电量、充电特性曲线等能效项目进行同步测试，并具有数据长期记录、合格判定、曲线绘制等功能。3、本发明中对电功率等物理量测量由功率分析仪完成，数据采用无损传输方式，本发明的测量本底准确度仅由功率分析仪准确度保证。4、本发明的测量基本精度O. 16%，电压1500V，电流500A，频宽DC在O. 5Hz 150kHz，
4路功率测量通道，具备对电动汽车充电站现场测试能力。
图I是本发明提供的电动汽车充放电设备现场能效测试系统示意图；图2是本发明提供的设置能效测试系统参数示意图；图3是本发明提供的采集开始流程示意图；图4是本发明提供的数据采集、导出采集数据和清除采集数据流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明提供的电动汽车充放电设备现场能效测试系统示意图如图I所示，包括底层功率采集层、中层通信协议转换层和上层应用层；底层功率采集层，采用功率分析仪对充电设施进行传统的电参数测量，完成底层电功率等物理量向数字参数化的转换，测量本底准确度由功率分析仪准确度保障；中层通信协议转换层，采用VBA (Visual Basic forApplication)技术、Sockets (套接字服务器Socket server的简称)技术完成功率分析仪通信协议的转换及测量数据传输，由TCP/IP协议大容量数据通信特性保障测试数据的高效快速传输；上层应用层，根据采集的大量测试数据分析充放电设备能效水平、充电特性，应用于实际电动汽车充放电设备能效测试现场。功率采集层包括从下到上依次连接的电动汽车充放电设备和功率分析仪；所述功率分析仪对电动汽车充放电设备的电功率物理量进行测量，完成电功率物理量向数字参数化的转换。通信协议转换层包括从上到下依次连接的Socket收发单元和通信命令编解码单元；S0Cket收发单元根据TCP/IP协议发送和接收测量数据命令，完成与功率分析仪的通信；通信命令编解码单元用于完成测试需求与功率分析仪的通讯协议之间的转换工作。应用层包括谐波测量单元、功率测量单元和充放电特性曲线单元；所述谐波测量 单元对电动汽车充放电设备的谐波进行测量及分析；所述功率测量单元对电动汽车充放电设备的功率进行测量及分析；充放电特性曲线单元对电动汽车的充放电特性进行测量及分析，并形成充放电特性曲线。能效测试系统与计算机连接。VBA及Sockets技术支持本发明的实现，是测量结果处理与分析、通信协议的转换的核心技术单元。VBA技术实现了设计的测试流程的执行、数据的采集、处理，Socket技术实现了计算机与功率分析仪之间的通信及测试数据的高速传输。通信测量结果及应用单元对采集的测量结果进行统计分析与计算，并按照设定的方式存储测量结果、输出充放电特性曲线。通信命令编/解码单元主要完成测试需求与功率分析仪专用的通讯协议之间的转换工作。Socket收发单元根据TCP/IP协议发送和接收测量通信命令，完成与功率分析仪的通信。本发明主要采集电压、电流、电量、电功率、功率因数、谐波、转换效率等参数。采用自循环模式，在设定时间段内反复读取数据，循环周期Ttl 一般为10ms-50ms，较小的循环周期及TCP / IP协议的高效快速特性保证了与功率分析仪的通讯近似实时。本发明提供的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，包括下述步骤(I)设置能效测试系统参数①设置计算机和功率分析仪的IP地址、通信端口、设置采集数据周期；②根据被测装置的接线方式设置输入功率、输出功率(单相功率PU P2、P3、P4，两表法总功率P12、P34，三相总功率P123)、电量(单相电量WP1、WP2、WP3、WP4，两表法总功率WP12、WP34，三相总功率WP123)、电压(单相电压有效值Urmsl、Urms2、Urms3、Urms4)、电流(单相电流有效值Irmsl Irms2 Irms3 Irms4)、功率因数(单相功率因数PFlPF2 PF3 PF4)、效率(Effl)、谐波总畸变率(Uthd Ithd)等基本命令参数。③设置电动汽车充放电设备的额定容量、输出电压等数据；设置能效测试系统参数如图2所示。(2)采集数据整个采集过程主要分为采集的开始、暂停、停止、导出数据、清除数据等环节。开始、暂停等的控制功能由上层应用层提供操作界面，如图3所示；数据采集过程由计算机根据图4执行VBA程序实现。(3)测量结果存储与计算根据数据采集规模，设计专门的存储表进行存储；并对采集到的数据进行统计分析与计算，根据贝塞尔公式法、正态分布包含因子等参数输出测量不确定度的评判结果。(4)测量结果显示采用表格、曲线等形式分功能区域、分颜色地显示测量结果，关键参数进行提示。在采集过程的每一次自循环中，均查询电量累积(Integration)状态。这种方法一方面可保证操作人员对采集过程的控制，增强测试流程的灵活受控特性；另一方面，利用功率分析仪定时功能能够提高与采集时长密切相关的电量采集的准确性及可比性，能够保证每一次采集均能按照设定的时间长度采集能效数据，测试时长精度达到功率分析仪时间刷新周期。本发明功能方法利用VBA程序代码进行实现。VBA程序代码的特征在于支撑了采集过程的开始、暂停、停止、采集数据、导出数据、清除数据、分析计算、绘制曲线等功能，代码中采用Socket技术及TCP/IP通信协议，实现与功率分析仪的通信。 本发明对利用功率分析仪的电量累积(Integration)状态及定时功能控制能效数据采集时长及采集循环停止的方法。这种方法增强操作人员对采集过程的可控性、提高与采集时长密切相关的电量采集的准确性及结果可比性。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述系统包括功率采集层、通信协议转换层和应用层；所述功率采集层将采集的测量数据上送给通信协议转换层；所述通信协议转换层采用VBA技术和Sockets技术完成功率分析仪通信协议的转换及测量数据传输，并将测量数据上送给应用层；所述应用层对测试数据充放电设备能效水平、充电特性进行分析；所述功率采集层和通信协议转换层之间基于TCP/IP协议。
2.如权利要求I所述的电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述功率采集层位于所述系统的底层；所述通信协议转换层位于所述系统的中层；所述应用层位于所述系统的上层；所述应用层、通信协议转换层和功率采集层依次连接。
3.如权利要求I所述的电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述功率采集层包括从下到上依次连接的电动汽车充放电设备和功率分析仪；所述功率分析仪对电动汽车充放电设备的电功率物理量进行测量，完成电功率物理量向数字参数化的转换。
4.如权利要求I所述的电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述通信协议转换层包括从上到下依次连接的Socket收发单元和通信命令编解码单元； 所述Socket收发单元根据TCP/IP协议发送和接收测量数据命令，完成与功率分析仪的通信；所述通信命令编解码单元用于完成测试需求与功率分析仪的通讯协议之间的转换工作。
5.如权利要求I所述的电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述应用层包括谐波测量单元、功率测量单元和充放电特性曲线单元；所述谐波测量单元对电动汽车充放电设备的谐波进行测量及分析；所述功率测量单元对电动汽车充放电设备的功率进行测量及分析；所述充放电特性曲线单元对电动汽车的充放电特性进行测量及分析，并形成充放电特性曲线。
6.如权利要求1-5中任一项所述的电动汽车充放电设备现场能效测试系统，其特征在于，所述能效测试系统与计算机连接。
7.一种电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 (O设置所述能效测试系统参数； (2)采集电动汽车充放电设备测试数据； (3)存储并计算电动汽车充放电设备测试数据； (4)显示测量结果。
8.如权利要求7所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述能效测试系统参数包括通信参数、采集命令和电动汽车充放电设备参数。
9.如权利要求8所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述通信参数包括计算机和功率分析仪的IP地址、通信端口和采集数据周期； 根据能效测试系统的接线方式设置采集命令，所述采集命令包括输入功率、输出功率、电量、电压、电流、功率因数、效率和谐波； 所述电动汽车充放电设备参数包括电动汽车充放电设备额定容量和输出电压。
10.如权利要求7所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤(2)中，整个采集过程包括采集开始、采集暂停、采集停止、数据循环采集、导出采集数据、清除采集数据环节；数据循环采集环节由计算机控制；所述采集开始、采集暂停、采集停止、导出采集数据和清除采集数据环节均由所述应用层提供操作界面。
11.如权利要求10所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述采集开始时执行以下操作 A、开始米集； B、判断套接字服务器Socketserver参数是否健全若不健全，则结束采集；否则执行下一步； C、创建套接字服务器Socketserver对象。
12.如权利要求10所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述数据采集、导出采集数据和清除采集数据依次进行；数据采集、导出采集数据和清除采集数据依次包括下述步骤 a、当创建完套接字服务器Socketserver对象时,建立套接字Socket连接； b、启动功率分析仪的电量累积； C、读取并下发采集命令； d、等待循环周期TO时间；所述循环周期Ttl为10ms-50ms； e、判断采集结果是否返回 f、存储并输出采集数据，并进行统计计算； g、采集定时时间到则停止采集； h、判断功率分析仪的电量累积是否停止； i、采集结束。
13.如权利要求12所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤e中，若采集结果返回，则进行步骤f ;否则进行步骤h。
14.如权利要求12所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤h中，若功率分析仪的电量累积停止，则进行步骤i ;否则返回步骤C。
15.如权利要求12所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤a-e为数据循环采集环节；所述步骤f为导出采集数据环节；所述步骤g_i为循环采集停止判断环节。
16.如权利要求7所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中，设计存储表对电动汽车充放电设备测试数据进行存储；并对采集到的测试数据进行统计分析与计算，根据贝塞尔公式法、正态分布包含因子参数输出测量不确定度的评判结果。
17.如权利要求7所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用表格、曲线形式分功能区域、分颜色地显示测量结果，并进行参数提示。
18.如权利要求7-17中任一项所述的电动汽车充放电设备现场能效测试方法，其特征在于，所述方法在数据采集过程中的每一次循环均查询功率分析仪的电量累积状态。
全文摘要
本发明涉及电动汽车充放电设备的能效测试领域，具体涉及一种电动汽车充放电设备现场能效测试系统及其测试方法。所述系统包括功率采集层、通信协议转换层和应用层；所述功率采集层将采集的测量数据上送给通信协议转换层；所述通信协议转换层采用VBA技术和Sockets技术完成功率分析仪通信协议的转换及测量数据传输，并将测量数据上送给应用层；所述应用层对测试数据充放电设备能效水平、充电特性进行分析；所述功率采集层和通信协议转换层之间基于TCP/IP协议。本发明采用VBA技术、Sockets技术、电功率测量技术，基于TCP/IP通信协议，实现与功率分析仪硬件设备的实时通信，完成对电动汽车充电设施转换效率、谐波、电量、充放电特性曲线等能效项目的测试。
文档编号H04L29/08GK102970338SQ201210424850
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者李涛永, 薛金会, 闫华光, 王鹤, 李德智, 黄伟, 蒋利民, 钟鸣, 范滢 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司