簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：為實現(xiàn)對電動汽車充電過程的監(jiān)控以及大量電動汽車充電負(fù)荷與電網(wǎng)的友好互動，從而發(fā)揮其靈活調(diào)節(jié)作用，本文提出一種對充電樁進(jìn)行集中監(jiān)控的平臺設(shè)計方案、構(gòu)架及關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計充電樁的監(jiān)控方案以及與系統(tǒng)之間的通信方案，通過數(shù)據(jù)的采集處理實現(xiàn)與平臺之間的交互。目前該系統(tǒng)已經(jīng)完成平臺和充電樁交互測試，并嵌入配電自動化系統(tǒng)，運行情況表明該集中監(jiān)控平臺應(yīng)用于大規(guī)模電動汽車充電樁監(jiān)控的正確性和實用性。

關(guān)鍵詞：有序充電，串口通信，數(shù)據(jù)采集，配電自動化系統(tǒng)

0 引言

        面對傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放造成的污染及其對石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問題，電動

        汽車(electricvehicle，EV)以其良好的環(huán)保、節(jié)能特性，成為當(dāng)今國際汽車發(fā)展的潮流和熱點之一。然而，隨之而來的大量電動汽車負(fù)荷接入電網(wǎng)所帶來的影響逐漸引起了電網(wǎng)運營者和研究人員的關(guān)注，文

獻(xiàn)[2][3][4][5]均表明大規(guī)模電動汽車的充電行為會帶來系統(tǒng)局部電壓下降、變壓器過載、負(fù)荷峰上加峰等影響?？紤]到電動汽車負(fù)荷的需求響應(yīng)特性，文獻(xiàn)[6][7][8]提出利用電價對電動汽車充電行為進(jìn)行有序引導(dǎo)，使其能充分發(fā)揮彈性負(fù)荷的作用，改善負(fù)荷形態(tài)，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

        由于電動汽車充電負(fù)荷的有序控制是建立在電動汽車充電行為監(jiān)視的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[9]介紹了電動汽車充電設(shè)施監(jiān)控的特點，以需求確定功能，提出了系統(tǒng)分層體系架構(gòu)設(shè)計方案，并給出通信組網(wǎng)方式及各層的軟件功能實現(xiàn)。文獻(xiàn)[10]根據(jù)電動汽車充電站的需求，充分考慮未來發(fā)展趨勢，以IEC61970/61850系列標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)基礎(chǔ)，提出汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)建模方案，建立電動汽車充電站系統(tǒng)模型、設(shè)備信息模型、通信模型，并介紹建模方法，給出了站內(nèi)智能電子設(shè)備(IED)信息集成的實現(xiàn)以及系統(tǒng)方案的應(yīng)用前景。除了充電站的監(jiān)視，大量散落在住宅小區(qū)、商場、辦公區(qū)域的充電樁的監(jiān)視也，對  其進(jìn)行監(jiān)控既是保證動力電池充電安全的需要，也是進(jìn)一步提高大規(guī)模電動汽車有序充電管理的必要條件。

        基于以上分析，本文提出一種對充電樁進(jìn)行集中監(jiān)控的平臺設(shè)計，通過充電樁的采集監(jiān)控器實現(xiàn)充電信息的實時采集，并與平臺進(jìn)行交互，從而為實現(xiàn)大規(guī)模電動汽車的有序充電提供支撐。借助所設(shè)計的系統(tǒng)平臺架構(gòu)，并將其嵌入到配電自動化系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對電動汽車有序充電的控制，通過現(xiàn)場測試驗證了所提出監(jiān)控平臺的合理性。

一、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

        安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。

        充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：

        資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

        交易結(jié)算：充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表

        用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

        充電服務(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等

        微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

        數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析

        變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

        在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁

        平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

2.3實時監(jiān)控

?充電站監(jiān)控

        充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

?充電槍監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。

2.4微信小程序

?搜索與使用

        微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

?授權(quán)登錄界面

        用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進(jìn)入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示：

?主功能頁

        初次進(jìn)入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等。

?充電

        掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，電價和預(yù)計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評價。

?個人信息

        個人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能

二、安科瑞限流式保護(hù)器的介紹與選型

1、限流式保護(hù)器的設(shè)計

        電氣防火限流式保護(hù)器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當(dāng)弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場所人員和財產(chǎn)的安全。

        安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器的主要元件是固態(tài)開關(guān)，不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)（微斷）。我們知道，傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機(jī)械運動過程，分?jǐn)鄷r間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負(fù)載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運動實現(xiàn)，分?jǐn)鄷r間微秒級，速度快，無電弧產(chǎn)生。

        如圖1所示，當(dāng)發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

        從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統(tǒng)空氣開關(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達(dá)到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)裝配限流式保護(hù)器的回路發(fā)生短路故障時，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災(zāi)。

2、ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器是單相限流式保護(hù)器，較大額定電流為63A。主要功能如下：

A）短路保護(hù)功能，線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)；

B）過載保護(hù)功能，線路持續(xù)過載時，保護(hù)器限流保護(hù)；

C）表內(nèi)超溫保護(hù)功能，保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護(hù)器限流保護(hù)；

D）過/欠壓保護(hù)功能，線路欠壓或過壓時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

E）電纜溫度監(jiān)測功能，被測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

F）漏電流監(jiān)測功能，線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

G）通訊功能，保護(hù)器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監(jiān)控軟件或平臺，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

三、結(jié)束語

        本文提出了一種電動汽車充電樁集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，通過本地采集車輛電池的電流、電壓等參數(shù)，

并采用串口及GPRS通信方式實現(xiàn)充電信息的實時采集與監(jiān)視，結(jié)合配電網(wǎng)的運行參數(shù)進(jìn)行有序控制。

通過現(xiàn)場實際的安裝調(diào)試表明該平臺具有較好的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性，能夠保障各充電樁的信息快速、安全地傳輸。目前已經(jīng)成功應(yīng)用于某市多個電動汽車充電樁，為電動汽車的推廣與應(yīng)用提供了借鑒

和使用基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]周建英，陳浩琿，方穎穎，張柳菁，莊玉林.一種電動汽車充電樁集中監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

[2]中華人民共和國國務(wù)院.節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)[R/OL].

[3]田立亭,張明霞,汪奐伶.電動汽車對電網(wǎng)影響的評估和解決方案[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(31):43-49.

[4]高賜威,張亮.電動汽車充電對電網(wǎng)影響的綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(2):127-131.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介：簡婷，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用。