CN112505386B

CN112505386B - 一种用于检定直流充电桩电流值的方法及系统

Info

Publication number: CN112505386B
Application number: CN202010863471.0A
Authority: CN
Inventors: 李贺龙; 于海波; 卢达; 王春妍; 刘佳; 王春雨
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2040-08-25
Also published as: CN112505386A

Abstract

本发明公开了一种用于检定直流充电桩电流值的方法及系统，属于电能计量技术领域，本发明方法，包括：确定插值扩充后的电流/电压数据，受不同环境工况影响的影响特征；根据影响特征，确定电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵；根据电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵，建立测量电压/电流受影响因素影响的修正模型；根据修正模型，对电流/电压进行修正，根据修正后的电流/电压，确定修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵；根据修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵，建立误差模型；根据误差模型，确定直流充电桩电流值。本发明实现了检定装置电压电流在现场环境工况下的抗干扰检定。

Description

一种用于检定直流充电桩电流值的方法及系统

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于检定直流充电桩电流值的方法及系统。

背景技术

在电动汽车发展之初，用户最关心的主要是能否充电的问题，对功能的需求放在首位，但随着充电设施的日益完善，充电桩作为贸易结算用计量器具，其电能计量准确性必将成为电动汽车消费者和社会关注的热点问题。

国家计量检定规程JJG1149-2018《电动汽车非车载充电机》对直流充电桩的检定内容和方法进行了规定，且要求直流充电桩电能计量检定周期一般不超过1年，目前，通用的检测方法是由测试人员携带负载赴现场进行检测，这种方法存在现场检测装置和负载笨重、检测过程耗能费时、对检测人员需求量大等现实问题，这与公司直流充电桩快速建设、维护量日益增多之间的矛盾日益突出，因此，亟需开展更加高效、快捷、节能的直流充电桩电能计量远程检测技术研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于检定直流充电桩电流值的方法，包括：

获取不同环境工况下，检定装置采集直流充电桩的电流/电压数据，对电流/电压数据进行插值扩充，并确定插值扩充后的电流/电压数据，受不同环境工况影响的影响特征；

根据影响特征，确定电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵；

根据电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵，建立测量电压/电流受影响因素影响的修正模型；

根据修正模型，对电流/电压进行修正，根据修正后的电流/电压，确定修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵；

根据修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵，建立误差模型；

根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

可选的，影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

可选的，误差模型，包括：各次纹波幅值模型及相位误差模型。

可选的，插值扩充根据Kriging原理对电流/电压数据进行插值扩充。

可选的，修正后的电流/电压为直流电流/电压和各次纹波电流/电压的和。

本发明还提出了一种用于检定直流充电桩电流值的系统，包括：

数据采集单元，获取不同环境工况下，检定装置采集直流充电桩的电流/电压数据，对电流/电压数据进行插值扩充，并确定插值扩充后的电流/电压数据，受不同环境工况影响的影响特征；

第一处理单元，根据影响特征，确定电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵；

修正模型建立单元，根据电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵，建立测量电压/电流受影响因素影响的修正模型；

第二处理单元，根据修正模型，对电流/电压进行修正，根据修正后的电流/电压，确定修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵；

误差模型建立单元，根据修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵，建立误差模型；

检定单元，根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

可选的，影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

本发明实现了检定装置电压电流在现场环境工况下的抗干扰检定。

附图说明

图1为本发明一种用于检定直流充电桩电流值的方法流程图；

图2为本发明一种用于检定直流充电桩电流值的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于检定直流充电桩电流值的方法，如图1所示，包括：

根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

误差模型，包括：各次纹波幅值模型及相位误差模型。

插值扩充根据Kriging原理对电流/电压数据进行插值扩充。

修正后的电流/电压为直流电流/电压和各次纹波电流/电压的和。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

本发明首先利用Kriging插值方法在充分考虑含有多维影响因素的电压电流误差实验数据点间的形状、大小、位置空间关系前提下，对有限实验条件下的实验数据进行扩充，为建立电压电流误差模型提供了足够的数据量；

然后利用KPLS方法将检定装置电压电流的Kriging插值数据映射到高维特征空间中，在高维特征空间进行偏最小二乘回归，实现了电压电流的实时在线修正，消除了充电桩远程检定装置受现场实际运行工况的影响，提高了检定装置在现场工况下的抗干扰性能，最后，通过实测验证了本文方法的有效性。

具体操作步骤：

步骤1：由于实验条件和实验时间的限制，首先为增大实验数据量，选取基于Kriging原理的插值方法对实验数据进行插值扩充，实验数据即为电流/电压数据，准确描述检定装置电压电流受现场环境工况的影响特性，其具体步骤如下：

步骤1-1：建立实测数据集X＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}，假设在点x_i(i＝1,2,…,n)处对应的属性值为Z(x_i)，对预插值点x₀，其对应的属性值为Z^*(x₀)。

步骤1-2：Kriging插值方法是基于无偏、方差最小条件，得到λ_i权重系数的约束方程E[Z^*(x₀)-Z(x₀)]＝0以及Var[Z^*(x₀)-Z(x₀)]＝min。

步骤1-3：由满足Kriging条件的区域化研究变量，可知E[Z(x₀)]数学期望存在且等于常数，故设E[Z(x₀)]＝m，则得：

推出：

步骤1-4：由方差最小条件结合拉格朗日极值条件得：

式中，μ表示拉格朗日乘数。

步骤1-5：通过推导可以求出n+1阶线性方程组，如下：

式中，C(x_i-x_j)表示x_i与x_j点函数值之间的协方差函数值，C(x₀-x_j)表示x₀与x_j点函数值之间的协方差函数值。

步骤1-6：形成求λ_i的Kriging方程组，如下：

Kλ＝M

式中，λ＝[λ₁ λ₂ … λ_n μ]^T，M＝[C(x₁,x₀) C(x₂,x₀) … C(x_n,x₀) 1]^T

步骤1-7：计算待插值点的值，实现指定数据点的插值：

步骤2：由Kriging插值数据形成电压U₀影响因素矩阵X＝[x₁,x₂]，x₁表示温度T，x₂表示湿度RH％，测量误差矩阵为Y＝[y],y表示电压测量误差，将解释变量样本X数据通过核函数映射到高维映射空间Φ(X)，在高维空间进行偏最小二乘回归(PLS)模型建立测量电压受温湿度影响修正模型，其具体步骤如下：

步骤2-1：确定核函数，

式中，σ为核参数，i、j对应了自变量样本矩阵相邻的行。

步骤2-2：将解释变量空间X及其映射Φ中心化

式中，1_n为元素全为1的向量，I_n为单位矩阵

步骤2-3：随机初始化反应变量空间潜变量u

步骤2-4：计算解释变量空间潜变量t:t_(m)＝K_(m)u_(m)

步骤2-5:正则化解释潜变量：t_(m)＝t_(m)/||t_(m)||

步骤2-6：计算反应变量空间潜变量的权重向量c：c_(m)＝Y'_(m)t_(m)

步骤2-7：计算反应变量空间潜变量u：u_(m)＝Y_(m)c_(m)

步骤2-8：正则化反应潜变量：u_(m)＝u_(m)/||u_(m)||

步骤2-9：重复步骤2-4-步骤2-8，直至收敛

步骤2-10：计算特征空间和反应变量空间的残差空间

K_(m+1)＝(I-t_(m)t'_(m))K_(m)(I-t_(m)t'_(m))

Y_(m+1)＝Y_(m)-t_(m)t'_(m)Y_(m)

步骤2-11：计算特征空间回归系数：B＝U(T'KU)^-1T'Y

步骤2-12：计算回归数据值，

即为误差矩阵，：

步骤2-13：修正电压值，如下：

式中，U_x为实际电压测量值，ε％为测量误差。

步骤3：由Kriging插值数据形成电流I₀影响因素矩阵X＝[x₁,x₂]，x₁表示温度T，x₂表示湿度RH％，测量误差矩阵为Y＝[y],y表示电流测量误差。重复步骤2对电流进行修正。

步骤4：对于修正后的电流考虑不同频率纹波的影响，此时电流i₂(t)可表示为直流电流和各次纹波电流的和，即

式中，I_dc为直流电流，I_h表示第h次纹波的幅值。

步骤5：对i₂进行快速傅里叶分析，分离出各次纹波，形成纹波影响因素矩阵R＝[r₁,r₂,r₃],r₁、r₂和r₃分别表示幅值、相位、频率，以及误差矩阵W＝[w₁,w₂]，w₁、w₂表示幅值差和相位差。

步骤6：利用Kriging插值方法重复步骤1，形成矩阵R₁和W₁，然后利用KPLS方法重复步骤2形成各次纹波幅值、相位误差模型，得到各次纹波幅值误差矩阵ξ＝[I_h]以及相位误差矩阵

步骤7：计算电流在对纹波的幅值和行为修正后的电流值

本发明解决了直流充电桩检定装置检定精度受现场环境影响大，难以保证检定准确性的问题。

使现场环境工况下的电压测量精度最大为|ε_U|最大值为38ppm，最小为0.07ppm，相较于修正前，电压测量误差缩小一个数量级，将温度、湿度对测量电压的影响控制在50ppm范围内。

在不同工况下，电流测量误差最大为15.18ppm，最小为0.17ppm，总体测量误差小于50ppm，相较于误差修正前，其测量误差缩小一个数量级，含有纹波的情况下，纹波幅值误差小于0.05％，相位误差小于0.02rad，实现了检定装置电压电流在现场环境工况下的抗干扰，为直流充电桩远程精确检测提供一种新的抗干扰方法。

本发明还提出了一种用于检定直流充电桩电流值的系统200，如图2所示，包括：

数据采集单元201，获取不同环境工况下，检定装置采集直流充电桩的电流/电压数据，对电流/电压数据进行插值扩充，并确定插值扩充后的电流/电压数据，受不同环境工况影响的影响特征；

第一处理单元202，根据影响特征，确定电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵；

修正模型建立单元203，根据电压/电流的影响因素矩阵及测量误差矩阵，建立测量电压/电流受影响因素影响的修正模型；

第二处理单元204，根据修正模型，对电流/电压进行修正，根据修正后的电流/电压，确定修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵；

误差模型建立单元205，根据修正后电流/电压的纹波影响因素矩阵及误差矩阵，建立误差模型；

检定单元206，根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

误差模型，包括：各次纹波幅值模型及相位误差模型。

插值扩充根据Kriging原理对电流/电压数据进行插值扩充。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于检定直流充电桩电流值的方法，所述方法包括：

根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

2.根据权利要求1所述的方法，所述影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

3.根据权利要求1所述的方法，所述误差模型，包括：各次纹波幅值模型及相位误差模型。

4.根据权利要求1所述的方法，所述插值扩充根据Kriging原理对电流/电压数据进行插值扩充。

5.根据权利要求1所述的方法，所述修正后的电流/电压为直流电流/电压和各次纹波电流/电压的和。

6.一种用于检定直流充电桩电流值的系统，所述系统包括：

检定单元，根据误差模型，确定直流充电桩电流值。

7.根据权利要求6所述的系统，所述影响因素，包括：温度因素和湿度因素。

8.根据权利要求6所述的系统，所述误差模型，包括：各次纹波幅值模型及相位误差模型。

9.根据权利要求6所述的系统，所述插值扩充根据Kriging原理对电流/电压数据进行插值扩充。

10.根据权利要求6所述的系统，所述修正后的电流/电压为直流电流/电压和各次纹波电流/电压的和。