广东省计量科学研究院510405
摘要：随着电动汽车直流快充装置的需求增长，直流电能计量装置在充电桩中的使用逐渐普及。本文阐述了一种专门针对直流电能表的远程校验实现方法和原理，该方法基于实时脉冲周期比较法对直流电能表进行检定，通过计算机远程控制和可多路切换的现场校验装置对多个直流电能表进行远程校验。试验表明，该方法可以安全、可靠地实现对电动汽车充电桩直流电能计量装置的远程检验。
关键词：电动汽车充电桩；直流电能表；远程检验；实时脉冲周期比较
随着电动汽车产业的蓬勃发展，电动汽车充电桩也逐渐被大家所熟悉。根据电动汽车动力电池的特性，以及用户对快速充电的需求，电动汽车直流快速充电桩在电动汽车充电桩中占有较大的比重，国家也专门针对直流非车载充电系统颁布了直流计量标准。直流电能表作为核心计量依据，直接关系到电力企业、充电站运营商、电动汽车用户三方的经济效益。因此，对电能计量装置进行定期误差校验，保证其计量准确性就显得非常必要。目前普遍采用的校验方式，是由专门的检测人员携带电能表现场校验设备到充电桩安装现场，一个个的对充电桩上的直流电能表进行单独校验。这种校验方式不但耗时久，而且难以对直流电能表在实际负荷变化情况下的误差进行实时校验。同时，由于充电桩布置分散，现场校验的成本也相当高。在此背景下，对电动汽车充电桩的直流电能计量装置远程校验方法的研究就很有价值。此次研究主要利用充电桩现场的校验装置（包含标准电能表）和远程校验管理主站，通过无线通信网络实现对电动汽车充电桩直流电能计量装置的远程检验。现场校验装置对现场直流电能表计量误差进行采集和对比，然后将采集到的数据通过有线或无线公共通信网络上传给远程校验管理主站，由管理主站对历史数据进行存储、对客户端查询请求进行分析和响应。
1.远程校验系统的整体架构
直流计量装置远程校验系统由安装在充电站场的现场校验装置和部署在集中管理中心的远程校验管理主站组成，而远程校验管理主站由服务器、管理工作站以及其他客户端组成。整个远程校验系统系统采用二层式通信架构，如下图1所示。如果接入充电桩站点较多，也可以设置远程校验管理子站，组成三层式通信架构。
图2现场校验装置原理图
现场校验装置通过线路的切换实现不同时刻对不同线路电能表进行误差检测、分流器二次负荷测试等功能。现场校验装置原理图如图2所示。（1）本地控制模块：现场校验装置的控制核心，采用工控机实现。它的主要作用是对现场校验装置装置进行逻辑控制、本地通讯管理、与远程主站间的通信交互、本地人机界面操作。本地控制模块可以对采样通道切换模块和脉冲通道切换模块进行通道切换控制；通过ＲS232或USB接口控制标准表进行数据测试；通过ＲS485接口与待校电能表通讯，实时读取待校电能表数据；通过无线通信模块与远程主站进行数据交互，下载校验计划并上传校验数据。（2）采样通道切换模块：接收本地控制模块下发控制指令，对测试通道进行控制切换，同时对各通道的二次侧采样电压电流信号进行调理，并将信号上送至标准表。（3）脉冲通道切换模块：接收本地控制模块下发控制指令，对各待测电能表的脉冲信号通道进行控制切换，并将脉冲信号上送至标准表。
3.远程校验功能的实现
3.1远程校验系统的功能
电动汽车充电桩直流计量装置远程校验系统主要具有以下几项功能：（1）直流计量装置误差校验：采用实时脉冲比较法测试，通过对被检直流电能表和标准表的电能脉冲信号进行对比，从而检测被检直流电能表的误差。（2）分流器二次负荷监测：分流器二次回路采样精度，是导致电能计量误差增大的重要因素，系统实时监测分流器二次实际负荷是否超限，确保计量校验的准确性。（3）远程校验操作：通过无线网络和主站后台管理软件，实现同时对多个不同充电桩的直流计量装置进行远程校验操作，无需操作人员现场单独校验。（4）异常状态远程监测：保存检测与误差数据记录，当校验误差超限时，主动发出异常告警信号并推送至客户端。
3.2系统通信建模
电动汽车充电桩直流计量装置远程校验系统管理软件的通信数据包既有直流计量装置校准操作指令等固定数据帧长度的数据包，也有设备端向主站发送的直流计量装置的精度误差数据等不固定数据帧长度的数据包。为了在各远校系统之间达到通信兼容的目的，实现数据通信规范化管理，管理软件可根据实际需求，采用IEC61850通信协议标准，对现有标准中的逻辑节点进行适当的扩展。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统的唯一国际标准。IEC61850作为制定电力系统远动无缝通信系统的基础，能够大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少现场验收、运行、监视、诊断和维护等方面的工程量，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。它解决了自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可以使自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性，极大地方便了系统集成。在电动汽车充电桩直流计量装置远程校验系统中，采用该标准的规范通信协议，可有效提高整个远程校验系统的安全稳定运行水平，节约开发过程的人力物力，实现完全的互操作性。
3.3管理软件功能的实现
在系统的远程校验管理主站端，操作人员通过图形操作界面对充电桩侧的直流计量装置进行校验操作时，管理软件先通过数据库管理模块查询到该计量装置的各项参数属性，然后通过充电桩通信管理模块查询到该计