一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法

摘要

本发明公开了一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法，监测模块通过电能测量传感器采集充电桩处的工作状况和电能质量信息，将电能质量数据传送给数据分析处理主站，对数据进行判断分析，若电能质量低于最低阀值，数据分析处理主站将发送预警信号给在线监测终端，同时发送指令给该区域的电能治理装置，实现对该区域的电能质量统一治理，数据分析处理主站通过通讯模块与在线监测系统终端保持互动联系；所述的电能治理装置包括电压补偿器和电力稳压器。本发明减少了人工操作，避免了人工操作的不及时性；提高了电能质量治理效率和配电网自动化程度；更加有效的保护了电动汽车蓄电池以及其他负荷，延长了它们的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于电能质量检测领域，特别涉及一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法。

背景技术

现有的电动汽车技术依然处于小规模试运行阶段，面临电动汽车的大规模发展和人们作息的时间规律等问题，充电负荷会有一个明显的晚高峰。充电负荷增长与电动汽车的类型与规模是直接相关的，随着电动汽车大规模接入直流配电网，可能导致直流配电网的电压闪络、电压偏差、电压暂降暂升，严重时甚至会造成系统崩溃。从而致使线路损坏、电容器烧坏、直流断路器或继电器误动、负荷烧毁等设备端故障。另外，由电动汽车大规模接入直流配电网产生的电能质量污染还会影响直流配电网正常运行、周边电动汽车蓄电池以及其他负荷，会导致充入电动汽车蓄电池的电能质量受到影响，导致蓄电池的使用寿命严重缩减。而现行的电能质量治理系统仍存在针对的对象单一，治理效率低下，且治理的自动化程度低，多数情况还需要人工调节治理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种治理对象明确，治理范围广，能够自主分析判断电动汽车充电桩处的电能质量数据，并自动采取相应的处理方法的基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法，以便在电动汽车大规模接入后，发现直流配电网的电压凹陷、电压闪络等一系列电能质量问题，系统可自行分析判断，并及时采取相应对策对其进行调整，以减少大规模电动汽车接入后对直流配电网的电能质量的冲击，并能有效减少质量较低的电能被输送到电动汽车蓄电池和其他一些负荷中的概率，从而延长其使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法，正常工作时，监测模块通过电能测量传感器采集充电桩处的工作状况和电能质量信息，将电能质量数据传送给数据分析处理主站，对数据进行判断分析，若电能质量低于最低阀值，数据分析处理主站将发送预警信号给在线监测终端，同时发送指令给该区域的电能治理装置，实现对该区域的电能质量统一治理，数据分析处理主站通过通讯模块与在线监测系统终端保持互动联系；所述的电能治理装置包括电压补偿器和电力稳压器。

作为优选方式，电能质量监测治理以更新时间t＝10min为基准，更新各区域充电桩处的电能质量危害因子，进行数据判断分析并控制电能治理装置开始工作，对电能质量污染具有良好的治理效果。

作为优选方式，本发明包括电能质量监测治理系统，电能质量监测治理系统包括监测模块、信号采集模块、数据分析处理主站、通讯模块、存储模块、电能治理装置、电能质量在线监测终端和电能治理装置，

监测模块：包含对电能质量波动敏感的传感器，用于监测并获取直流配电网连接电动汽车充电桩处的充电桩工作状况和电能质量信息与车流量信息，实时的将检测到的数据传输给所述的信号采集模块；

信号采集模块：包括电能测量芯片CS5463，其具有高精度、高性价比、功耗低的特性，用于接收电能质量传感器传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号，其CS5463芯片包含多条模数转换通道，对应各个传感器，从而保证多个模拟信号采样的同步性；

数据分析处理主站：用于接收信号采集模块传输的数据，对其接收的数据进行处理，控制所述数据的存储以及控制所述通讯模块的通信，其数据分析处理主站包括STM32F103单片机和其他微处理器，其优点是运行速度快、性价比高、配置丰富灵活、功耗低等；

通讯模块：采用4G技术分别与上级调度中心(在线监测终端8)、移动设备之间建立通信连接；

电能质量在线监测终端：在主控室显示电动汽车充电桩处的车流量信息和电能质量信息，以便操作人员观察，当系统自控调节系统故障而不能正常运行时，操作人员也可以人为下达指令，指令信息通过通讯模块传送到数据分析处理主站，向指令传输系统发送信号，控制电能治理装置的开闭；

电能治理装置：包括电力稳压器和电压补偿器，当接收到电能质量在线监测终端下达的指令时，会自动的开启或关闭，从而对直流配电网系统中的电能质量进行有效调节；

本监测治理系统以更新时间t＝10min为基准，更新各区域充电桩处的电能质量危害因子，进行数据判断分析并控制电能质量治理装置开始工作，对电能质量污染具有良好的治理效果；

指令传输系统:接收数据分析处理主站的指令，当收到信号后，控制电能治理装置的开启和关闭；

存储模块：用于将接收的数据进行存储记录，当存储将满时通过通讯模块将数据批量上传至上级调度中心，可为电动汽车充电桩的改善、普及提供原始研究数据，存储器可反复擦写，有效节省存储空间。

本发明的有益效果是：

(1)能通过物联网实现对该区域直流配电网的电能质量的实时监测与治理，能自主分析配电网的电能质量数据，并系统自动进行治理，减少了人工操作，避免了人工操作的不及时性；提高了电能质量治理效率和配电网自动化程度；

(2)减少了质量不佳的电能输入电动汽车以及一系列负荷，更加有效的保护了电动汽车蓄电池以及其他负荷，延长了它们的使用寿命。

附图说明

图1为一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法工作流程示意图；

图2为一种基于物联网的电动汽车充电桩处的电能质量监测治理方法框架结构图；

图3为配电网拓扑结构图；

图4为400V直流配电网电路图；

图中，1-配电网，2-存储模块，3-电动汽车充电桩，4-监测模块，5-信号采集模块，6-数据分析处理主站，7-通讯模块，8-电能质量在线监测终端，9-电能治理装置，10-指令传输系统。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～图4所示，一种基于物联网的电动汽车充电桩3处的电能质量监测治理方法，正常工作时，监测模块4通过电能测量传感器采集充电桩处的工作状况和电能质量信息，将电能质量数据传送给数据分析处理主站6，对数据进行判断分析，若电能质量低于最低阀值，数据分析处理主站6将发送预警信号给在线监测终端，同时发送指令给该区域的电能治理装置9，实现对该区域的电能质量统一治理，数据分析处理主站6通过通讯模块7与在线监测系统终端保持互动联系；所述的电能治理装置9包括电压补偿器和电力稳压器。

优选地，电能质量监测治理以更新时间t＝10min为基准，更新各区域充电桩处的电能质量危害因子，进行数据判断分析并控制电能治理装置9开始工作，对电能质量污染具有良好的治理效果。

优选地，本发明包括电能质量监测治理系统，电能质量监测治理系统包括监测模块4、信号采集模块5、数据分析处理主站6、通讯模块7、存储模块2、电能治理装置9、电能质量在线监测终端8和电能治理装置9；其中监测模块4由电能质量传感器、网络通信模块连接组成，数据分析处理主站6是由电能质量在线监测终端8及指令传输系统10连接构成，充电桩处电能质量监测模块4采集充电桩处的电能质量数据实时上传到数据分析处理主站6，当某片区的电能质量降低到最低阀值时，数据分析处理主站6将发送信号给在线监测终端，由在线监测终端发送指令给该区域的电能治理装置9，电能治理装置9接收到指令后开启或关闭，实现对该区域电能质量的有效治理；

监测模块4：包含对电能质量波动敏感的传感器，用于监测并获取直流配电网1连接电动汽车充电桩3处的充电桩工作状况和电能质量信息与车流量信息，实时的将检测到的数据传输给所述的信号采集模块5；

信号采集模块5：包括电能测量芯片CS5463，其具有高精度、高性价比、功耗低的特性，用于接收电能质量传感器传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号，其CS5463芯片包含多条模数转换通道，对应各个传感器，从而保证多个模拟信号采样的同步性；信号采集模块5用于接收电能质量传感器传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号后传送给数据分析处理主站6；

数据分析处理主站6：用于接收信号采集模块5传输的数据，对其接收的数据进行处理，控制所述数据的存储以及控制所述通讯模块7的通信，其数据分析处理主站6包括STM32F103单片机和其他微处理器，其优点是运行速度快、性价比高、配置丰富灵活、功耗低等；数据分析处理主站6用于接收信号采集模块5传输的数据，对其接收的数据进行分析、判断处理，控制所述数据的存储、通过所述通讯模块7与上级调度中心(在线监测终端)保持通信，以及控制电能治理装置9的开启与关闭；

通讯模块7：采用4G技术分别与上级调度中心(在线监测终端)、移动设备之间建立通信连接；

电能质量在线监测终端8：在主控室显示电动汽车充电桩3处的车流量信息和电能质量信息，以便操作人员观察，当系统自控调节系统故障而不能正常运行时，操作人员也可以人为下达指令，指令信息通过通讯模块7传送到数据分析处理主站6，向指令传输系统10发送信号，控制电能治理装置9的开闭；在主控室显示数据分析处理主站6传送来的车流量信息和电能质量信息，供工作人员查阅把关，防止电能质量低下而数据分析处理主站6不动作，起到自动化、人工双重保险的作用。

电能治理装置9：包括电力稳压器和电压补偿器，当接收到电能质量在线监测终端8下达的指令时，会自动的开启或关闭，从而对直流配电网1系统中的电能质量进行有效调节；电能治理装置9装设于连接电动汽车充电桩3的配电线路上，因直流配电网1中的电能质量治理工作不需要考虑谐波、频率、无功、三相不平衡、相角与相位，只需考虑电压一个因素，故电能治理装置9只包括电力稳压器和电压补偿器。

本监测治理系统以更新时间t＝10min为基准，更新各区域充电桩处的电能质量危害因子，进行数据判断分析并控制电能质量治理装置开始工作，对电能质量污染具有良好的治理效果；

指令传输系统10:接收数据分析处理主站6的指令，当收到信号后，控制电能治理装置9的开启和关闭；

存储模块2：用于将接收的数据进行存储记录，当存储将满时通过通讯模块7将数据批量上传至上级调度中心，可为电动汽车充电桩3的改善、普及提供原始研究数据，存储器可反复擦写，有效节省存储空间，存储模块2用于将接收的数据进行存储记录，需要时方便随时调出。

图1是一种基于物联网的电动汽车充电桩3处的电能质量监测治理方法工作流程示意图，信号采集模块5收集各个电能传感器采集的电动汽车充电桩3处的充电桩工作状况和电能质量信息与车流量信息，所述数据分析处理主站6分析信号采集模块5传送的电能质量数据，根据电能质量特征值云图和危害阀值做对比，若电能质量超出了危害阀值，则下达指令开启电能治理装置9，若没有超过，则返回。其电能质量监测治理系统以更新时间t＝10min为基准，更新各区域充电桩处的电能质量危害因子，进行数据判断分析并控制电能治理装置9开始工作。

图2是一种基于物联网的电动汽车充电桩3处的电能质量监测治理方法框架结构图。监测模块4由电能质量传感器、网络通讯模块7连接组成，数据分析处理主站6是由电能质量在线监测终端8及指令传输系统10连接构成，充电桩处电能质量监测模块4采集充电桩处的电能质量数据实时上传到数据分析处理主站6，当某片区的电能质量降低到最低阀值时，数据分析处理主站6将发送预警信号给在线监测终端，同时将发送指令给该区域的电能治理装置9，电能治理装置9接收到指令后开启或关闭，实现对该区域电能质量的有效治理。

图3是400V柔性直流配电网1拓扑结构图。本发明中选用的400V直流配电网1，选取依据主要是以下四点：①便于与我国低压配电三相交流电压等级380V衔接；②根据国内外大量实际工程的经验，低压直流电网的直流母线电压等级设为380V具有优势；③数据中心的直流母线一般设为400V；④电动汽车接入电压与400V接近。

其中，现在市场上家用电动汽车电压多为330V、380V左右，可直接接入400V直流配电网1进行快速充电，但目前的快速充电技术依然会有损蓄电池寿命，故一般情况下可以选择将DC400V电压通过换流器输出75V、48V、24V、12V、等系列低电压供电动汽车和其他直流负荷使用。

图4是电能治理装置9安放示意图。随着电动汽车大规模接入柔性直流配电网1，大负荷投切的随机性可能导致直流配电网1的电压闪络、电压偏差、电压暂降暂升，严重时甚至会造成系统崩溃。从而致使线路损坏、电容器烧坏、直流断路器与继电器误动、负荷烧毁等设备端故障。另外，由电动汽车大规模接入直流配电网1产生的电能质量污染还会影响直流配电网1正常运行、周边电动汽车蓄电池以及其他负荷，会导致充入电动汽车蓄电池的电能质量受到影响，导致蓄电池的使用寿命严重缩减。此方法将监测模块4放设在靠近在电动汽车充电桩3的配电线路末端，实时将电能传感器收集的信号反馈至信号采集模块5，信号采集模块5将采集信号转换为数字信号后传送给数据分析处理主站6，若是电能质量低于阀值，数据分析处理主站6将下达指令给电能治理装置9使其动作，同时将数字信号转换为相应的实际值传送给在线监测终端。其电能治理装置9也装设在靠近电动汽车充电桩3的配电线路末端。

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，应当指出的是，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。