本發明涉及電力系統電能質量技術領域，尤其涉及一種電動汽車充電站電能質量監控系統，適用于電動汽車集中式充電站的電能質量監測、評估與治理。

背景技術：

電動汽車是新能源汽車發展的重點方向之一，對于節能環保、減少碳排放污染具有重要意義，而電動汽車充電設施是電動汽車產業鏈的重要組成部分，從而充分考慮充電設施的發展以及充電設施對于電網電能質量的影響就至關重要。

目前國內外提出多種電動汽車充電模式，主要為最為普遍的慢速充電模式，即以較低的充電電流對電動車進行充電，通常使用交流充電樁；以及以較高的充電電流在短時間內為電池充電的快速充電方式，通常為集中式電動汽車充電站，其主要的設備為直流充電機。尤其集中式電動汽車充電站，其大量的投入使用，除對電網規劃、容量擴充等方面造成影響以外，對電力系統的電能質量也將產生極大的影響，主要表現在：負荷不均衡，即充電站采用大電流快速充電時，會形成150～600a的大電流，這可能會造成電網不穩定，并且過分密集的集中充電可能導致充電站瞬時負荷過大，對電網的負荷調節能力、載荷能力以及電源容量均造成考驗；諧波污染，即使用電力電子器件的大容量充電機產生諧波，引起線路或變壓器附加損耗增加和發熱，造成電網中局部的電感、電容發生諧振，使諧波進一步放大，較高的諧波可導致控制設備誤動作，進而造成生產或運行中斷；對開關和繼電保護設備來說，諧波可能導致電子保護式低壓斷路器之固態跳脫裝置不正常跳閘，可能對由序分量濾過器組成啟動元件的保護及自動裝置產生干擾；以及電壓偏差、頻率偏差、電壓閃變、三項不平衡等。

當前，尚未有針對電動汽車充電站的電能質量監控系統，尤其是大量使用大容量的直流快速充電機的集中式電動汽車充電站，特別的，當前充電站內可能配備的電能質量監控系統，或者電能質量治理方法，例如針對已經投運的電動汽車充電站，采用電網側諧波治理的方法，投入特定設備進行諧波治理從而防止充電站向電網注入諧波電流，上述皆為針對整個充電站的電能質量進行監控和防護，而不能在線監測、評估、管理單獨的某個站內支路，例如某個直流充電機。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種電動汽車充電站電能質量監控系統。目的在于提供一種適用于大型集中式電動汽車充電站的電能質量監控與管理系統，該系統可以實現整個充電站的電能質量監控、分析、評估和預測，并能定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題，且系統使用統一的授時功能，保證所有測量點的數據一致性和可比較性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種電動汽車充電站電能質量監控系統，包括供電系統、充電系統及監測系統三大部分相連接構成；其中供電系統、充電系統和監測系統分別與充電站電能質量監控裝置相連；充電系統和充電站電能質量監控裝置之間連接有直流充電機電能質量監控終端和交流充電機電能質量監控終端；監測系統還與中心服務器、管理工作站以及數據服務器相連接。

所述充電系統包括直流充電機和交流充電機，直流充電機與直流充電機電能質量監控終端相連接；交流充電機與交流充電機電能質量監控終端相連接；所述監控系統包括充電站電能質量監控平臺、充電站安保監控系統以及充電站充電監控系統，充電站電能質量監控平臺與充電站電能質量監控裝置相連接，充電站電能質量監控平臺還和中心服務器、管理工作站、數據服務器相連接。

所述充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控終端和交流充電機電能質量監控終端通過通信鏈路通信并上傳電能質量數據至充電站電能質量監控平臺；所有數據通過運行于中心服務器之上的充電站電能質量監控平臺的對應功能模塊處理后存貯于數據服務器；管理工作站實現系統平臺的訪問、控制、管理及數據呈現和用戶接口。

所述充電站電能質量監控平臺，運行于中心服務器之上，包括電能質量分析、電能質量趨勢預測、電能質量評估、支路電能質量比較與評估、充電站負荷監測與分析、授時模塊、通信模塊、保護模塊、數據處理模塊、數據存貯模塊、數據查詢模塊及用戶訪問；充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控終端和交流充電機電能質量監控終端將獲取的電能質量數據通過通信鏈路上傳至充電站電能質量監控平臺，電能質量分析分析獲取的各種電能質量數據，電能質量趨勢預測實現針對當前和歷史電能質量數據進行電能質量趨勢預測；電能質量評估實現充電站電能質量狀態的評估；支路電能質量比較與評估通過分析與比較獲取的直流充電機或者交流充電機的電能質量數據并將其與充電站整體的電能質量數據；充電站負荷監測與分析實時計算和監控充電站的負荷狀態，并提供電能質量監測的數據支持功能；授時模塊可以同時兼容gps和北斗系統，保證整個電能質量監控系統的時間精度，以及各個子系統的對時功能；通信模塊提供系統內部的所有通信管理功能；保護模塊提供系統需要的保護功能；數據處理模塊將底層原始數據進行統一處理后，數據存貯模塊將處理的數據存入數據服務器，系統通過數據查詢模塊查詢存貯于服務器的數據；用戶訪問提供管理工作站的統一訪問接口。

所述充電站電能質量監控裝置，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，頻率監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊；裝置通過電流監測模塊、電壓監測模塊、頻率監測模塊、功率監測模塊的互相配合，實現充電站供電系統后端，亦即整個充電站內部的多次諧波電壓和諧波電流、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數，系統頻率偏差等電能質量數據的采集；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電站電能質量監控平臺之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

所述直流充電機電能質量監控終端，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，頻率監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊；裝置通過電流監測模塊、電壓監測模塊、頻率監測模塊、功率監測模塊的互相配合，能夠監控的直流充電機前端位置的多次諧波電壓和諧波電流、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數，系統頻率偏差等電能質量數據的采集；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電至電能質量監控平臺之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

所述交流充電機電能質量監控終端，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊；監控終端通過電流監測模塊、電壓監測模塊、功率監測模塊的互相配合，采集電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數等電能質量數據；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電至電能質量監控平臺之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

所述電能質量監控系統，具有統一的授時功能，支持北斗和gps雙授時，在系統內各個節點使用、存貯、分析的電能質量數據，包括充電站電能質量監控平臺、充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端都是一個時域和頻域特性，保證電能質量尤其是諧波與相位等的數據一致性和可追溯性。

所述充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端自身可進行電能質量數據的分析與管理，另一方面充電站電能質量監控平臺可依據獲取的多個節點的數據進行支路電能質量的分析與評估，尤其是對于諧波污染可能出現多個節點諧波抵消或增大現象，系統通過充電站電能質量監控裝置獲得的數據，與同時期獲得的各支路上直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端的數據進行分析與比較，從而定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題。

一種電動汽車充電站電能質量監控系統的監控方法是：

用戶通過運行于中心服務器之上的充電站電能質量監控平臺及其配套的管理工作站對系統進行管理，包括系統安全管理、系統配置及數據分析與查詢功能；

進一步地，用戶通過管理工作站啟動或者停止系統運行；

進一步地，用戶通過管理工作站控制充電站電能質量監控平臺針對充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控終端和交流充電機電能質量監控終端使用統一的授時功能，保證所有測量點的數據一致性和可比較性；

進一步地，設置于充電站供電系統后端的充電站電能質量監控裝置，設置于單個直流充電機前端的直流充電機電能質量監控終端，設置于單個交流充電機前端的交流充電機電能質量監控終端，不間斷保持在線運行，并實時采集和存貯電能質量數據。

進一步地，充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控終端及交流充電機電能質量監控終端一方面將臨時數據進行本地預處理和本地存儲，同時上傳至充電站電能質量監控平臺；

進一步地，充電站電能質量監控平臺從數據服務器存儲或讀取數據；

進一步地，充電站電能質量監控平臺依據收到的各種數據，實現電動汽車充電站的電能質量監控、分析、評估和預測，并能定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題；

進一步地，用戶通過管理工作站實現所有數據的查詢、訪問，并形成各種報表和報告。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）本發明具有統一的授時功能，支持北斗和gps雙授時，能夠最大限度保證安全。

（2）在系統內各個節點使用、存貯、分析的電能質量數據，包括充電站電能質量監控平臺、充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端都是一個時域和頻域特性，因而可以實現電能質量尤其是諧波與相位等的數據一致性和可追溯性。

（3）本發明一方面充電站電能質量監控裝置、直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端自身可以進行電能質量數據的分析與管理，另一方面充電站電能質量監控平臺可以依據獲取的多個節點的數據進行支路電能質量的分析與評估，尤其是對于諧波污染可能出現多個節點諧波抵消或增大現象，系統通過充電站電能質量監控裝置獲得的數據，與同時期獲得的各支路上直流充電機電能質量監控裝置終端和交流充電機電能質量監控終端的數據進行分析與比較，從而定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題。

附圖說明

圖1是本發明的系統邏輯結構圖；

圖2是本發明的物理通信拓撲結構圖；

圖3是本發明的系統功能框圖。

圖中：供電系統101；充電系統102；監控系統103；充電站電能質量監控平臺200；充電站電能質量監控裝置201；直流充電機電能質量監控終端202；交流充電機電能質量監控終端203；直流充電機204；交流充電機205；管理工作站301；中心服務器302；數據服務器303。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細說明。此處所描述的具體實施例，用以解釋本發明，并不限于本發明。

本發明是一種電動汽車充電站電能質量監控系統，如圖1系統邏輯結構圖所示，本發明系統包括供電系統101、充電系統102及監測系統103三大部分相連接構成。其中供電系統101和監測系統103分別與充電站電能質量監控裝置201相連，充電系統102和充電站電能質量監控裝置201之間連接有直流充電機電能質量監控終端202和交流充電機電能質量監控終端203；監測系統103還與中心服務器302、管理工作站301以及數據服務器303相連接。

所述充電系統102包括直流充電機204和交流充電機205，直流充電機204與直流充電機電能質量監控終端202相連接；交流充電機205與交流充電機電能質量監控終端203相連接。

所述監控系統103包括充電站電能質量監控平臺200、充電站安保監控系統以及充電站充電監控系統，充電站電能質量監控平臺200與充電站電能質量監控裝置201相連接，充電站電能質量監控平臺200還和中心服務器302、管理工作站301、數據服務器303相連接。

下面針對本發明作更詳細的說明如下：

本發明包括設置于充電站供電系統101后端的充電站電能質量監控裝置201，設置于單個直流充電機204前端的直流充電機電能質量監控終端202，設置于單個交流充電機205前端的交流充電機電能質量監控終端203，以及運行于中心服務器302之上的充電站電能質量監控平臺200及其配套的管理工作站301與數據服務器303；充電站電能質量監控裝置201實現整個充電站的電能質量監控；各個直流充電機電能質量監控終端202實現對應直流充電機的電能質量監控；交流充電機電能質量監控終端203實現對應交流充電機的電能質量監控。

如圖2物理通信拓撲結構圖所示，系統通過通信鏈路連接，充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控終端202和交流充電機電能質量監控終端203通過通信鏈路通信并上傳電能質量數據至充電站電能質量監控平臺200；所有數據通過運行于中心服務器302之上的充電站電能質量監控平臺200的對應功能模塊處理后存貯于數據服務器303；管理工作站301實現系統平臺的訪問、控制、管理、數據呈現和用戶接口，接受運行于中心服務器302的充電站電能質量監控平臺200的管理、調度和控制，并與數據服務器、中心服務器一起共同構成一種電動汽車充電站電能質量監控系統。充電站電能質量監控平臺200可以針對整個電動汽車充電站實現電能質量監控、分析、評估和預測，并能定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題。且系統使用統一的授時功能，保證所有測量點的數據一致性和可比較性。

如圖3系統功能框圖所示，所述的充電站電能質量監控平臺200，運行于中心服務器302之上，包括電能質量分析、電能質量趨勢預測、電能質量評估、支路電能質量比較與評估、充電站負荷監測與分析、授時模塊、通信模塊、保護模塊、數據處理模塊、數據存貯模塊、數據查詢模塊及用戶訪問等多個模塊；充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控終端202和交流充電機電能質量監控終端203將獲取的電能質量數據通過通信鏈路上傳至充電站電能質量監控平臺200，電能質量分析分析獲取的各種電能質量數據，電能質量趨勢預測實現針對當前和歷史電能質量數據進行電能質量趨勢預測；電能質量評估實現充電站電能質量狀態的評估；支路電能質量比較與評估通過分析與比較獲取的直流充電機或者交流充電機的電能質量數據并將其與充電站整體的電能質量數據；充電站負荷監測與分析實時計算和監控充電站的負荷狀態，并提供電能質量監測的數據支持功能；授時模塊可以同時兼容gps和北斗系統，保證整個電能質量監控系統的時間精度，以及各個子系統的對時功能；通信模塊提供系統內部的所有通信管理功能；保護模塊提供系統需要的保護功能；數據處理模塊將底層原始數據進行統一處理后，數據存貯模塊將處理的數據存入數據服務器303，系統可以通過數據查詢模塊查詢存貯于服務器的數據；用戶訪問提供管理客戶端303的統一訪問接口。

進一步地，所述的充電站電能質量監控裝置201，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，頻率監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊；裝置通過電流監測模塊、電壓監測模塊、頻率監測模塊、功率監測模塊的互相配合，能夠實現充電站供電系統后端，亦即整個充電站內部的多次諧波電壓和諧波電流、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數，系統頻率偏差等電能質量數據的采集；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電站電能質量監控平臺200之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

進一步地，所述的直流充電機電能質量監控終端202，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，頻率監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊；裝置通過電流監測模塊、電壓監測模塊、頻率監測模塊、功率監測模塊的互相配合，能夠實現監控的直流充電機前端位置的多次諧波電壓和諧波電流、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數，系統頻率偏差等電能質量數據的采集；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電至電能質量監控平臺200之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

進一步地，所述的交流充電機電能質量監控終端203，包括電流監測模塊，電壓監測模塊，功率監測模塊，授時模塊，通信模塊，ui模塊，保護模塊，存儲和錄波模塊。監控終端通過電流監測模塊、電壓監測模塊、功率監測模塊的互相配合，能夠實現電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、基波有功功率，真功率因數等電能質量數據的采集；授時模塊實現系統的統一授時功能；通信模塊負責發送和接收與充電至電能質量監控平臺200之間的通信指令及電能質量數據；保護模塊在監測或依據采集數據預估監測對象發生極端情況時，發出預警信息并自動執行對應的保護動作；ui模塊提供用戶設置和操作交互功能；存儲和錄波模塊依據預先設定的周期和數據類型將采集的數據實時存入本地數據空間。

進一步地，所述的一種電動汽車充電站電能質量監控系統，具有統一的授時功能，支持北斗和gps雙授時，能夠最大限度保證安全，在系統內各個節點使用、存貯、分析的電能質量數據，包括充電站電能質量監控平臺200、充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控裝置終端202和交流充電機電能質量監控終端203都是一個時域和頻域特性，因而可以實現電能質量尤其是諧波與相位等的數據一致性和可追溯性。

進一步地，所述的一種電動汽車充電站電能質量監控系統，一方面充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控裝置終端202和交流充電機電能質量監控終端203自身可以進行電能質量數據的分析與管理，另一方面充電站電能質量監控平臺200可以依據獲取的多個節點的數據進行支路電能質量的分析與評估，尤其是對于諧波污染可能出現多個節點諧波抵消或增大現象，系統通過充電站電能質量監控裝置201獲得的數據，與時期獲得的各支路上直流充電機電能質量監控裝置終端202和交流充電機電能質量監控終端203的數據進行分析與比較，從而定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題。

本發明的工作過程如下：

用戶通過運行于中心服務器302之上的充電站電能質量監控平臺200及其配套的管理工作站301，對系統進行管理，包括系統安全管理、系統配置及數據分析與查詢功能。

進一步地，用戶通過管理工作站301啟動或者停止系統運行。

進一步地，用戶通過管理工作站301控制充電站電能質量監控平臺200針對充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控終端202和交流充電機電能質量監控終端203使用統一的授時功能，保證所有測量點的數據一致性和可比較性；

進一步地，設置于充電站供電系統101后端的充電站電能質量監控裝置201，設置于單個直流充電機204前端的直流充電機電能質量監控終端202，設置于單個交流充電機205前端的交流充電機電能質量監控終端203，不間斷保持在線運行，并實時采集和存貯電能質量數據。

進一步地，充電站電能質量監控裝置201、直流充電機電能質量監控終端202及交流充電機電能質量監控終端203一方面將臨時數據進行本地預處理和本地存儲，同時上傳至充電站電能質量監控平臺200。

進一步地，充電站電能質量監控平臺200從數據服務器303存儲或讀取數據。

進一步地，充電站電能質量監控平臺200依據收到的各種數據，實現電動汽車充電站的電能質量監控、分析、評估和預測，并能定位、分析、比較、評估和診斷單個充電機支路及充電機本身引起的電能質量問題。

進一步地，用戶通過管理工作站301實現所有數據的查詢、訪問，并形成各種報表和報告。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現本發明。因此，無論從任何角度，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護范圍之內。