电动汽车充电站充电电能计量问题浅析

1 电动汽车充电站充电模式
目前国内提出了多种电动汽车充电站模式，主要有常规充电、快速充电和机械充电三种。

1.1 常规充电

常规充电方式，采用小电流的恒压或恒流充电，充电电流约为15 A，充电时间一般为5 ～ 8 h，甚至长达10 ～ 20 多个小时。常规充电的充电器和安装成本比较低，可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，提高充电效率和延长电池的使用寿命。

常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，有紧急运行需求时难以满足。

1.2 快速充电

快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20 min ～ 2 h 内，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150 ～ 400 A。相对常规充电模式，快速充电也存在一定的缺点: 充电器充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高。由于采用快速充电，充电电流大，这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求，同时计量收费设计也需特别考虑。

1. 3 机械充电

电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性。

2 电动汽车充电电能计量存在的问题

2.1 对充电站电能质量的影响

电动汽车蓄电池充电属非线性负荷，充电过程中会产生谐波，谐波会对电网造成谐波污染，引起线路或变压器附加损耗增加和发热，造成系统的电感、电容发生谐振，使谐波进一步放大。电动汽车蓄电池充电属容性负荷，负荷功率因数偏低，不满足供电公司对用户功率因数大于0.9 的要求。

另外，当电动汽车采用大电流快速充电时，会形成150 ～ 600 A 的大电流，这可能会造成电网不稳定，并且过分密集的集中充电可能导致充电站瞬时负荷过大，对电网的负荷调节能力、载荷能力以及电源容量均造成考验。

2.2 充电站电能计量难点

对以上问题，安装在较大型充电站的电能计量装置，必须具备谐波计量、监测及消除功能，以及直流电能计量功能和宽负载计量功能。这对目前广泛使用的智能电能表提出了更为严苛的要求。

对于同一充电站同时拥有快充和慢充的情况下，如何调整充电负荷，使为快速充电设定的容量在常规充电的情况不致于造成容量冗余。且由于充电时间分散，如何调整充电时间，使充电站可以在低谷时段起到削峰填谷、提高负荷利用率的作用，都成为目前电动车充电站计量点配置的难题。

3 充电站电能计量问题分析及对策

3.1 谐波对电能表计量准确性的影响

电动汽车充电设备所产生的谐波以及容性负荷性质，也对电能计量装置提出了较高的工作要求。全电子式电能表的计量原理如图1 所示。
 
电子式电能表的误差主要源于其输入部分，由于电能表输入部分仅对基波信号进行变送，当电压、电流波形发生畸变时，磁通不能相应地发生线性变化而产生误差，影响了电能表整体的计量精度。但绝大部分电子式电能表在0 ～ 1 kHz 范围内对谐波功率的响应和对基波功率的响应大致相同，因此它基本上能计量基波电能和全部谐波电能，反映的电能值可表示为W = W1 +Σni = 2 Wi 。因此对于充电站电能表应采用全波电能表计量方式，避免谐波对计量装置的影响。

3.2 冲击负荷对计量的影响

在快速充电模式下，充电站会对电网产生冲击性负荷，其对系统的影响主要表现在使波形畸变严重、无规律，可能造成不同周期内的波形存在幅值、相位和频率的波动。由于功率变化迅速，容易造成系统电压闪变使电压波形出现凹陷或突出。所以，冲击性负荷也给电能计量表计量误差带来很大的随机性。

同样的计量表针对不同时间的同一冲击负荷，其所计量的电量可能有很大差别。例如，某轧钢厂在生产中进行校验，其电子表误差可达－12.45%，而在停产时校验，误差仅为+0.28%。冲击负荷造成计量误差的主要原因是采样的频谱泄漏。

针对冲击性负荷，由于数字式计量表中所采用的FFT 在时域中没有局部变化的能力，所以可以考虑将具有良好时－ 频局部变化特征的小波变换应用在电能表中，两种方法结合使用，以计量在冲击性负荷的情况下用户所消耗的实际电能。

3.3 电能表的宽负载计量能力

电动汽车充电分为快充和慢充两种模式。快充模式时，充电时间较短，回路中的负载电流却很大，有时会达到150 ～ 600 A; 而慢充模式时，充电时间较长，在充电回路中形成的负载电流较小。因此电能计量装置必须具备从小电流到几百安大电流的测量范围，对电能计量来讲，是一个技术难题。

对于这一难题，可以在大电流时采取并联均流的方法，原理如图2 所示。
 
采用N 个电源并联构成的电源系统向负载供电，每个电源的功率为负载所需功率的1 /N。运行时，每个电源平均承担负载功率。某一个电源发生故障时，供电并不中断，仅仅是最大供电能力有所降低，不会影响负载的正常工作。

这种方式要求并联运行的每个电源平均承担负载功率，这并不是简单地将多个电源的输出端接在一起就能做到的。但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠地工作。不论电源模块是扩压还是扩流，均存在一个“均压”、“均流”的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。

4 结语

未来，电动汽车对电力市场的增供扩销会起到重要的拉动作用。由电力企业发展经营电动车充电站具有先天优势，而准确计量更成为电力企业在占有电动车充电站发展市场中最为关键的环节。早日解决电动车充电计量中的各种难题，将推动新能源汽车的普及。