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摘要：从各种运作模式下智能电动汽车充放电电能计量方式的实现方式，针对智能电动汽车充电涉及的直流电能计量，从电池充电方式、电流电压采样方式、电能量运算方式提出了直流电能计量实现方式的设想。
关键词：电动汽车；充放电；电能计量；直流计量
1引言
目前，世界上现有的智能电动汽车主要有混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车、纯电动汽车3大类。其中，混合动力电动汽车由于技术相对成熟，已经逐渐被市场接受；燃料电池电动汽车其以氢气为能源，由于燃料电池的可靠性与寿命问题，以及氢气的来源和供应安全性等问题，造成目前此类电动汽车无法产业化；纯电动汽车最大的特点就是零排放，但高性能动力电池技术尚存在的技术难题以及和相应的高成本始终是限制其发展的瓶颈，近年来纯电动汽车在我国研发应用势头迅猛。
我国各地均已开始了智能电动汽车充放电商业模式的试运作，电动汽车已开始进入百姓的日常生活中。智能电动汽车充电时，由于大功率充电机主要采用电力电子技术，是一种高度非线性用电设备，其工作时会向电网输出谐波污染，导致功率因数下降，对电能质量带来不利影响，尤其在大型充电站工作时产生的谐波电流，会对电网及其他用电设备产生巨大的影响，因而电动汽车充放电以及电能计量实现方式，也就成为电力企业必须认真考虑的现实问题。
2充电设施建设
在电动汽车充电基础设施建设时，必须认真考虑电动汽车充电时将向电网输出谐波的问题。因此，有源滤波和无功补偿装置是必不可少的设备投入。
（1）对于大、中型充电站，按充电规模的不同，需要进行相应的配电设施建设，设置电能计量装置、有源滤波和无功补偿装置、电能质量监控设备；配备电能计量计费系统，配备完善的监控系统，如配电监控、充电机监控和安全防护监控等，实现大、中型充电站的少人值班运营。
（2）对于商务楼、居民小区、别墅、路边停车位等地方，由于纯电动汽车通常可以携带车载充电机，因此仅需要设置充电桩、简单的电能计量计费装置和有源滤波和无功补偿装置即可。
3电动汽车充（放）电电能计量的实现方式
国内现有的电动汽车商业运作模式、所涉及的充电设施，归纳后主要包括专用充电站、充换电站、充电桩3种。在国家电网公司主推的充换电模式中，由于专用充电站内可实现电池的集中管理，具备较大规模的储能优势，可集中向电网输送电能，因此专用充电站电能计量方式需具备双向电能计量功能；在充电站、充电桩模式下，不建议电动汽车随机向电网放电，因此本文只探讨充电计量方式。
3.1对专用充电站电能计量的实现方式
专用充电站可以进行电池的集中放电，也可以集中向电网放电，同时还可以为大量电动汽车提供快充、慢充服务，对于此类充电设施的计量，考虑了以下几方面：
（1）电能计量点设置
专用充电站作为电网的特殊用户，宜设置电网侧和充电侧2种类型的电能计量点。电网侧计量点通常设置在电网与专用充电站的产权分界处，充电侧计量点通常设置在非车载充电机与电动汽车电池组之间。
（2）电网侧电能计量设施配置
根据专用充电站的规模大小，宜采用220kV或110kV电压等级2路电源方式供电，以提高对其供电的可靠性。建议充电站自身实现直流、交流转换后，以交流电源方式向电网送电，因此电网侧的电能计量点均设置为具备双向交流电能计量功能，采用高供高计方式，电能表采用三相四线制方式接入，每个计量点配置电能计量柜，装设三相四线制智能电表，电能计量用电压互感器配置等级为0.2级，电能计量用电流互感器配置等级为0.2S级，并要求电能计量回路不的接入与电能计量无关的设备。此计量点获取的电能计量计费数据，将作为电网与充电服务企业贸易结算的凭据。
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（3）充电侧电能计量设施配置
充电侧电能计量点宜采用单相直流电能计量。设置若干单相直流费控智能电表对充电过程进行计量，直流电能表与被充电动汽车电池组之间不得接入与电能计量无关的设备。此计量点获取的计量计费数据，将作为充（放）电服务企业与车主贸易结算的凭据。
3.2对充换电站电能计量的实现方式
充换电站主要面向社会客户，通常采用“换电为主、插充为辅”的运作模式不建议向电网送电，因此只探讨充电计量方式。站内可设置若干交流、直流充电桩。电动汽车充（放）电的电能计量计费信息通过电子计费系统显示，作为充电站与客户间贸易结算的依据，同时也传递给充电机监控器或远程监视系统，充电计量应和充电过程控制相关联，通过充电桩的人机操作界面，可选择“即到即充”、“定时充电”、或“按容量充电”等不同的充电方式。
3.3对充电桩电能计量的实现方式
充电桩，也不建议向电网放电，可分为直流充电桩和交流充电桩2类，由于其电能计量实现方式的技术有所不同，应分别考虑。
3.3.1交流充电桩的电能计量实现方式
交流充电桩的电能计量点设置应在为车载充电机提供电能的电源插座进线侧。根据接口类别的不同，可选用交流三相四线费控智能电表或交流单相费控智能电表。在电表和充电电源插座之间不宜接入与充电无关的设备。同样，充电电能计量应和充电过程的控制相关联，通过充电机的人机操作界面，可选择“即到即充”、“定时充电”或“按容量充电”等不同的充电方式。
3.3.2直流充电桩的电能计量实现方式
直流充电桩与电动汽车动力电池组之间可以直接提供直流电能。此类电能计量点，通常设置在直流充电桩与充电电动汽车之间，直流充电因充电方式、充电电流的不同，直流电能表的配置有所差异。
（1）大电流充电方式下的电能计量
大电流充电方式通常以较大电流、在短时间内（约20min～2h），对电动汽车完成充电服务。一般充电电流为（150～600）A，充电电压为（400～750）V。通常对于充电电流超过50A的状况，应选用外附分流器接入方式的单相直流电能表；当电压较高时，可选用外附分压器接入方式的单相直流电能表。
（2）小电流充电方式下的电能计量
电动汽车通常都采用小电流恒压或恒流充电方式，以有利于延长电池组的使用寿命，一般充电时间较长，为（5～10）h。这种状况下，充电电流相对较小，可选用直接接入方式的单相直流费控智能电表。
（3）充电过程中直流电能量的运算方式
从对电池正确的充电方式原理中可知，电池组的充电过程不是线性变化的过程，因此采用积分运算的方式得到直流电能值较为合理。根据直流电能计量的基本思路，不管充电曲线如何变化，在某个微小时间段内，以高速采样方式，得到一组电压、电流瞬时值，求出平均功率后，再乘以时间便得到直流电能值。在计量准确性要求一定的情况下，由于充电过程的非线性，对于纯净度不高的充电波形，势必要足够的采样频度，以保证充电过程电能计量的准确性；而对于纯度很高的充电波形，低采样精度便可以保证充电电能计量的准确性。
4 结束语
实际工作中主推的“以换为主、插充为辅”的充换电模式，专用充电站、充换电站、充电桩3种电动汽车充（放）电的电能计量实现方式各有特点。而随着智能电网建设的进展和电动汽车技术的发展及电动汽车广泛应用，电动汽车作为分布式储能装置与电网的并网运行也存在着通常分布式电源并网所面临的若干技术和管理问题，产生的谐波不仅影响电能质量，更影响电能计量的准确性。当前主要采用加强谐波管理、增加大型充电换流装置的相数、增加动态无功补偿装置、加装滤波装置等措施，以减少谐波对电网的影响。
参考文献
【1】国家电网公司.Q/GDW400--2009电动汽车充放电计费装置技术规范【S】.北京：中国电力出版社，2009.
【2】国家电网公司.Q/GDW398--2009电动汽车非车载充放电装置电气接口规范【S】.北京：中国电力出版社，2009.
【3】国家电网公司.Q/GDW397--2009电动汽车充放电计费装置通用技术要求【S】.北京：中国电力出版社，2009.
【4】国家电网公司.Q/GDW354--2009智能电能表功能规范【S】.北京：中国电力出版社，2009.
作者简介：詹发军（1972-），高级工程师，现从事电能计量技术工作。
论文作者:詹发军,栗永江
论文发表刊物:《电力技术》2016年第7期
论文发表时间:2016/10/17
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