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功率分析仪和高精度电流传感器在充电桩领域的应用测量技术!一文详解
上传时间:24-02-16

发布时间:2022年07月12日               作者:德国GMC-I高美测仪(上海电励士)

LMG600系列功率分析仪提供高精度的交流和直流功率和能量测量,并提供全方位的功能,对充电桩进行符合性测试。

根据EN 50470-3和IEC 61851-23相关标准,在型式检验试验中规定的所有所需信号都将被测量和处理。

过程信号接口可以直接并同时捕获安装在充电桩内的多个数字电能表的脉冲输出,以确定其测量的能量。快速且功能强大的千兆以太网接口确保LMG可靠地集成到测试平台中,进行数据交换和数据后处理。ZES ZIMMER功率分析仪提供了一个通用的python脚本用于符合性验证,也可以提供额外的软件工程支持来实现特定的测试平台需求。

测试平台继集成和测量结果评估

为了将LMG600功率分析仪完全集成到远程控制的试验台环境中,ZES ZIMMER可根据要求提供涵盖所述自动化验证程序的通用脚本。它提供了一个现成的、文档齐全的python,包括控制接口的闭合和开路、数据的写入、读取等等。我们可以根据用户的特定设置和测试过程提供定制的软件工程支持,包括对结果的后续评估,导出为所需的任何通用格式(CSV导出已经实现)。

功率分析仪可实现以下自动化功能:

• 数据交换:从LMG600传输所有相关读数和脉冲计数到测试平台主软件。

• 评价:在整个充电过程中,功率分析仪测量的能量与充电桩电能表测量的能量进行比较和评估。

• 测量不确定度计算:对于每个测量周期,包括最后一个测量周期,可以计算测量不确定度,以进行最终和相关的偏差评估。

导出结果:将测量和评价结果导出为通用格式。


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LMG600功率分析仪的快速千兆以太网接口,确保了LMG与测试平台上位机之间可靠地和快速的数据交换和数据后处理。ZES ZIMMER提供了一个通用的python脚本进行符合性验证,也可以提供额外的软件工程支持来实现用户特定的测试平台集成需求。

测量不确定度

所使用的功率分析仪和电流传感器的组合精度必须很高,否则两者引入的误差将主导充电桩能量计量的整体测量偏差。最终整个测量装置的总偏差计算公式为:

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这种测量不确定度的考虑甚至可以在充电过程中,基于每个测量点和测量周期进行计算。

虽然现在的功率分析仪提供了辅助的量程选择(Auto Range),但这种辅助自动化并不总是有益的。在快速且连续变化的测量点上,例如上图所示的上升和下降阶段,Auto range会导致频繁的量程档位切换,由于量程档位切换需要时间,而切换过程中测量到的数值是不能保证准确性的,所以将出现测量间隙。

相应地,一些测量周期无法完成,数据不得不丢弃。在实际中避免该情况的有效措施是使用手动量程(Manual Range)并选择一个固定量程档位,该档位的测量范围上限,可以覆盖测试中可能出现的最大值。

这样可以避免量程档位的频繁切换,进而避免了测量间隙的产生。然而,对于充电桩输出功率开始爬升的那些测量点,或者在输出功率下降期的末端测量点,其测量结果的相对误差就高于稳态输出期间的误差。功率分析仪的测量误差通常表示为以下形式: 

power error tolerance = ± (% of power reading + % of power range)

在测量周期内确定测量不确定度时必须考虑到这一点,这同样也适用于功率输出下降期。所以下面的参数需要在整个充电过程持续时间内得到优化:

· 爬升坡度:爬升和下降的坡度越陡峭,他们的持续时间在整个充电周期中的占比就越低。

· 测量持续时间:电能表脉冲数的最小数值越高,稳态阶段的比重越大,相比于爬升和下降阶段。

标准IEC 61851-23对电动汽车直流充电桩提出了规定要求, 包括一些对于爬升坡度最小值的规定,为了让爬升阶段的时间尽可能地短,进而其在整个充电过程测量持续时间内所占地比重,保持在一个合理地数值范围内。

LMG600系列功率分析仪可配备A功率模块,给用户提供高精度的直流测量。该设备将提供可溯源到PTB(国家计量研究所)的校准证书,或根据用户要求,提供DAkkS认证的校准证书。

LMG600系列功率分析仪

· 带宽: DC, 0.05 Hz … 10 MHz

· DC 功率精度 (最优): ± (0.032 % * 读数 + 0.06 % * 量程)

· AC 功率精度 (45 Hz…65 Hz): ± (0.015 % * 读数 + 0.01 % * 量程)

· 时间精度: ± 50 ppm

· 电压输入: 300 mV – 1000 Vrms 直接输入 (可用高压分压器来扩展量程-HST)

· 电流输入: 500 µA – 32 Arms 直接输入 (可用电流传感器来扩展量程-PCT)

在计算能量测量的潜在误差时,重要的是要了解仪器如何计算功率和能量,即测量在哪里确切地开始和结束,哪些采样值被包含在测量值中,哪些不包含。只有这样才有可能判断功率分析仪读数背后的值是否与电能表脉冲计数的评估间隔足够匹配。不是所有的制造商对这类信息都是透明的,即使他们是透明的,他们可能不会提供方法来确保功率分析仪和电能表是在完全相同的时间段进行能量值比对。上面提到的通用Python脚本正是这样做的,并确保ZES ZIMMER的LMG600测量和评估具有最大的可实现精度。

为了扩展LMG600的电流量程,PCT系列的传感器(如图6)可以提供极高精度并可做到即插即用,如型号的自动识别和变比的自动设定,并且有功率分析仪进行直接供电,非常的方便快捷。PCT系列传感器DC精度最高可到± 0.0035 %,如此小的误差在LMG600内引起的额外电流误差将是极低的。即插即用的PCT传感器可提供丰富的量程,200A(DC3000A)~2000A(DC3000A)或更高

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参考系统的每个组成部分(LMG600功率分析仪+ A模块+ PCT磁通门传感器)的高精度为电动汽车充电桩能量计量的测试和认证提供了坚实的基础。通过对LMG600的精细控制,在适用标准的有效框架内,减少或完全避免了对测量不确定度的系统性和原理性影响。对于测试平台集成和型式试验认证审核程序的具体问题,ZES ZIMMER应用专家可提供他们的专业知识支持您。


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