LMG600系列高精度功率分析儀應(yīng)用：

電動汽車充電站v1.0

采用自動化、精確、可靠的能量測量為型式認證鋪平道路

電動汽車數(shù)量的增加推動了配套基礎(chǔ)設(shè)施的快速增長。歐盟綠色協(xié)議的目標(biāo)是到2025年擁有100萬個充電站。這些充電站必須根據(jù)歐洲議會關(guān)于部署替代燃料基礎(chǔ)設(shè)施的2014/94/EU指令，除此之外，按照 Eichrecht法規(guī)的嚴格要求進行收費。該指令要求充電站集成直流電表進行精確的能量測量。為了確保遵守政府/歐盟對成品的要求，建議在研發(fā)過程中采取適當(dāng)?shù)姆绞絹眚炞C合規(guī)性，以便為強制性的型式認證做準(zhǔn)備。

圖1顯示了電動汽車充電站與電網(wǎng)和電動汽車的連接以及充電時的能量流動。精密功率測量儀器如LMG600系列功率分析儀可以通過充電站制造商和認證機構(gòu)集成到合規(guī)測試臺中。它可以作為型式認證的可溯源標(biāo)準(zhǔn)，也是在出現(xiàn)問題時驗證正確收費功能的首xua工具。

測量設(shè)置

充電站配備有類型2、CCS、CHAdeMO或其他類型的單個或多個充電插頭，以提供交流和/或直流充電。每個充電插頭集成認證的電能表測量整個充電過程所消耗的能量。儀表將其讀數(shù)傳送給系統(tǒng)后端，以便于計費。一個典型的組成如圖2所示。

模塊B，對應(yīng)歐盟型式試驗測試認證，規(guī)定通過將每個充電端口測量的能量與參考儀器測量的能量進行比較，來驗證整個充電過程的準(zhǔn)確性。參考儀器可以是一個精確的功率分析儀，如連接在電能表和電動汽車之間的LMG671。圖3顯示了使用LMG671功率分析儀作為參考儀器的可能的測量裝置。

電壓和電流信號通過接線盒輸入到功率分析儀中。可能發(fā)生的電壓降通常小得可以忽略不計。對于交流2型充電插頭，電流不得超過32A，可以直接連接到功率分析儀的輸入端1。對于特別快速的直流充電一般有幾百安培的電流值，這需要一個非常精確的電流傳感器，如帶有及其杰出的通量門技術(shù)的PCT傳感器。 此外，電能表的脈沖輸出連接到LMG671過程信號接口(PSI)的開關(guān)量輸入2，允許功率分析儀在整個充電過程中捕獲脈沖，以確定充電站測量的能量。型式認證測試程序規(guī)定了對Z小值數(shù)字的Z小跳躍數(shù)的測量值，它對應(yīng)于Z小脈沖數(shù)。這個數(shù)字取決于要充電的設(shè)備和所選擇的操作點。充電功率越高，規(guī)定的Z小脈沖數(shù)就越高。否則，觀測到的時間窗就會過短，內(nèi)部時鐘的不確定度就會對觀測到的測量精度產(chǎn)生不當(dāng)?shù)挠绊?。整體能量測量包括充電站的上升和下降的斜坡，如圖4所示。

LMG671功率分析儀開關(guān)量輸入以150kHz進行采樣。標(biāo)準(zhǔn)化的電能表脈沖信號將被可靠地捕獲和計數(shù)。根據(jù)充電功率水平和集成電能表的每千瓦時對應(yīng)的特定脈沖數(shù)，快的測量周期時間為10ms(50Hz信號為20 ms)，可以幾乎逐個計算捕獲的脈沖。這對于確保能量積分期間捕獲的脈沖數(shù)量的準(zhǔn)確性非常重要。

LMG600系列功率分析儀提供高度精確的交流和直流功率和能量測量，以及各種功能，以對充電站進行合規(guī)性測試。根據(jù)EN50470-3和IEC61851-23等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，型式檢驗試驗中規(guī)定的所有要求的信號都將進行測量和處理。過程信號接口可以直接同時捕獲安裝在充電站的多個數(shù)字電能表的脈沖輸出，以確定其測量的能量。快速和功能強大的千兆以太網(wǎng)接口確保了可靠地集成到測試臺中，用于數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)后處理。我們?yōu)楹弦?guī)性測試提供了一個通用的python腳本?？梢蕴峁╊~外的軟件工程支持來實現(xiàn)特 定的測試臺需求。

1、電流在任何時候都不得明顯高于32A。在其他情況下，建議使用外部電流傳感器，如PCT200。 

2、在一個特定的應(yīng)用程序（電能表認證）中，可以同步LMG671測量的電壓、電流、功率、能量等測量周期。對儀表的脈沖， 實現(xiàn)儀表和功率分析儀之間的能量測量的相同時間間隔。詳情見應(yīng)用文章“ 使用LMG600測試直流數(shù)字電能表

試驗臺集成與評估

為了將LMG600功率分析儀完全集成到一個遠程控制的測試臺環(huán)境中，我們可以根據(jù)要求提供一個涵蓋所描 述的自動化驗證過程的通用腳本。它附帶了一個現(xiàn)成的、文檔記錄良好的python類，包括打開和關(guān)閉接 口、寫入、讀取等其他的函數(shù)。我們可以根據(jù)您的具體設(shè)置和測試程序為定制提供軟件工程支持，包括隨 后的結(jié)果評估，導(dǎo)出為任何所需的通用格式(CSV導(dǎo)出已經(jīng)實現(xiàn))?？梢詫崿F(xiàn)以下自動化功能： 

數(shù)據(jù)交換：從LMG600傳輸所有相關(guān)讀數(shù)和脈沖計數(shù)到測試臺主軟件。 

評估：在整個充電過程中，將功率分析儀測量的能量與充電站電能表測量的能量進行比較和評 估。 

測量不確定度計算：對于每個測量周期，包括Z后一個測量周期，都可以計算出測量不確定度， 以進行Z終和相關(guān)的偏差評估。 

導(dǎo)出結(jié)果：將測量和評估結(jié)果導(dǎo)出為通用格式。

LMG600的快速和功能強大的千兆以太網(wǎng)接口確保了可靠地集成到測試臺的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)后處理。我們?yōu)榉ㄒ?guī)遵從性檢查提供了一個通用的python腳本。可以提供額外的軟件工程支持來實現(xiàn)特定的測試臺需求。

測量不確定度

所使用的功率分析儀和電流傳感器的組合精度必須非常高，否則兩者所引入的誤差就主導(dǎo)了充電站計量能量的總體測量偏差。Z終要檢查的總體偏差的計算方法為： 

偏差 = 偏差 + 測量不確定度 

整體 電能表 功率分析儀+電流傳感器 

在充電過程中，即使對每個測量點和測量周期，也可以計算出這種測量不確定度。雖然現(xiàn)代的功率分析儀可以幫助選擇測量量程（自動量程），但這種支持的自動選擇并不總是有益的。在快速和連續(xù)續(xù)變化的測量點，如圖4所示的上升和下降階段，自動量程會導(dǎo)致頻繁的量程變化，這由于切換量程所需的時間反過來導(dǎo)致測量的間隙。因此，許多測量周期無法完成，因此數(shù)據(jù)必須被丟棄。在實踐中使用的補救措施是手 動切換到具有足夠的波峰因數(shù)的測量量程，該量程適合目標(biāo)工作點。

這避免了量程的不斷切換，并且可以無間隙地進行測量。然而，對于上升階段開始時（或下降階段結(jié)束時） 的測量點，這意味著一個很高的指定誤差，對要評估的整個充電站的偏差有相當(dāng)大的影響，因為功率分析儀的精度規(guī)格經(jīng)常被描述為例如: 

功率誤差容忍度=±（功率讀數(shù)的%+功率量程的%）

在確定測量周期中的測量不確定度時，必須考慮到此影響。這同樣也適用于下降階段。因此，應(yīng)在整個充 電過程及其持續(xù)期間優(yōu)化以下參數(shù)： 

斜坡陡度：上升和下降階段越陡，它們各自占總充電過程持續(xù)時間的比例就越小。 

測量持續(xù)時間：與上升和下降階段相比，要評估的Z小脈沖數(shù)越高，穩(wěn)態(tài)運行的份額就越大。

標(biāo)準(zhǔn)IEC61851-23規(guī)定了直流電動汽車(EV)充電站的要求，包括有關(guān)上升階段Z小陡度的某些規(guī)定，以使其 盡可能短，以便在整個測量持續(xù)期間上升、下降和穩(wěn)態(tài)階段之間有合理的時間權(quán)重。

LMG600系列的高端功率通道A和S模塊提供高精度的直流測量。該設(shè)備交付時提供可追溯至PTB（德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院，國家計量研究院）的校準(zhǔn)證書，或根據(jù)要求提供DAkkS的校準(zhǔn)證書。

帶寬：DC，0.05Hz~10MHz 

直流功率精度（佳）：±（讀數(shù)的0.032%+范圍的0.06%）S模塊： 

交流功率精度（45Hz~65Hz)：±（讀數(shù)范圍的0.015%，+量程的0.01%） 

時間精度：±50ppm 

電壓輸入：300 mV~1000Vrms直接輸入（使用HST高壓分壓器擴展量程） 

電流輸入：500μA~32Arms直接輸入（使用精確的外部傳感器如PCT擴展量程） 

在計算能量測量的潛在誤差時，重要的是要了解儀器如何計算功率和能量，即測量的確切開始和結(jié)束位置，測量值中包含哪些樣本，哪些樣本不包含。只有這樣，才能判斷功率分析儀讀數(shù)背后的值是否與電能表評估的間隔足夠匹配3.并非所有制造商都對此類信息透明，即使他們透明，他們也可能不提供確保功率 分析儀和電能表查看完全相同的時間段和時間偏差非常低的方法用于比較。我們上面提到的通用Python腳本正是這樣做的，并確保LMG600可以實現(xiàn)的大精度進行測量和評估。

為了擴展LMG600功率分析儀的測量量程，PCT系列的傳感器，如圖6所示，提供高的精度，并進一步支持既插既測量 功能，例如自動設(shè)置變比和量程，傳感器由LMG600直接供電。由于其好的直流精度為±0.0035%，LMG600的 額外電流誤差非常低。具有既插既測量功能的PCT傳感器有200Arms（300A峰值或DC ）至2000Arms（3000A 峰值或DC）型號選擇，甚至更高。

參考系統(tǒng)每個構(gòu)件模塊(LMG600功率分析儀+A/S通道+PCT磁通門傳感器)的大精度為電動汽車充電站內(nèi)的能量計量測試和認證提供了堅實的基礎(chǔ)。通過對LMG600的復(fù)雜控制，在適用標(biāo)準(zhǔn)的有效框架內(nèi)，減少或完全避免了對測量不確定度的系統(tǒng)性和條理性影響。對于關(guān)于測試臺集成和型式認證審核程序的具體問題，我們的應(yīng)用專家可以憑借他們的專業(yè)知識為您提供支持。