安科瑞 劉邁

　　【摘要】：對(duì)含有充電樁的充電系統(tǒng)漏電原理、特征和保護(hù)安裝位置進(jìn)行了分析，并提出用于充電樁的B型剩余電流保護(hù)器的一種設(shè)計(jì)方案，通過(guò)雙磁芯及對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剩余電流的檢測(cè)。分析了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)類(lèi)型的剩余電流實(shí)現(xiàn)脫扣的機(jī)理，對(duì)直流剩余電流的檢測(cè)采用磁調(diào)制技術(shù)，對(duì)其余類(lèi)型剩余電流提出不進(jìn)行波形識(shí)別、直接整流的電流檢測(cè)方案。根據(jù)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢測(cè)的電流類(lèi)型，提出上方磁芯選擇磁滯回線(xiàn)扁平、高磁導(dǎo)率的材料，下方磁芯選擇具有高剩磁的非晶或納米晶材料。通過(guò)Multisim仿真軟件對(duì)直流剩余電流進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明基于高剩磁材料的磁調(diào)制技術(shù)能夠反映直流剩余電流。

　　【關(guān)鍵詞】:充電樁；剩余電流；磁調(diào)制技術(shù)；磁芯材料；電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；分散式充電樁；充電系統(tǒng)；剩余電流保護(hù)器

　　一、引言

　　在全球氣候變化和能源問(wèn)題日漸突出的背景下，電動(dòng)汽車(chē)由于能夠在節(jié)能減排方面做出突出貢獻(xiàn)而受到世界各國(guó)的大力支持。我國(guó)也正處于電動(dòng)汽車(chē)快速成長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，充電設(shè)施行業(yè)也在進(jìn)行快速擴(kuò)張。截止2020年末，全國(guó)預(yù)計(jì)新增集中式充/換電站1.2萬(wàn)座，分散式充電樁480萬(wàn)個(gè)。在現(xiàn)有充電模式下，電路均含有直流環(huán)節(jié)，當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，需要采用剩余電流保護(hù)器對(duì)充電樁進(jìn)行保護(hù)。傳統(tǒng)的AC/A型剩余電流保護(hù)器無(wú)法動(dòng)作，而B(niǎo)型剩余電流保護(hù)器不僅能夠?qū)ゎl交流和脈動(dòng)直流剩余電流提供保護(hù)，而且能夠?qū)?000Hz及以下的正弦交流、平滑直流和復(fù)合剩余電流提供保護(hù)，因此，用于充電樁的剩余電流保護(hù)器宜采用B型。

　　目前B型剩余電流保護(hù)器相關(guān)技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，根據(jù)發(fā)表的相關(guān)技術(shù)論文可知，其研制的220V用戶(hù)側(cè)剩余電流保護(hù)器售價(jià)與10kV斷路器相當(dāng)，增加了充電樁建設(shè)的成本，對(duì)充電樁的普及造成了較大的阻礙。因此，開(kāi)展B型剩余電流保護(hù)器的研發(fā)具有重要意義。B型剩余電流保護(hù)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于復(fù)合電流的檢測(cè)和磁芯材料的選擇。在檢測(cè)機(jī)制方面，給出了一種檢測(cè)復(fù)雜波形的方案，利用磁調(diào)制技術(shù)，將原邊的剩余電流反映到副邊以后，運(yùn)用全相位傅里葉變換對(duì)全部波形進(jìn)行識(shí)別，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果在識(shí)別脈動(dòng)直流時(shí)誤差較大。詳細(xì)介紹了在磁滯回線(xiàn)分段線(xiàn)性化條件下磁調(diào)制的原理，但仿真時(shí)為了接近磁芯材料的性質(zhì)，采用的是反正切函數(shù)的磁滯回線(xiàn)，仿真模型與原理不對(duì)應(yīng)，且僅定性描述了仿真結(jié)果，對(duì)非線(xiàn)性電流識(shí)別的準(zhǔn)確程度未進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)B型剩余電流保護(hù)器進(jìn)行了建模設(shè)計(jì)，指出B型剩余電流保護(hù)器是雙磁芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)檢測(cè)不同的波形，下面磁芯的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用恒定頻率的方波激勵(lì)源進(jìn)行磁調(diào)制，無(wú)法反映出原邊剩余電流。但該文獻(xiàn)提出了一種分功能檢測(cè)波形的思想，為本文B型剩余電流保護(hù)器的設(shè)計(jì)提供了思路。提出B型剩余電流保護(hù)器上磁芯的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是零序電流互感器，下磁芯的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用磁調(diào)制技術(shù)，對(duì)感應(yīng)到副邊的電流進(jìn)行測(cè)頻以實(shí)現(xiàn)剩余電流的檢測(cè)，但由于某些復(fù)合剩余電流不存在周期，測(cè)頻環(huán)節(jié)測(cè)得的頻率沒(méi)有意義，會(huì)直接影響到剩余電流保護(hù)器的性能，其借鑒意義不大。在磁芯材料的選擇方面，國(guó)內(nèi)外可參考的文獻(xiàn)較少，僅提及檢測(cè)直流的磁芯需采用非晶與納米晶材料，沒(méi)有對(duì)該種材料的選型做進(jìn)一步說(shuō)明。

　　基于此，本文提出了用于充電的B型剩余電流保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案。首先，闡述了含有充電樁的供電系統(tǒng)剩余電流的產(chǎn)生機(jī)理，對(duì)剩余電流的波形和B型剩余電流保護(hù)器的選用原因及安裝位置進(jìn)行了分析；其次，對(duì)B型剩余電流保護(hù)器的工作原理進(jìn)行研究，包括各磁芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及波形檢測(cè)的分工，重點(diǎn)介紹了直流電流的檢測(cè)方法；再次，根據(jù)對(duì)應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分工，選擇滿(mǎn)足波形檢測(cè)要求的磁芯材料，進(jìn)而采用磁調(diào)制技術(shù)，利用選擇磁芯的磁飽和特性對(duì)直流電流的檢測(cè)進(jìn)行仿真，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。

　　1充電系統(tǒng)漏電的相關(guān)分析

　　充電樁由電網(wǎng)供電的同時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，整體構(gòu)成一個(gè)充電系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的剩余電流特征可能會(huì)隨漏電地點(diǎn)的不同而改變。下文將對(duì)剩余電流的波形和B型剩余電流保護(hù)器的選用原因及安裝位置進(jìn)行具體分析。

　　1.1剩余電流產(chǎn)生的機(jī)理

　　根據(jù)充電樁的不同，充電系統(tǒng)的構(gòu)成可分為兩種形式，如圖1所示，公共電網(wǎng)采用TT或者TN接線(xiàn)形式，它們的中性點(diǎn)均接地。充電樁分為交流充電樁與直流充電樁，它們的主要區(qū)別在于輸出電壓的形式以及充電機(jī)的位置。交流充電樁輸出交流電壓，充電功率較小，可以通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)自帶的車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行整流充電；直流充電樁直接輸出直流電壓，充電功率較大，因此充電機(jī)安裝于直流充電樁中。

圖1

　　充電系統(tǒng)的構(gòu)成

　　充電樁產(chǎn)生剩余電流的情況一般有兩種：一種是汽車(chē)絕緣擊穿，充電系統(tǒng)通過(guò)汽車(chē)、人體以及大地形成回路，產(chǎn)生剩余電流；另一種是充電樁絕緣擊穿網(wǎng)通過(guò)充電樁、人體、大地以及中性線(xiàn)形成回路，公共電，產(chǎn)生剩余電流。人體對(duì)直流和工頻交流的耐受值為30mA，隨著交流頻率的增加，人體對(duì)電流的耐受值有所提升［17］，但是值仍然較小，故需要安裝剩余電流保護(hù)器切斷回路以保證人員安全［18］。

　　1.2剩余電流的特征與保護(hù)的安裝

　　情況如圖交流充電樁充電時(shí)某相線(xiàn)路將充電樁絕緣擊穿的2所示，此時(shí)通過(guò)人體的剩余電流沒(méi)有經(jīng)過(guò)有源濾波器，是含有大量的（6k±1）次諧波分量的復(fù)雜電流［19-20］，而其余兩相電流經(jīng)過(guò)了有源濾波器濾波。無(wú)論剩余電流保護(hù)器放在充電系統(tǒng)的任何位置，通過(guò)其磁芯的電流相量之和不為零，可表示為：

（1）式（1）中

　　分別為三相電流，

　　為剩余電流。

圖2某相電壓將充電樁絕緣擊穿的情況

　　通過(guò)磁芯的磁通量也不為零，同理可表示為：?a+?b+?c=?p（2）式（2）中，?a、?b、?c分別為通過(guò)三相的磁通量，?p為剩余磁通量。

　　由于通過(guò)磁芯的剩余磁通量不為零且不斷變化，磁芯上的二次側(cè)將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，使操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行跳閘，但正常情況下由于穿過(guò)磁芯的磁通量恒為零，操作機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作。

　　當(dāng)交流充電樁的絕緣被擊穿時(shí)，通過(guò)人體的剩余電流為含有基頻分量疊加高頻諧波分量的復(fù)合電流；當(dāng)直流充電樁的絕緣被擊穿時(shí)，通過(guò)人體的剩余電流為直流；當(dāng)汽車(chē)的絕緣被擊穿時(shí)，無(wú)論是直流充電樁還是交流充電樁，通過(guò)人體的剩余電流均為直流。對(duì)于上述剩余電流，傳統(tǒng)AC/A型剩余電流保護(hù)器都無(wú)法正確動(dòng)作，因此，選擇能檢測(cè)復(fù)合剩余電流與直流剩余電流的B型剩余電流保護(hù)器。

　　B型剩余電流保護(hù)器應(yīng)安裝在充電樁處，而不是在充電電纜或者車(chē)載充電機(jī)處，這樣在充電樁以及其后方的位置發(fā)生人員觸電時(shí)，剩余電流保護(hù)器均能夠及時(shí)動(dòng)作；反之如果B型剩余電流保護(hù)器安裝在充電樁后的位置，則該位置之前發(fā)生人員觸電的情況，保護(hù)將不會(huì)動(dòng)作。

　　2 B型剩余電流保護(hù)器的工作原理

　　2.1直流波形檢測(cè)技術(shù)

　　采用磁調(diào)制的方法檢測(cè)直流波形，利用磁芯在飽和區(qū)的特性，通過(guò)高頻方波激勵(lì)源讓磁芯反復(fù)飽和，將原邊的直流剩余電流反映到副邊，磁調(diào)制技術(shù)的工作原理如圖3所示。每當(dāng)采樣電阻兩端電壓的絕對(duì)值達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，容易得出，滯回比較器輸出電壓將突變至相反值，其值為：

　?。?）式（3）中，Vr是設(shè)定閾值，Uexc是滯回比較器輸出電壓，稱(chēng)作“激磁電壓"，顯然激磁電壓是方波。

圖3磁調(diào)制的工作原理

　　為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)直流的效果，當(dāng)采樣電阻兩端電壓達(dá)到Vr時(shí)，對(duì)應(yīng)通過(guò)的電流早已使磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，不妨設(shè)此時(shí)的電流為±IH。

　　為了簡(jiǎn)化分析，認(rèn)為磁滯曲線(xiàn)是正切曲線(xiàn)，為了便于描述電流與磁通密度之間的關(guān)系，在電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的前提下，繪制電流與磁通密度之間的曲線(xiàn)，如圖4所示。在曲線(xiàn)開(kāi)始變得平緩時(shí)，可以認(rèn)為磁芯已經(jīng)進(jìn)入飽和狀態(tài)，記此時(shí)對(duì)應(yīng)的磁通密度與電流分別為±Bs、±Is。

圖4電流與磁通密度之間的關(guān)系

　　當(dāng)原邊有直流剩余電流通過(guò)時(shí)，可以用圖5描述原副邊之間的關(guān)系。設(shè)原邊電流為ip，該電流使得磁芯的磁通密度有一個(gè)偏置，不妨認(rèn)為該偏置是副邊造成的，將原邊電流等效到副邊，記副邊等效電流為Ip。

圖5原副邊之間的等效電路

　　原副邊電流產(chǎn)生的磁勢(shì)相同，而原邊匝數(shù)為1，故副邊等效電流為Ip=ip/N2根據(jù)基爾霍夫電壓定律，建立副邊激磁回路方程如式（4）。

　?。?）式（4）中，i（t）是副邊的激磁電流。設(shè)開(kāi)始時(shí)刻t0磁芯恰好達(dá)到負(fù)向磁飽和狀態(tài)，由磁勢(shì)方程中電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，可以得到：

　?。?）式（5）中，Hs是磁芯剛進(jìn)入飽和時(shí)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，i(t0)是副邊激磁電流的初始值。

　　取激磁電流的一個(gè)周期進(jìn)行分析，由于進(jìn)入飽和區(qū)后曲線(xiàn)平緩，故經(jīng)過(guò)可以忽略的極短時(shí)間后，采樣電阻電壓達(dá)到閾值，激磁電壓開(kāi)始反向，設(shè)磁芯下一次達(dá)到飽和的時(shí)間為t1，再次達(dá)到反向飽和的時(shí)間為t1+t2。同理，t1時(shí)刻，有：

　?。?）聯(lián)立方程式（4）-式（6），解得激磁電流在1個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式為：

　　i(t)=

　?。?）式（7）中，τ為時(shí)間常數(shù)，t1、t2分別為式（8）。

　?。?）認(rèn)為Ip<Is?IH，現(xiàn)對(duì)1個(gè)周期內(nèi)i（t）的直流分量進(jìn)行求解，則：

　?。?）式（9）中，d0為每個(gè)周期內(nèi)i（t）的直流分量。

　　可以得到，副邊激磁電流的直流分量與原邊直流等效到副邊電流的相反數(shù)相同。

　　2.2.B型剩余電流保護(hù)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　B型剩余電流保護(hù)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，上磁芯對(duì)應(yīng)電路能夠?qū)γ}動(dòng)直流及1000Hz以下正弦交流剩余電流做出反應(yīng)并正確動(dòng)作。對(duì)于原邊的脈動(dòng)直流剩余電流，不通過(guò)特殊手段，其直流部分是無(wú)法反映到副邊的，因此實(shí)際上副邊電流得到的波形僅為脈動(dòng)的。對(duì)于1000Hz以下的正弦交流剩余電流，隨著交流頻率的增加，由于磁滯損耗、渦流損耗、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作所需磁力的增長(zhǎng)以及濾波器作用，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作電流會(huì)相應(yīng)上升［23-27］，增加了整定的復(fù)雜性。

圖6B型剩余電流保護(hù)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　考慮到上磁芯檢測(cè)到的波形較為復(fù)雜，且存在剩余電流是脈動(dòng)直流與1000Hz以下交流的復(fù)合電流的情況，實(shí)時(shí)識(shí)別波形類(lèi)型的難度大出一種基于整流器的檢測(cè)動(dòng)作機(jī)制。

　　3 磁芯的材料

　　原邊直流、脈動(dòng)剩余直流和副邊高頻激磁電流對(duì)磁芯材料提出了較高的要求，磁芯材料的選擇將直接影響B(tài)型剩余電流保護(hù)器的性能。根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)檢測(cè)的剩余電流特征不同，磁芯的材料將有所區(qū)別。

　　3.1上磁芯的材料

　　上磁芯能夠?qū)γ}動(dòng)直流和1000Hz以下交流剩余電流做出反應(yīng)，即使原邊電流含有直流成分，和脈動(dòng)直流的脈動(dòng)部分也能正確反映到副邊正弦交流，因此上磁芯材料是抗直流的。當(dāng)原邊電流含有直流成分時(shí)，磁芯的磁通密度與原邊電流關(guān)系曲線(xiàn)如圖7所示。在t0時(shí)刻，電流從0瞬間變到I0，磁芯的磁通密度由于此直流部分的偏置，從-Br直接變?yōu)锽0，脫離了線(xiàn)性區(qū)；t0到t1時(shí)間內(nèi)，電流從I0增加到Imax，對(duì)應(yīng)的磁通密度從非線(xiàn)性區(qū)的B0直接進(jìn)入飽和區(qū)的Bmax，脈動(dòng)部分電流反映到副邊的波形會(huì)明顯失真。

圖7磁芯的磁通密度與原邊電流關(guān)系曲線(xiàn)

　　為了避免上述情況的發(fā)生，對(duì)于上磁芯材料的選擇，首先，磁芯材料的磁滯回線(xiàn)扁平，在原邊剩余電流含有直流成分時(shí)，磁芯材料仍能保持在線(xiàn)性區(qū)，便于原邊疊加的交流剩余電流成分能完整地反映到副邊；其次，磁芯材料要同時(shí)保持高磁導(dǎo)率，由于直流成分的偏置，對(duì)交流剩余電流成分，磁通密度的變化較沒(méi)有偏置時(shí)小，副邊驅(qū)動(dòng)能力變?nèi)?，故要選擇高磁導(dǎo)率的材料來(lái)維持驅(qū)動(dòng)能力。

　　3.2下磁芯的材料

　　B型剩余電流保護(hù)器的下磁芯材料需選用納米晶或非晶材料，它們均具有極低的磁滯、渦流損耗和較高的磁導(dǎo)率，常用于高頻變壓器中。由于副邊激磁電流頻率很高，故主要研究在高頻條件下不同非晶與納米晶材料的特性。

　　在外磁場(chǎng)的作用下，非晶與納米晶材料在特定條件下磁致伸縮現(xiàn)象明顯，其長(zhǎng)度尺寸及體積大小均要發(fā)生變化，此現(xiàn)象發(fā)生時(shí)會(huì)進(jìn)一步引發(fā)鐵磁共振［28］現(xiàn)象，這是由磁芯材料和幾何力學(xué)相互之間復(fù)雜作用的結(jié)果，具體表現(xiàn)為隨著激磁電流頻率的增加，磁芯材料的磁滯回線(xiàn)出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)、變形扭曲與磁滯、渦流損耗極不穩(wěn)定的波動(dòng)等反?，F(xiàn)象。由于磁調(diào)制檢測(cè)直流的機(jī)理是建立在磁滯回線(xiàn)正常的條件下，故選擇下磁芯的材料時(shí)要盡可能抑制磁致伸縮現(xiàn)象的產(chǎn)生。大量實(shí)驗(yàn)表明［29］，非晶與納米晶材料在磁滯回線(xiàn)拐點(diǎn)處之后磁致伸縮現(xiàn)象較為明顯，而一般磁滯回線(xiàn)拐點(diǎn)處距離剩磁Br較近，故可以認(rèn)為在超過(guò)剩磁之后磁致伸縮現(xiàn)象不可忽略。當(dāng)剩磁處距離磁飽和區(qū)域高點(diǎn)較近，即剩磁較高時(shí)，實(shí)際在高頻下發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象的范圍極其有限，從而這種材料的磁滯回線(xiàn)能夠應(yīng)用于磁調(diào)制原理當(dāng)中；同時(shí)在高頻下高剩磁的材料磁芯損耗密度比低剩磁的材料要低［30-38］，故下磁芯宜選擇具有高剩磁的非晶或者納米晶材料。

　　4仿真分析

　　由于上磁芯及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重疊區(qū)的整定，且原邊波形種類(lèi)復(fù)雜，不便于進(jìn)行仿真，這里僅對(duì)下磁芯及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流波形檢測(cè)做仿真分析。選取具有高剩磁的非晶材料日立Matglas-2605S3A，并做如下簡(jiǎn)化：

　　1）非晶材料的磁滯回線(xiàn)選擇頻率為10kHz、大磁通密度為0.65T，用反正切函數(shù)做近似，用小二乘法擬合，得到簡(jiǎn)化磁滯回線(xiàn)表達(dá)式為B=0.4138arctan（0.0135H）。

　　與仿真相關(guān)的具體參數(shù)如表1所示。

　　在Multisim平臺(tái)上進(jìn)行仿真，磁芯用可編輯磁滯回線(xiàn)的非線(xiàn)性變壓器代替，當(dāng)原邊沒(méi)有剩余電流通過(guò)與原邊出現(xiàn)0.5A的直流剩余電流時(shí)，激磁電流的波形分別如圖8、圖9所示。

圖8沒(méi)有剩余電流時(shí)激磁電流的波形圖

圖9有0.5A剩余直流時(shí)激磁電流的波形圖

　　當(dāng)原邊沒(méi)有剩余電流產(chǎn)生時(shí)，激磁電流波形在每個(gè)周期內(nèi)大于零與小于零的時(shí)間相同，故直流分量為0；當(dāng)原邊出現(xiàn)剩余電流時(shí)，激磁電流在每個(gè)周期內(nèi)大于零的時(shí)間少于小于零的時(shí)間，整體電流波形較原邊沒(méi)有剩余電流時(shí)有明顯下傾趨勢(shì)，說(shuō)明直流分量小于0，與原邊直流符號(hào)相反，符合磁調(diào)制的結(jié)果?，F(xiàn)進(jìn)一步對(duì)該波形的直流分量進(jìn)行計(jì)算，由于采樣點(diǎn)是離散的，可用離散點(diǎn)表示的復(fù)化梯形公式計(jì)算積分。

　　當(dāng)原邊沒(méi)有剩余電流產(chǎn)生時(shí)，激磁電流波形在每個(gè)周期內(nèi)大于零與小于零的時(shí)間相同，故直流分量為0；當(dāng)原邊出現(xiàn)剩余電流時(shí)，激磁電流在每個(gè)周期內(nèi)大于零的時(shí)間少于小于零的時(shí)間，整體電流波形較原邊沒(méi)有剩余電流時(shí)有明顯下傾趨勢(shì)，說(shuō)明直流分量小于0，與原邊直流符號(hào)相反，符合磁調(diào)制的結(jié)果?，F(xiàn)進(jìn)一步對(duì)該波形的直流分量進(jìn)行計(jì)算。由于采樣點(diǎn)是離散的，可用離散點(diǎn)表示的復(fù)化梯形公式計(jì)算積分。

　　（10）式（10）中，i（t）是激磁電流在t時(shí)刻對(duì)應(yīng)電流大小，T是每次進(jìn)行計(jì)算采用的時(shí)間間隔，h是采樣間隔，xk是采樣的時(shí)刻，它與時(shí)間間隔的關(guān)系為xk=kh。

　　這種計(jì)算方法的計(jì)算誤差與采樣間隔的平方成正比，故誤差很小。時(shí)間間隔取2.5ms，采樣間隔為1μs，對(duì)所有采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得到激磁電流的周期分量d0=-4.98mA，其值與原邊剩余直流轉(zhuǎn)化到副邊值Ip=5.0mA的相反數(shù)相近，說(shuō)明基于磁調(diào)制的直流檢測(cè)技術(shù)能正確反映原邊的剩余直流。對(duì)激磁電流的頻率進(jìn)行分析，無(wú)論原邊是否有剩余電流，激磁電流的頻率都在4kHz左右，故下磁芯在該頻率下具有較小的磁滯、渦流損耗，選擇高剩磁的非晶與納米晶材料剛好符合此要求。

　　二、解決方案

圖1平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

　　充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過(guò)平臺(tái)可對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的負(fù)荷。

　　三、安科瑞充電樁云平臺(tái)具體的功能

　　平臺(tái)除了對(duì)充電樁的監(jiān)控外，還對(duì)充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本，平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖2充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

　　大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖3大屏展示界面

　　站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖4站點(diǎn)監(jiān)控界面

　　設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線(xiàn)等。

圖5設(shè)備監(jiān)控界面

　　運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營(yíng)信息查詢(xún)、站點(diǎn)對(duì)比曲線(xiàn)、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對(duì)比列表等功能。

圖6運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)界面

　　收益查詢(xún)：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線(xiàn)、支付方式占比等功能。

圖7收益查詢(xún)界面

　　故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢(shì)分析、故障類(lèi)型餅圖等功能。

圖8故障分析界面

　　訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢(xún)、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營(yíng)商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢(xún)、充值余額明細(xì)等功能。

圖9訂單查詢(xún)界面

　　三、產(chǎn)品選型

　　安科瑞為廣大用戶(hù)提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類(lèi)型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能；智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能；云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等；遠(yuǎn)程升級(jí)：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí)；保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能；適配車(chē)型：滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合國(guó)標(biāo)的電動(dòng)汽車(chē)，適應(yīng)不同車(chē)型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。

　　五、結(jié)論

　　本文給出了用于汽車(chē)充電樁的B型剩余電流保護(hù)器的一種設(shè)計(jì)方案，對(duì)其原理與磁芯材料進(jìn)行了分析，結(jié)合仿真結(jié)果，得到了以下結(jié)論：

　　1）B型剩余電流保護(hù)器是雙磁芯結(jié)構(gòu)，上磁芯及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅對(duì)1000Hz以下正弦交流剩余電流、脈動(dòng)直流剩余電流的脈動(dòng)部分以及它們的復(fù)合電流作出反應(yīng)，磁芯在原邊剩余電流有直流成分時(shí)不能飽和，宜選擇磁滯回線(xiàn)扁平、高磁導(dǎo)率的材料；下磁芯及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅對(duì)直流剩余電流作出反應(yīng)，磁芯宜選擇具有高剩磁的非晶或納米晶材料，它們發(fā)出的脫扣命令之間是“或"的邏輯關(guān)系。

　　2）對(duì)于反映具有復(fù)雜波形的剩余電流，采用整流的方法，避免了對(duì)波形的實(shí)時(shí)識(shí)別，通過(guò)判斷整流后的電流是否在重疊區(qū)內(nèi)，確定是否發(fā)出脫扣信號(hào)。

　　3）直流剩余電流的檢測(cè)采用磁調(diào)制技術(shù)，將原邊的直流以直流分量的形式反映到副邊激磁電流當(dāng)中。仿真結(jié)果表明，采用高剩磁的非晶磁芯材料，能正確檢測(cè)原邊直流剩余電流，提取激磁電流的直流分量與原邊電流換算到副邊的相反數(shù)數(shù)值相近。

　　綜上所述，用于汽車(chē)充電樁的B型剩余電流保護(hù)器的設(shè)計(jì)就現(xiàn)有技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)，但是由于我國(guó)在材料研究上稍落后于國(guó)際水平，加之部分材料限制對(duì)我國(guó)的出口，相應(yīng)的磁芯材料的獲取成為B型剩余電流保護(hù)器國(guó)產(chǎn)自主化的瓶頸；其次，對(duì)磁芯的布線(xiàn)與磁屏蔽方案對(duì)B型剩余電流保護(hù)器性能的影響也待進(jìn)一步探究。

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