电动汽车因环保、清洁等优点逐渐成为许多企业重点发展研究的对象，因此作为电动汽车发动主要配置的电站直流充电桩得到大量建设[1]。电动汽车充电设备的能效水平在一定程度上能够直观反映电动汽车产业的未来发展趋势，因此，对其进行能效计量智能预测可实现节能降损，对于提高能源利用效率是具有重要意义的[2]。但随着技术快速发展，电网中出现许多冲击性、非线性负载等干扰因素，使得电网与这些干扰因素之间存在大量能量交换，无法保证电能计量的精准预测[3]。当电动汽车接入电网时，干扰因素消耗电能的同时，也将产生畸变功率，这对大功率直流充电桩来说，其产生畸变功率所消耗的电能也将纳入电能计量之中，而当前能效计量预测方法无法剔除该因素准确计量[4]。为此，提出了一种新型的电站直流充电桩能效计量智能预测方法，通过设置计量点，在计量点处安装相应表进行计量，并将计量结果传至采集设备终端，进行相应处理可得到精准计量结果。依照能效计量对充电桩进行实际测试，可分析该方法的应用是否合理，并进一步验证计量方法的可行性。

1 电站直流充电桩充电原理

在电源接入电动汽车进行充电的瞬间，流入电源设备的电流成为峰值电流，该部分电流远远大于稳态输入电流[5-6]。电动汽车充电桩主要用于电池充电，其功率可达到几千瓦，甚至十几千瓦，而电流可高达十几安培，这对充电设备来说具有一定冲击影响，其产生的能耗问题主要包括空载损耗和稳态能耗[7]。其中当空载损耗处于电动汽车接入电源时，充电桩为待机状态，由于不同电动汽车充电桩的充电功率不同，其空载损耗也是不一样的。而稳态能耗是在接入电源后，充电桩处于稳定充电状态下所耗费的能效[8]。充电桩工作原理是由整流电路对输入的电流进行整流处理，再经过滤波电路为功率变换提供直流电，待功率变换后，输出经过滤波处理的电流，为车用动力蓄电池充电[9]。

2 能效计量智能预测方法研究

2.1 充电桩内部损耗计算

对直流充电桩内部整流器损耗计算，可减小能效计量智能预测结果的误差[10]。交流电通过整流器可转换为直流电，其主要元件为绝缘栅双极型晶体管和半导体二极管[11]。使用备用的不间断电源时，只需给蓄电池充电，无需对负载供电；而使用双变换不间断电源时，该装置既可给蓄电池充电，又可给逆变器供电[12]。根据该特性，分析整流器中绝缘栅双极型晶体管导通电压对导通电流特性曲线，如图1所示。

根据图1所示特性曲线，分析绝缘栅双极型晶体管和半导体二极管功率损耗情况，并得出整流器总功率损耗，即为充电桩内部损耗大小[13]。

图1 导通电压对导通电流特性曲线

1）绝缘栅双极型晶体管功率损耗

充分考虑温度、开关频率因素影响，计算绝缘栅双极型晶体管通态损耗，具体计算公式为：

公式（4）中：T表示导通一次的周期；VC和IC分别表示导通电压和导通电流；gt表示导通电流占空比；Gt表示绝缘栅双极型晶体管导通电流占空比；z1、z2、z3表示特性曲线拟合系数。

绝缘栅双极型晶体管开关损耗计算公式为：

公式（5）中：x1、x2、x3表示开通功率损耗对晶体管导通电流特性曲线拟合系数；x4、x5、x6表示关闭功率损耗对晶体管导通电流特性曲线拟合系数；s表示工作和开关频率乘积。

根据公式（1）和（2）可得到晶体管功率总损耗为：

公式（3）表示绝缘栅双极型晶体管一个工作周期的损耗功率。

2）半导体二极管功率损耗

半导体二极管正向通态损耗计算公式为：

公式（4）中：VD和ID分别表示二极管导通电压和导通电流；GD表示二极管导通电流占空比；r1、r2、r3表示二极管电压与电流之间特性曲线拟合系数。

二极管反向截止损耗计算公式为：

公式（5）中：y1、y2、y3表示反向恢复损耗功率特性曲线拟合系数。

根据公式（4）和（5）可得到二极管功率总损耗为：

公式（6）表示半导体二极管一个工作周期的损耗功率。

综合上述内容，可得到整流器功率总损耗为：

整流器功率总损耗也就是充电桩内部损耗，该部分是剔除冲击性、非线性负载干扰因素影响获取的实际损耗值。

2.2 能效计量预测方案实现