基于變權分析方法的電動汽車充電設備性能綜合評價＊

顏湘武，李艷艷，張合川，王麗娜

（1.華北電力大學 新能源電力系統國家重點實驗室，河北 保定 071003；2.國家電網公司客戶服務中心，天津 300140）

基于變權分析方法的電動汽車充電設備性能綜合評價＊

顏湘武1?，李艷艷2，張合川1，王麗娜1

（1.華北電力大學 新能源電力系統國家重點實驗室，河北 保定 071003；2.國家電網公司客戶服務中心，天津 300140）

將變權分析方法運用于充電設備的性能評價中.首先建立了電動汽車充電設備性能的綜合評價指標體系，同時對體系內各指標獲取評價參量并進行統一量化的方法進行論述，隨之闡述了用變權分析方法進行權重計算的原理和步驟，最后編寫軟件實現了電動汽車充電設備測試數據的分析和評價，利用該軟件分別對兩臺充電設備的實驗數據進行了分析，使用變權分析方法得出最終綜合評價結果.分析結果表明，變權分析方法能夠有效地對充電設備性能進行綜合評價，評價結果突出了薄弱環節的作用，使得分析結果更加合理.該方法不僅適用于電動汽車充電設備性能評價，也適用于其他復雜系統的綜合評價.

電動汽車；充電設備；綜合評價；變權分析法；性能指標

大力發展電動汽車產業對解決我國的能源和環境問題有著重要的意義，純電動汽車是未來汽車的主要發展趨勢［1－6］.為促進電動汽車產業的發展，充電基礎設施的科技創新力度加大，充電設備的研究也越來越深入.隨著我國充電站網絡的逐步形成，電動汽車充電設備管理的規范化和標準化問題日益突出，針對當前充電設備的推廣使用，提出一套完整的評價方法對電動汽車充電設備產業發展以及充電設備市場運營的有效管理起著重要的作用［7］.變權分析方法能夠突出“木桶效應”，在復雜程度高和對各性能指標都要求嚴格的系統評價中有著廣泛的應用.變權分析方法已經應用在電力系統的變壓器狀態診斷、電能質量評估等方面［8－11］.

充電設備的輸出電壓、電流范圍較寬而且充電方式多樣，包括：恒流、恒壓、恒流限壓、脈沖方式，為了滿足電池充電特性的需求，充電設備需要工作在不同的負載率水平和電壓、電流等級.在實際使用中，充電設備會對電網供電造成一定程度的影響，同時充電設備作為一個涉及多因素的復雜系統，受安全性、穩定性、準確性、電能質量、可靠性等因素影響，各因素對電動汽車充電設備性能的影響存在差異性，比如安全性因素要比經濟性因素影響要大，在綜合評價中各因素的影響程度可以通過改變權重的大小來實現.同時，充電設備作為一個復雜系統，薄弱環節對整體性能的影響是顯著的，所以本文采用變權分析方法對電動汽車充電設備的性能進行綜合評價，突出評估值較低的指標項，以便引起決策者的充分注意，而突出評估值較低項的主要途徑就是加大它的權重，使得總評估值下降.

1 指標體系

充電設備是一個復雜的多屬性系統，本文按照客觀性、系統完整性、可操作性和可獨立性原則，提出了對電動汽車充電設備進行評價的指標體系.總體上，充電設備性能綜合評價體系包括：技術性指標、安全性指標、可靠性指標、電能質量指標、經濟性指標，這些指標稱為一級指標，該指標的子指標稱為二級指標，如圖1所示，具體如下.

1）技術性指標包括：輸出電壓誤差、輸出電流誤差、穩壓精度、穩流精度、負載調整率、電壓調整率、紋波系數和均流不平衡度.

2）安全性指標包括：輸入電壓保護、輸入過流保護、輸出過壓保護、輸出過流保護、限壓特性、限流特性、安全警告、絕緣性能和防護等級.

3）可靠性指標主要包括：充電設備與電池管理系統之間通訊可靠性、對電池異常的響應能力.

4）電能質量指標包括：功率因數、各次電流諧波、總諧波畸變率和三相不平衡度（三相）.

5）經濟性評價指標包括：效率、充電機壽命和充電成本.

圖1 指標體系Fig.1 Indexes system

2 指標無量綱化處理

電動汽車充電設備性能指標中包含有定量指標和定性指標，下面分別介紹其量化方法.

2.1 定量指標量化

定量指標量化函數曲線如圖2所示：

圖2 量化函數曲線Fig.2 The curve of quantization function

2.2 定性指標量化

在實際評價中，對于不能直接通過測量數據得到評價結果的指標，可以利用專家或者從業人員根據多次試驗或者統計數據的分析給出的評價結果.比如在對輸入過壓保護指標進行評價時，可以通過多次試驗，即：多次改變充電設備的輸入電壓值和輸入過壓方式，如漸變過壓或跳變過壓，然后測試充電設備是否進行保護動作并且記錄保護動作時的輸入電壓值.專家或者從業人員可以根據正確動作次數和動作時輸入電壓值的大小對該指標進行評分.為了保證評價結果的合理性，評分結果是一個數據區間.假設有P1，P2，…，Pm，m 個專家參與評分，第j個專家對第i個指標的評價為（yji1，yji2］，記：

3 利用變權法進行綜合評價的原理和步驟

3.1 變權法的原理

變權法與常權法是相對的，常權法是在各因素評估值變化時，其權重保持不變，而變權法是在各因素的評估值發生變化時，其權重也發生變化，評估值降低，則權重增大，從而體現變權法對薄弱環節的突出作用，使評判結果更加可靠.

利用變權法［16］對充電設備進行綜合評價，最根本的是解決根據評價值求出各權重的問題.

3.2 綜合評價步驟

由專家給出判斷矩陣后，對其進行一致性檢驗，檢驗通過后，利用特征值法求出wmi.根據式（6）計算求出w0i，該值可以由專家修正給出更合理的值進行替代.

表1 對A中各項的說明Tab.1 Introduction for A

2）利用計算公式求出各權重系數

3）綜合評價結果計算

采用加權平均型方法對各項指標進行評價，加權平均型綜合評判函數如式（13）所示：

4 應用舉例

本文依托國家項目，開發了測試數據分析軟件和性能評價軟件，測試數據分析軟件用于根據測試數據生成測試指標的測試結果，如圖3所示的穩壓精度分析結果；性能評價軟件利用變權方法根據測試的數據結果和專家提供的判斷結果，生成最終綜合評價值，如圖4所示.

圖3 測試數據分析軟件界面Fig.3 The software interface of test data analysis

圖4 性能評價軟件界面Fig.4 The software interface of performance evaluation

4.1 基礎權重計算

1）一級指標權重計算

根據充電設備的工作特性，并綜合專家意見，一級指標的判斷矩陣和基礎權重的計算結果如表2所示，最大特征值為5.069，CR＝0.015 4，一致性符合要求.

表2 一級指標基礎權重Tab.2 Basis weights of top class index

2）技術性指標權重計算

技術性指標中二級指標各權重的計算結果如表3所示，最大特征值為8.178 7，CR＝0.016，一致性符合要求.

3）安全性指標權重計算

安全性指標中二級指標各權重的計算結果如表4所示，最大特征值為9.325 7，CR＝0.027，一致性檢驗符合要求.

表3 技術性指標基礎權重Tab.3 Basis weights of technical indicators

表4 安全性指標基礎權重Tab.4 Basis weights of safety indicators

4）可靠性指標權重計算

可靠性指標中只有兩個子指標，不需使用層次分析法給出結果.根據專家意見，對于C31和C32的權重確定為ωm＝［0.5，0.5］，ω0＝［0.8，0.8］.

5）電能質量指標權重計算

如果充電設備為車載充電機，則不應考慮三相不平衡度的影響，對指標C41，C42和C43的權重的評估結果為，ωm＝［0.4，0.6，0］，ω0＝［0.7，0.8，0］.當充電設備為非車載充電機，則應該考慮三相不平衡度的影響，對指標C41，C42和C43的權重評估結果為ωm＝［0.4，0.5，0.1］，ω0＝［0.6，0.7，0.2］.

6）經濟性指標

4.2 評價值生成

4.2.1 定量值轉化為評價值

表5為充電機甲的定量化指標測試結果和評估結果.

表5 充電機甲的指標測試結果和量化結果Tab.5 Indicators test results and quantitative results about charger A

表6為充電機乙的定量化指標測試結果和評估結果.

表6 充電機乙的指標測試結果和量化結果Tab.6 Indicators test results and quantitative results about charger B

4.2.2 定性指標轉化為評價值

表7的數據為對充電機甲的定性指標專家評估結果和評價值計算結果.

表7 充電機甲的專家評估值和量化結果Tab.7 The experts evaluation value and the quantitative results about charger A

表8的數據為對充電機乙的定性指標專家評估結果和評價值計算結果.

表8 充電機乙的專家評估值和量化結果Tab.8 The experts evaluation value and the quantitative results about charger B

4.3 利用變權方法對各指標的權重進行重新計算

利用C＃編程，使用變權法對基礎權重進行計算，得到的最終權重值如表9所示.

表9 使用變權分析方法后的權重值Tab.9 Basis weights after the variable weight analysis method used

4.4 最終評價結果生成

根據式（13）對最終評價結果進行計算，得出兩臺充電機的評價結果：［80.648 6，80.688 1］.

在上述評價中，充電機甲的輸入電流保護、輸出電壓保護的評價值分別為51.786，68，指標權重分別為0.101 9，0.074，而充電機乙的輸入電流保護、輸出電壓保護評價值分別為86.5，79.643，指標權重分別為0.074，0.071 8.充電機甲、乙的穩壓精度評價值為76，60，指標權重分別為0.104 2，0.128 2.通過觀察評估數據中類似上述現象的情況，可以看出變權分析方法，加大了評估值較低項的比重.

5 結 論

本文編寫軟件程序實現了對電動汽車充電設備測試數據的自動分析功能和對其性能利用變權分析方法進行綜合評價的功能.本文所采用的變權分析方法的步驟為：

1）利用層次分析方法確定基礎權重；

2）將各指標值量化為評價值；

3）根據評價值，利用公式計算出調整后的權重；

4）利用調整后的權重，進行綜合評價結果計算.

通過對甲乙兩臺充電機的對應評價值和相應權重的比較可以看出，評價值較低的指標項獲得相對較大的權重，突出了在復雜系統中薄弱環節的作用，評價結果更加科學合理.該評價方法不僅適用于充電設備的評價還適用于其他復雜系統的評價.

［1］ 楊孝綸.電動汽車技術發展趨勢及前景（上）［J］.汽車科技，2007（6）：10－13.

YANG Xiao-lun.The development trend and foreground of the electric vehicle［J］.Auto Mobile Science ＆ Technology，2007（6）：10－13.（In Chinese）

［2］ 孫逢春.電動汽車發展現狀及趨勢［J］.科學中國人，2006（8）：44－47.

SUN Feng-chun.The current situation and development trend of the electric vehicle［J］.Scientific Chinese，2006（8）：44－47.（In Chinese）

［3］ 趙俊華，文福拴，楊愛民，等.電動汽車對電力系統的影響及其調度與控制問題［J］.電力系統自化，2011，35（14）：2－10.

ZHAO Jun-hua，WEN Fu-shuan，YANG Ai-min，et al.Im-pacts of electric vehicles on power systems as well as the associated dispatching and control problem［J］.Automation of E-lectric Power Systems，2011，35（14）：2－10.（In Chinese）

［4］ 葛文捷，黃梅，張維戈.電動汽車充電站經濟運行分析［J］.電工技術學報，2013，28（2）：15－21.

GE Wen-jie，HUANG Mei，ZHANG Wei-ge.Economic operation analysis of the electric vehicle charging station［J］.Transactions of China Electrotechnical Society，2013，28（2）：15－21.（In Chinese）

［5］ 高賜威，張亮.電動汽車充電對電網影響的綜述［J］.電網技術，2011，35（2）：127－131.

GAO Ci-wei，ZHANG Liang.A survey of influence of electrics vehicle charging on power grid［J］.Power System Technology，2011，35（2）：127－131.（In Chinese）

［6］ 田文奇，和敬涵，姜久春，等.基于自適應變異粒子群算法的電動汽車換電池站充電調度多目標優化［J］.電網技術，2012，36（11）：25－29.

TIAN Wen-qi，HE Jing-han，JIANG Jiu-chun，et al.Multi-objective optimization of charging dispatching for electric vehicle battery swapping station based on adaptive mutation particle swarm optimization［J］.Power System Technology，2012，36（11）：25－29.（In Chinese）

［7］ 劉錫正.電動汽車充電設備綜合評價指標體系研究［D］.北京：北京交通大學交通運輸學院，2012.

LIU Xi-zheng.Research of electric vehicle charging equipment index evaluation system［D］.Beijing：School of Traffic and Transportation，Beijing Traffic University，2012.（In Chinese）

［8］ 趙文清，李慶良，王德文.基于多模型的變壓器故障組合診斷研究［J］.高電壓技術，2013，39（2）：302－309.

ZHAO Wen-qing，LI Qing-liang，WANG De-wen.Combinational diagnosis for transformer faults based on multi-models［J］.High Voltage Engineering，2013，39（2）：302－309.（In Chinese）

［9］ 李泓澤，郭森，唐輝，等.基于改進變權物元可拓模型的電能質量綜合評價［J］.電網技術，2013，37（3）：653－659.

LI Hong-ze，GUO Sen，TANG Hui，et al.Comprehensive evaluation on power quality based on improved matter-element extension model with variable weight［J］.Power System Technology，2013，37（3）：653－659.（In Chinese）

［10］王雪，王增平.變壓器勵磁涌流變權綜合識別方法研究［J］.電力系統保護與控制，2012，40（6）：63－68.

WANG Xue，WANG Zeng－ping.Study on the transformer inrush current synthetic identification based on variable weights［J］.Power System Protection and Control，2012，40（6）：63－68.（In Chinese）

［11］趙霞，趙成勇，賈秀芳，等.基于可變權重的電能質量模糊綜合評價［J］.電網技術，2005，29（6）：11－16.

ZHAO Xia，ZHAO Cheng－yong，JIA Xiu-fang，et al.Fuzzy synthetic evaluation of power quality based on changeable w eight［J］.Power System Technology，2005，29（6）：11－16.（In Chinese）

［12］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB／T 19826－2005電力工程直流電源設備通用技術條件及安全要求［S］.北京：中國標準出版社，2005.

The china state administration of quality supervision inspection and quarantine，the china national standardization management committee.GB／T 19826－2005General specification and safety requirements for DC power supply equipment of power projects［S］.Beijing：Chinese Standards Press，2005.（In Chinese）

［13］國家電網公司.Q／GDW 397－2009電動汽車充電設施通用技術要求［S］.北京：中國電力出版社，2009.

China state grid corp.Q／GDW 397－2009Electric vehicle offboard charger general requirements［S］.Beijing：China Electric Power Press，2009.（In Chinese）

［14］深圳市市場監督管理局.SZDB／Z 29.3－2010電動汽車充電系統技術規范［S］.深圳：深圳出版社，2010.

Market supervision administration of shenzhen municipality.SZDB／Z 29.3－2010Technical specification of electric vehicle charging system［S］.Shenzhen：Shenzhen Press，2010.（In Chinese）

［15］國家能源局.NB／T 33001－2010電動汽車非車載傳導式充電機技術條件［S］.北京：中國電力出版社，2010.

China national energy bureau.NB／T 33001－2010Specification for electric vehicle off-board conductive charger［S］.Beijing：China Electric Power Press，2010.（In Chinese）

［16］彭祖贈，孫韞玉.模糊（Fuzzy）數學及其應用［M］.武漢：武漢大學出版，2007：78－111.

PENG Zu-zeng，SUN Yun-yu.Fuzzy mathematics and its applications［M］.Wuhan：Wuhan University Press，2007：78－111.（In Chinese）

Comprehensive Evaluation of EV Charging Equipment Performance Based on Variable Weights Analysis Method

YAN Xiang-wu1?，LI Yan-yan2，ZHANG He-chuan1，WANG Li-na1

（1.State Key Laboratory of New Energy Power System，North China Electric Power Univ，Baoding，Hebei 071003，China；2.State Power Grid Customer Service Center，Tianjing 300140，China）

The variable weights analysis method was used to evaluate the charging equipment performance.A comprehensive evaluation index system for EV charging equipment performance was established.And the method for indexes to get evaluated value and to be quantified uniformly was discussed，which was followed by principle and procedure of weight calculation by using variable weight analysis method.Finally，a software was designed to analyze and evaluate the test data，and the software was used to analyze the test data of two chargers，and then，the final result was obtained by using variable weight analysis method.The analysis results have shown that variable weight analysis method can be used efficiently to evaluate EV charging equipment performance，and the results highlight the role of the weak part，making the evaluation more reasonable.This method can not only be applied to the evaluation of EV charging equipment performance，but also to the comprehensive evaluation of other complex systems.

book=87,ebook=23

electric vehicle（EV）；charging equipment；comprehensive evaluation；variable weight analysis；performance index

U482.3

A

2013-08-06

國家高技術研究發展計劃（863計劃）（2011AA11A279）

顏湘武（1970－），男，湖南醴陵人，華北電力大學教授，博士生導師

?通訊聯系人，E-mail：xiangwuy＠ncepu.edu.cn

1674-2974（2014）05-0086-08