一种充电站的充电枪状态监测方法及系统与流程

1.本发明涉及电力充电技术领域，具体涉及一种充电站的充电枪状态监测方法及系统。


背景技术：

2.充电站一般特指电动车充电站、手机充电站和汽车加油站，是一种给电瓶、手机“加电”的设备。是一种高效率的充电器，可以快速的给电动车、手机、电动三轮车、老年代步车等充电。“电动车快速充电站”、手充电站可以像汽车加油站一样，在沿街商店、街道社区、报刊亭旁、存车棚等处设置。电动车充电站采用脉冲，具有较好的去硫化效果，可对电池首先激活，然后进行维护式快速充电，具有定时、充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护、四路输出等功能，配套万能输出接口，可对所有电动车快速充电。
3.充电枪是电力系统中最重要的输变电设备之一，其运行状态直接关系到整个电力系统的安全与稳定，因此保障充电枪的可靠运行至关重要。随着传感器技术、计算机技术的高速发展，对充电枪进行实时状态监测评估也逐渐成为可能。目前识别充电枪状态异常与否的主流做法是对充电枪的核心状态量进行在线监测，同时基于国家标准对这些核心状态量进行阈值判断，从而判断充电枪的状态异常与否。该方法虽然在一定程度上保障了充电枪的安全稳定运行，但也有其不可避免的缺点。一般情况下，充电枪故障是一个长久而持续的过程，故障对充电枪核心状态量的影响也是一个持续的过程。当充电枪核心状态量超过国家标准设定的阈值时，一般充电枪的状态已经发生变化，已经一定程度上影响了电力系统的安全与稳定。此外，充电枪监测平台在收集到大量在线监测数据后，仅依据阈值等人工经验对数据进行分析，使得数据的利用率很低，埋没了数据应有的价值，并未达到预期效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种充电站的充电枪状态监测方法及系统，以解决现有技术中仅依据阈值等人工经验对数据进行分析，使得数据的利用率很低，埋没了数据应有的价值，最终导致判别精度低的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：一种充电站的充电枪状态监测方法，包括以下步骤：步骤s1、采集充电枪的工况参数，并依据所述工况参数将全部所述充电枪按照工况属性划分为具有不同工况属性的多个监测集群，每个监测集群内包括具有同工况属性的所有充电枪；步骤s2、实时采集处于同一监测集群中的所有充电枪的运行状态量，并依据所述运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配筛选出处于异常运行状态的充电枪；步骤s3、对处于异常运行状态的所述充电枪进行状态预警，以提示职能部门对异
常运行状态充电枪的维护以及充电危险的规避。
6.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中，所述监测集群划分的具体方法包括：步骤s101、基于所述工况参数将所有充电枪分别量化为单个监测集群 ，其中表示第y台充电枪的工况参数的集合，表示第y台充电枪的第类工况参数，，，m为工况参数的总类别数目，n为充电枪的总数目；步骤s102、依次计算两监测集群的外相似性，并基于最大外相似性进行集群融合归一，所述集群的外相似性为两集群中相似性最大的一对充电枪之间的相似性，充电枪之间的相似性用果瓦系数进行度量：；其中，为充电枪和充电枪的果瓦系数，为充电枪和充电枪在和上的取值，和分别表示第y1、y2台充电枪的第个最优多阶特征，为加权变量，，，m为最优多阶特征的总数目，n为充电枪的总数目；步骤s103、重复步骤s102直至当前监测集群总数目是最初监测集群总数目的10%完成所述监测集群的划分，并将当前监测集群作为划分结果。
7.作为本发明的一种优选方案，依据所述运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配的具体方法包括：对各类监测集群中的所有充电枪运行状态量分别进行归一化处理为消除不同指标量纲带来的差异，所述归一化公式为：；其中，表示第台充电枪的运行状态量，表示第y台充电枪的第类运行状态量，n2表示监测集群中充电枪的台数，表示归一化处理后第y台充电枪的第类运行状态量，p为运行状态量的种类总数目，；量化同一监测集群中的充电枪两两之间的内相似度距离，所述内相似度距离用欧式距离度量，所述欧式距离的计算公式为：
；为充电枪和充电枪的欧式距离，、分别表示为第y1、y2台充电枪的第类运行状态量，，n2表示监测集群中充电枪的总数目，，p为运行状态量的种类总数目；设置内相似度距离阈值，基于所述内相似度距离阈值判定所述监测集群中充电枪的运行状态。
8.作为本发明的一种优选方案，基于所述内相似度距离阈值判定所述监测集群中充电枪的运行状况的方法包括：若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数量超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的60%且未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的80%，则判定充电枪y运行状态为普通异常；若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数量超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的80%且未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的100%，则判定充电枪y运行状态为紧急异常；若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数量未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的60%，则判定充电枪y运行状态为正常。
9.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中，对处于异常运行状态的所述充电枪进行状态预警以提示职能部门对异常运行状态充电枪的维护的具体方法包括：若充电枪y运行状态为普通异常，则位于所述充电枪y的外周部的可编辑状态码亮为第一异常状态色；若充电枪y运行状态为紧急异常，则位于所述充电枪y的外周部的可编辑状态码亮为第二异常状态色。
10.作为本发明的一种优选方案，本发明提供了一种根据所述的充电站的充电枪状态监测方法的监测系统，包括：数据采集单元，用于采集所述工况参数以及运行状态量；集群划分单元，与所述数据采集单元通讯连接，所述集群划分单元用于依据所述工况参数将全部所述充电枪按照工况属性划分为具有不同工况属性的多个监测集群，每个监测集群内包括具有同工况属性的所有充电枪；状态判定单元，与所述数据采集单元、集群划分单元通讯连接，所述状态判定单元用于依据所述运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配筛选出处于异常运行状态的充电枪；异常预警单元，与所述状态判定单元通讯连接，所述异常预警单元用于对处于异常运行状态的所述充电枪进行状态预警以提示职能部门对异常运行状态充电枪的维护以及充电危险的规避。
11.作为本发明的一种优选方案，所述数据采集单元包括设置在充电站端用于充电枪
工况参数采集的第一采集单元，以及设置在充电枪端用于充电枪运行状态量采集的第二采集单元，所述第一采集单元和第二采集单元分别与所述集群划分单元和状态判定单元通讯连接。
12.作为本发明的一种优选方案，所述异常预警单元包括设置在充电枪外周部的可编辑状态码，以及与所述可编辑状态码通讯连接的编辑平台，所述可编辑状态码包括中心状态显示区域和边缘日志显示区域，所述中心状态显示区域通过编辑平台依据状态判定单元反馈的充电枪状态来赋值以成为显示充电枪运行状态的所述颜色码，所述边缘日志显示区域通过编辑平台对状态判定单元反馈的充电枪状态进行历史保存并滚动显示以成为显示充电枪运行状态日志的所述字符码。
13.作为本发明的一种优选方案，所述编辑平台与所述状态判定单元通讯连接。
14.作为本发明的一种优选方案，所述通讯连接采用双模通信模块实现，所述双模通信模块包括hplc载波通信单元和无线通信单元。
15.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：本发明采用层次聚类算法将台账参数、工况数据相似的充电枪划分进同一监测集群，以此为依据的每一个监测集群中充电枪之间理应具有相似的状态，再通过同一集群中充电枪状态监测数据的互比较了解集群内设备的差异性，能迅速判断哪台充电枪处于异常状态，且异常检测准确率高，并为充电枪设置一种可编辑状态码，可依据充电枪的异常状态在进行编码编辑实现充电枪异常状态的预警以及对充电枪的异常状态进行历史日志的保存和显示，以供职能部门参考快速掌握充电枪的历史异常并进行综合处理，提高充电枪状态的监测效率和处理效率，提高安全性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
17.图1为本发明实施例提供的充电枪状态监测方法流程图；图2为本发明实施例提供的监测系统结构框图。
18.图中的标号分别表示如下：1
‑
数据采集单元；2
‑
集群划分单元；3
‑
状态判定单元；4
‑
异常预警单元。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，本发明提供了一种充电站的充电枪状态监测方法，包括以下步骤：步骤s1、采集充电枪的工况参数，并依据工况参数将全部所述充电枪按照工况属性划分为具有不同工况属性的多个监测集群，每个监测集群内包括具有同工况属性的所有
充电枪。
21.步骤s1中，监测集群划分的具体方法包括：步骤s101、基于工况参数将所有充电枪分别量化为单个监测集群，其中表示第y台充电枪的工况参数的集合，表示第y台充电枪的第类工况参数，，，m为工况参数的总类别数目，n为充电枪的总数目；步骤s102、依次计算两监测集群的外相似性，并基于最大外相似性进行集群融合归一，集群的外相似性为两集群中相似性最大的一对充电枪之间的相似性，充电枪之间的相似性用果瓦系数进行度量：；其中，为充电枪和充电枪的果瓦系数，为充电枪和充电枪在和上的取值，和分别表示第y1、y2台充电枪的第个最优多阶特征，为加权变量，，，m为最优多阶特征的总数目，n为充电枪的总数目；步骤s103、重复步骤s102直至当前监测集群总数目是最初监测集群总数目的10%完成监测集群的划分，并将当前监测集群作为划分结果。
22.其中，工况参数包括但不限于包括充电枪生产厂家、额定功率、额定电压、服役地点平均温度和湿度、服役时长，利用工况数据进行集群划分将具有相同的充电功能或表现的充电枪进行统一划分，即归属于同一监测集群中的所有充电枪具有相同的充电功能或表现，因此可进行将每个充电枪的独立监测转化为各个监测集群的统一监测，可快速提高监测效率。
23.本发明的基于集群管理的充电枪异常检测方法以同一集群中的充电枪作为基准，通过互比较判断充电枪的状态，能在充电枪故障发生早期识别出充电枪的异常，对于保障充电枪安全稳定运行意义重大。
24.本发明的基于集群管理的充电枪异常检测方法将集群管理的概念引入充电枪异常检测中，将相似的充电枪归在一起形成各个充电枪集群，有利于充电枪的长期监管。
25.步骤s2、实时采集处于同一监测集群中的所有充电枪的运行状态量，并依据运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配筛选出处于异常运行状态的充电枪；依据运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配的具体方法包括：对各类监测集群中的所有充电枪运行状态量分别进
行归一化处理为消除不同指标量纲带来的差异，归一化公式为：；其中，表示第台充电枪的运行状态量，表示第y台充电枪的第类运行状态量，n2表示监测集群中充电枪的台数，表示归一化处理后第y台充电枪的第类运行状态量，p为运行状态量的种类总数目，；量化同一监测集群中的充电枪两两之间的内相似度距离，内相似度距离用欧式距离度量，欧式距离的计算公式为：；为充电枪和充电枪的欧式距离，、分别表示为第y1、y2台充电枪的第类运行状态量，，n2表示监测集群中充电枪的总数目，，p为运行状态量的种类总数目；设置内相似度距离阈值，基于内相似度距离阈值判定监测集群中充电枪的运行状态。
26.利用监测集群中的所有处于正常状态的充电枪应具有相同的充电功能或表现，并且充电枪处于异常状态为小比例事件，充电枪处于正常状态为大比例事件，因此可通过对监测集群中所有充电枪进行内相似度比对，即处于异常状态的充电枪与处于正常状态的充电枪相似度差别大，从而实现将小比例的处于异常状态的充电枪从大比例的处于正常状态的充电枪筛选出来，完成充电枪运行状态的判定。
27.内相似度匹配可避免利用运行状态量和状态量阈值判断充电枪的状态异常与否，充分考虑了充电枪故障是一个长久而持续的过程，故障对充电枪运行状态量的影响也是一个持续的过程，并且内相似度匹配可以在充电枪运行状态量超过国家标准设定的阈值之前监测到充电枪的状态已经发生变化，具有一定的超前预测性，一定程度上保障了电力系统的安全与稳定。
28.基于内相似度距离阈值判定监测集群中充电枪的运行状况的方法包括：若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数量超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的60%且未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的80%，则判定充电枪y运行状态为普通异常；若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数量超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的80%且未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的100%，则判定充电枪y运行状态为紧急异常；若各类监测集群中与充电枪y的内相似度距离大于内相似度距离阈值的充电枪数
量未超过监测集群中包含的充电枪总数目n2的60%，则判定充电枪y运行状态为正常。
29.将异常状态分为普通异常和紧急异常，表明异常等级，为职能部门提供参考从而根据异常等级进行异常处理。
30.步骤s3、对处于异常运行状态的充电枪进行状态预警以提示职能部门对异常运行状态充电枪的维护以及充电危险的规避。
31.步骤s3中，对处于异常运行状态的充电枪进行状态预警以提示职能部门对异常运行状态充电枪的维护的具体方法包括：若充电枪y运行状态为普通异常，则位于充电枪y的外周部的可编辑状态码亮为第一异常状态色；若充电枪y运行状态为紧急异常，则位于充电枪y的外周部的可编辑状态码亮为第二异常状态色。
32.第一异常状态色、第二异常状态色可根据实际使用场景进行设定。
33.如图2所示，基于上述充电站的充电枪状态监测方法，本发明提供了一种监测系统，包括：数据采集单元1，用于采集工况参数以及运行状态量；集群划分单元2，与数据采集单元通讯连接，集群划分单元用于依据工况参数将全部所述充电枪按照工况属性划分为具有不同工况属性的多个监测集群，每个监测集群内包括具有同工况属性的所有充电枪；状态判定单元3，与数据采集单元、集群划分单元通讯连接，状态判定单元用于依据运行状态量对同一监测集群中的所有充电枪进行运行状态内相似度匹配筛选出处于异常运行状态的充电枪；异常预警单元4，与状态判定单元通讯连接，异常预警单元用于对处于异常运行状态的充电枪进行状态预警以提示职能部门对异常运行状态充电枪的维护以及充电危险的规避。
34.数据采集单元1包括设置在充电站端用于充电枪工况参数采集的第一采集单元，以及设置在充电枪端用于充电枪运行状态量采集的第二采集单元，第一采集单元和第二采集单元分别与集群划分单元和状态判定单元通讯连接。
35.异常预警单元4包括设置在充电枪外周部的可编辑状态码，以及与可编辑状态码通讯连接的编辑平台，可编辑状态码包括中心状态显示区域和边缘日志显示区域，中心状态显示区域通过编辑平台依据状态判定单元反馈的充电枪状态来赋值以成为显示充电枪运行状态的颜色码，边缘日志显示区域通过编辑平台对状态判定单元反馈的充电枪状态进行历史保存并滚动显示以成为显示充电枪运行状态日志的字符码。
36.中心状态显示区域可以为空赋值二维码中心位置的一个圆形区域，边缘日志显示区域为在该圆形区域外的边缘区域，圆形区域的图形是一个独立的操作二维码，可在编辑平台的编辑下实现颜色的更改，对应于充电枪的运行状态，包括对应于普通异常状态和紧急异常状态的第一异常状态色、第二异常状态色，以及对应于正常状态的基础二维码的黑白色，边缘区域的图形和圆形区域的图形在相交处配合组成一个全新独立的功能二维码。
37.本发明的可编辑状态可以空码赋值，内容根据充电枪的运行状态进行随时修改调整，让受用人随时获取最新的充电枪运行状态信息以及运行状态的历史日志，并且将普通
二维码的信息量以及信息形式进行了提升，使二维码拥有了视频、音频、图像、文字等等多项功能，完全可以满足状态预警的需求。
38.本发明通过特定的二维码图形设计将二维码分割成两个区域，一部分是进入进行实时运行状态预警，一部分是用来查询运行状态的历史日志记录，其图形利用了排列组合的方式，形成了无数的可能性，因此其功能性也大大增加，智能二维码信息传递及时，使用人随时编辑，随时调节，受用人可以即时看到运行状态信息的变化。
39.编辑平台与状态判定单元通讯连接。
40.通讯连接采用双模通信模块实现，双模通信模块包括hplc载波通信单元和无线通信单元。
41.本发明采用层次聚类算法将台账参数、工况数据相似的充电枪划分进同一监测集群，以此为依据的每一个监测集群中充电枪之间理应具有相似的状态，再通过同一集群中充电枪状态监测数据的互比较了解集群内设备的差异性，能迅速判断哪台充电枪处于异常状态，且异常检测准确率高，并为充电枪设置一种可编辑状态码，可依据充电枪的异常状态在进行编码编辑实现充电枪异常状态的预警以及对充电枪的异常状态进行历史日志的保存和显示，以供职能部门参考快速掌握充电枪的历史异常并进行综合处理，提高充电枪状态的监测效率和处理效率，提高安全性。
42.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。