目前电动汽车的推广应用已进入新的发展阶段，随着电动汽车配套基础设施建设规模的不断扩大，对充电站高效性、安全可靠性等指标的要求进一步提升，迫切需要设计自动化程度高、运行可靠、 高效节电、使用维护方便的监控和信息管理系统。 电动汽车充电站监控管理系统作为电动汽车充电站不可缺少的组成部分，能够全面监控站内设施及电动汽车充电过程，可根据实际需求对充电站各类运行数据进行统计分析，协助完成充电站运营管理，保障整个电动汽车充电站安全可靠运行。电动汽车充电站监控管理系统在充电站的建设工作中具有举足轻重的地位，也是充电站技术实力和成熟程度的标志。

目前电动汽车充电站的建设规模普遍较小，充电桩配置数量一般为5~30台，通信数据量不大，当前充电站监控系统的配置可完全满足需求。但随着电动汽车推广速度的不断提升，大型充电站在今后很短时间内有可能成为发展建设的主流，充电站监控管理系统将管理更多数量的充电桩，对系统的性能提出了更高的要求。为保障系统具有良好的性能和使用寿命，一般在设计阶段会对系统的扩展性和整体性能进行综合测试。在诸多测试手段中，仿真技术的应用是1种重要方法。利用仿真技术开展智能设备的仿真研究目前已有较多，如基于测试平台的研究^[1-2]，基于可靠性的研究^[3-4]及故障仿真的研究^[5]，基于通信协议的仿真研究^[6-7]等。本文针对内蒙古电力科学研究院研发的充电站监控管理系统，利用软件技术对充电桩的通信行为和通信报文进行仿真，通过对比监控系统中实时监控响应时间、历史查询响应时间和CPU使用率，测试系统不同模拟状态下的性能。

试验在10台PC（CPU：i3，主频：3.4 GHz，内存：4GB）上运行模拟400台仿真充电桩程序，每台模拟40台仿真充电桩。分别对监控系统、充电桩控制程序以及充电桩仿真程序进行测试参数配置，将400 台仿真充电桩的报文分别发送到站级监控服务器的10个端口，站级监控服务器端口范围从6000— 6009，如图 1所示。然后通过充电桩控制程序发送命令控制仿真充电桩的行为。充电桩控制程序分别发送预约命令、充电桩命令以及故障告警等命令，使仿真充电桩同时向站级监控服务器发送报文，从而完成压力测试过程。

图 1(Figure 1)

图 1 模拟测试系统网络架构

充电站监控系统于2013年完成开发，系统借助 CAN通信协议或TCP/IP协议接入各种类型充电设备，具有电动汽车、动力电池、充电桩实时监控和信息管理等功能。此外，本地监控系统可以通过TCP/ IP协议与多个上级监控系统进行通信，实现分级和远程监控的目的，系统结构具有较强的可伸缩性，可以满足充电设施规模扩容的需求。

试验中所使用的充电桩仿真模拟软件包括仿真充电桩程序和充电桩控制程序，分别见图 2和图 3。仿真充电桩和真实充电桩的通信行为一样，都是通过程序控制，只是控制的编程语言不同。充电桩控制程序相当于充电站的管理者（如图 3所示），它可以向仿真充电桩发送刷卡登录命令、充电桩控制命令、故障告警命令等，仿真充电桩在接收到命令后可以模拟真实充电桩开始上传刷卡登录报文、 开始充电报文、充电过程报文、故障告警报文以及电池管理系统报文等各类报文和数据。

图 2(Figure 2)

图 2 仿真充电桩参数配置

图 3(Figure 3)

图 3 充电桩控制程序界面

并发测试前，对只监控1台标准充电桩的监控系统数据与使用1台仿真充电桩充电监控系统数据进行了对比，得到系统的实时监控响应时间、历史查询响应时间以及CPU使用率测试数据，见表 1。 通过对比测试结果，发现仿真1台充电桩的测试结果和1台标准充电桩的测试结果基本一致。其实标准充电桩也是由内部嵌入式程序进行控制的，只是标准充电桩和仿真充电桩的控制程序编程语言不同，而编程语言的执行效果差别很小，因此在本试验中，可以认为仿真充电桩能够正确模拟标准充电桩的工作流程，可以保证测试的准确性。

表 1(Table 1)

表 1 单台标准充电桩与仿真充电桩的对比测试

表 1 单台标准充电桩与仿真充电桩的对比测试

图 4为模拟30、90、200、400台充电桩对系统进行并发压力测试得到的实时监控响应时间曲线。 测试结果表明，相同控制命令情况下，监控充电桩数量越多，系统实时监控响应时间越长。在充电桩数量一定条件下，故障控制命令的响应时间最长。在400台充电桩同时故障时系统的实时监控响应时间为4 s；在400台充电桩同时充电时系统的实时监控响应时间为2.6 s，在一半数量的充电桩同时充电以及一半数量充电桩故障时系统的实时监控响应时间为3.2 s。各响应时间都在合理范围内，能满足实际充电站充电桩的监控需要。

图 4(Figure 4)

图 4 充电桩在不同指令状态下系统的实时监控响应时间测试结果

图 5为模拟30、90、200、400台充电桩对系统进行并发压力测试时，得到的历史查询响应时间的测试曲线。结果显示不同控制命令情况下响应时间变化趋势与实时监控响应时间测试结果一致。在 400台充电桩同时故障时系统的历史查询响应时间为4.54 s，在400台充电桩同时充电时系统的历史查询响应时间为2.85 s；在一半数量的充电桩同时充电而另一半数量充电桩同时故障时，系统的历史查询响应时间为3.63 s。响应时间都在合理范围内，能够满足实际充电站充电桩的监控需要。

图 5(Figure 5)

图 5 充电桩在不同指令状态下系统的历史查询响应时间测试结果

图 6为模拟30、90、200、400台充电桩工作时，系统的CPU使用率测试曲线。不同控制命令情况下的响应时间显示了与实时监控、历史查询响应时间相似的变化趋势。在400台充电桩同时故障时，系统的CPU使用率为28%，在400台充电桩同时充电时，系统的CPU使用率为22%；在一半数量的充电桩同时充电而另一半数量的充电桩故障时，系统的CPU使用率为23%。CPU使用率都在合理范围内，能够满足实际充电站充电桩的监控需要。

图 6(Figure 6)

图 6 充电桩在不同指令状态下系统CPU使用率测试结果

在测试过程中发现，如果反复加入故障指令，系统的响应速度会略有降低。这是由于系统进行故障分析对实时性的要求更高，需要实时分析判断故障类别，因此CPU使用率也高。考虑到实际工作中大量充电桩同时发生故障的概率非常小，因此总体认为该充电监控管理系统能够实现对400台充电桩的集群监控管理。

本文提出了针对电动汽车充电站监控管理系统的仿真并发测试方法，通过开发仿真充电桩程序，采用UDP通信技术与电动汽车充电站监控管理系统实现通信，成功模拟测试了30、90、200、400台交直流充电桩集群监控管理下的系统性能。测试结果表明，系统性能在规模化充电的压力测试下表现良好，充电站监控管理系统能够在PC机上实现对400台充电桩的集群监控管理。