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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問題交給領(lǐng)步400-056-5258

淺析：電動汽車充電系統(tǒng)對電能質(zhì)量的影響及對策

返回列表來源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2016-04-07分享加入收藏關(guān)注：-

實時新聞1

1、新能源汽車充電系統(tǒng)簡介

1.1 電動汽車充電設(shè)施及工作過程
電動汽車充電設(shè)施是為電動汽車上的動力電池提供電能補給，是發(fā)展電動汽車的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。充電設(shè)施主要包括充電站和充電樁，充電站主要包括供電系統(tǒng)、充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及配套系統(tǒng)。
（1）充電站供電系統(tǒng)為充電站內(nèi)充電設(shè)備提供電源，主要由開關(guān)、變壓器及線路和監(jiān)測、保護、控制裝置等組成。
（2）充電站充電設(shè)施為充電站的核心設(shè)備，主要包括交流充電機、充電樁、充電裝置、計費裝置、電池更換設(shè)備等。
（3）充電站監(jiān)控系統(tǒng)包括充放監(jiān)控系統(tǒng)和安保監(jiān)控系統(tǒng)。
由一臺或多臺工作站或服務(wù)器組成。安保監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)充電站內(nèi)安保和充電設(shè)施的數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控等工作；充放監(jiān)控系統(tǒng)對整個充電系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進行存儲和統(tǒng)計分析，提供數(shù)據(jù)服務(wù)及其他應(yīng)用服務(wù)。
（4）充電站配套設(shè)施為充電站提供輔助服務(wù)的充電工作區(qū)、辦公室、消防設(shè)備等。電動汽車充電樁運行流程如下：首先，電網(wǎng)10kV的電壓輸入充電站，經(jīng)變壓器降壓得到相電壓為400V的電壓，輸入充電樁；充電樁將對輸入的電流進行整流，對電流進行放大，使電壓和電流幅值滿足電池充電的要求，達到正常充電的目的。

電動汽車充電樁

1.2 充電樁的諧波特性
目前三相不可控整流電路在充電樁中普遍得到采用，因此在交流側(cè)產(chǎn)生的諧波特點如下：
(1)諧波次數(shù)為5、7、11、13、17、19…，且諧波幅值與諧波次數(shù)成反比關(guān)系，次數(shù)越高、幅值越小。
(2)濾波電感、高頻功率變換電路等效輸入電阻、濾波電容和輸入電源電壓有效值的變化決定了單相電流的基波有效值和各次諧波的有效值的特性。
(3)諧波電流與基波的比例與負(fù)載的大小有關(guān)，并不是一個特定的值。濾波電感越大，
則諧波電流含量越小，基波電流越大；負(fù)載越輕，諧波電流含量越大，基波電流越小。
(4)在濾波電感、濾波電容和輸入電源電壓有效值一定時，輸出功率越大，高頻功率變換電路等效輸入電阻越小，則諧波電流有效值越大。

1.3 充電站的諧波特性
一般來說，一個充電站中含有許多充電樁，充電樁與公共電網(wǎng)連接之間需要配備變壓器。充電站中多臺充電樁同時工作時，多臺充電樁輸入電流之和是供電網(wǎng)輸入充電站的總電流。當(dāng)充電樁輸出功率發(fā)生變化時，輸入電流的某次諧波的幅值和相角都將發(fā)生變化。也就是說，同時工作的幾臺充電樁，當(dāng)輸出功率不同時，各自產(chǎn)生的同次諧波會發(fā)生相互抵消的現(xiàn)象，尤其是對于高次諧波，從而使得充電站的各次電流諧波小于所有充電樁的電流諧波之和。
充電站諧波特點總結(jié)如下:
(1)3、5、7、11、13次為主要諧波次數(shù)，其中含有率Z大是5次諧波電流，次之的是7
次諧波電流。
(2)當(dāng)多臺充電樁同時工作時，電流總諧波畸變率會變小，主要是因為不同充電樁產(chǎn)生的諧波電流可以相互抵消；同時，電流總諧波畸變率波動小于單臺充電樁的波動情況。因此，一般情況下，工作的充電樁臺數(shù)越多，電流總諧波畸變率越接近某一恒定值。

2、電動汽車充電站電能質(zhì)量改善方法研究
2.1充電樁供貨商諧波治理
充電樁供貨商諧波治理是從源頭是治理諧波的Z積極和有效的方式。充電樁供貨商在設(shè)備制造過程中，可采用有效的技術(shù)降低設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流，同時考慮諧波電流的疊加效應(yīng)，具體措施包括脈寬調(diào)制法和增加整流器的脈動數(shù)。
(1)脈寬調(diào)制法：
在所需的頻率周期內(nèi)，采用脈寬調(diào)制法，為一至多臺充電樁提供直流輸入，然后將直流電壓調(diào)制成幅度相等但寬度不等的系列交流，并輸出電壓脈沖，從而實現(xiàn)減少諧波對電網(wǎng)的沖擊。采用脈寬調(diào)制法可以提高充電樁的功率因素，降低注入的電網(wǎng)諧波電流，使得總畸變率減少到5%，裝置體積較小，各次諧波電流也小，高頻隔離，動態(tài)性能好，輸出紋波低，變換效率高。
(2)增加整流器的脈動數(shù)：

充電樁中整流器是諧波主要的來源之一。通過增加電動汽車充電設(shè)施的整流脈動數(shù)，可平滑電流的波形，降低諧波污染。

2.2設(shè)計單位的諧波治理
在設(shè)計建設(shè)方案時，設(shè)計單位應(yīng)首先模擬并評估充電站投運后可能對電網(wǎng)接入點及區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)絡(luò)的影響，從接入點選擇、變壓器容量、充電站接線方式等多方面進行優(yōu)選。
(1)對電網(wǎng)接入點的選擇
當(dāng)充電站采用公用變壓器供電時，充電站注入的諧波電流會流入其他用戶，從而危害到380V母線上接入的其他低壓用戶，導(dǎo)致電壓畸變。此外，當(dāng)充電樁的功率因數(shù)較高時，采用傳統(tǒng)無源濾波裝置不容易解決問題，甚至導(dǎo)致無功過補現(xiàn)象。因此，在充電站多臺充電樁同時運行時，需要采用專用變壓器供電。當(dāng)充電站采用專用變壓器供電時，專用變壓器高壓側(cè)是電能質(zhì)量考核點針對性的選擇位置。如果接入點的電能質(zhì)量達不到規(guī)定的限值，應(yīng)采取一定的技術(shù)措施進行治理諧波電流。
(2)變壓器容量的選擇
變壓器的容量應(yīng)能滿足所有用電設(shè)備的額定負(fù)荷，并在此基礎(chǔ)之上留有一定的容量裕度。

2.3電網(wǎng)側(cè)諧波治理
從負(fù)荷屬性來看，電動汽車充電站樁屬于諧波源負(fù)荷，充電時會向公用電網(wǎng)注入諧波電流，影響電網(wǎng)電流和電壓的質(zhì)量。因此為了確保電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，需要實施一定的措施來治理注入電網(wǎng)的諧波電流。這類方法是對已經(jīng)存在的諧波進行有效治理的重要積極措施，也是目前在電力系統(tǒng)中使用Z普遍的治理諧的方法，適用于已經(jīng)投運的電動汽車充電站。
(1)采用無源型交流濾波器
為了有效抑制和減少注入電網(wǎng)的諧波，無源型交流濾波器的安裝位置應(yīng)選在電動汽車充電樁設(shè)備的交流側(cè)，其治理原理為：諧振回路由L、C、R元件構(gòu)成，當(dāng)LC回路的諧振頻率與某一高次諧波電流頻率一致時，即可實現(xiàn)阻止該次諧波流入電網(wǎng)。但是，無源濾波器存在著放大諧波電流的概率、占地面大、且系統(tǒng)參數(shù)往往導(dǎo)致濾波裝置不能正常工作等缺點。
(2)采用有源濾波器裝置
與無源濾波器相比，北京領(lǐng)步LBAPF系列有源濾波器具有多重功能：第一，響應(yīng)快捷、高度可控，可以補償各次諧波，同時能夠補償無功功率、抑制電壓閃變；第二，整體來說性價比較為合理；第三，可自動跟蹤諧波的變化并對其進行補償，自適應(yīng)功能較高；第四，不受系統(tǒng)阻抗的干擾，可避免與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險。

APF橫豎模塊（中）

(3)統(tǒng)籌充電樁的數(shù)量
當(dāng)某個充電站中同時參與充電的充電樁數(shù)量增加時，會出現(xiàn)諧波，當(dāng)各充電樁諧波電流相位角大多數(shù)相反的情況下，輸入充電站的總諧波電流也會越小。但是也存在相同相位角諧波電流相互疊加的情況，這就要求我們隨時統(tǒng)籌充電樁的數(shù)量及充電狀態(tài)。
(4)采用容量較大的系統(tǒng)提供電力
采用容量較大的系統(tǒng)供電時，從端口低壓母線側(cè)和諧波源角度分析，充電樁等值阻抗值均得到了某種程度上的降低；在變壓器高、低壓兩側(cè)，整流裝置產(chǎn)生的諧波電壓畸變率均也得到了減少。
(5)電能質(zhì)量在線監(jiān)測
采用電能質(zhì)量在線監(jiān)測的另外一個目的是可以通過裝置的告警功能實現(xiàn)諧波報警和保護功能。

結(jié)束語
電動汽車的發(fā)展和普及離不開充電站的建設(shè)，而充電站中大量的充電樁充電時會向電網(wǎng)注入諧波電流，產(chǎn)生諧波污染，從而影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。因此，在充電站設(shè)計、建設(shè)、接入電網(wǎng)運行前有必要加以測試和解決諧波問題。

13年來北京領(lǐng)步始終專注于“諧波干擾危害治理”“高低壓特殊無功補償”兩方面進行辛勤耕耘與技術(shù)積累，專注成就品質(zhì)、質(zhì)量鑄就品牌，為各類諧波治理用戶提供“24小時技術(shù)咨詢”“免費檢測分析”“方案設(shè)計與性價比評估”，了解更多<特殊電能質(zhì)量問題診斷>，歡迎點擊我們的在線客服進行咨詢，或者直接撥打全國統(tǒng)一服務(wù)熱線400-056-5258，我們期待您的來電！