試論電動汽車充電站對電網(wǎng)電能質量影響

趙禮瑾++吳東華

摘 要：本文主要針對電動汽車充電站對電網(wǎng)電能質量影響進行探討，在分析電動機器的充電站分類基礎上，提出充電引起電能質量問題，并重點分析了相應的解決策略，希望對于今后的電動汽車充電站發(fā)展和建設具有一定幫助。

關鍵詞：電動汽車充電站，電網(wǎng)電能質量，充電站分類，諧波問題

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0116-01

世界各國政府和人民越來越重視智能電網(wǎng)技術的發(fā)展，智能電網(wǎng)中一個重要組成部分就是電動汽車，其往往具有較為廣闊的發(fā)展前景。當前，汽車企業(yè)在金融危機后正進入全面的能源轉型期，全世界都已經(jīng)認識到大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的潛力?？梢灶A計，電動汽車的廣泛普及在未來城市中必不可少，通過大規(guī)模電動汽車充電站的運營能有效滿足推進低碳經(jīng)濟、發(fā)展清潔環(huán)保型電力能源的需求。

1 充電站分類概述

1.1 第一類充電機

在第一類充電機中，其結構主要是由斬波電路、不可控整流電路、工頻變壓器、濾波裝置等組成。分析這種充電機主要特點，其主要包括動態(tài)性能好、直流側電壓紋波小、需要采用體積較大的工頻變壓器，其主要的缺點則是存在過大的充電機諧波電流，不合適接入公用電網(wǎng)。

1.2 第二類充電機

分析第二類充電機的結構組成，其主要包括三項不控整流、工頻變壓器、高頻變壓器隔離DC-DC變換器，還有相關的濾波裝置等。這類型的主要特點則是，具有比較好的動態(tài)性能、較小的直流測電壓紋波、為了具有較小的裝置體積而采用高頻隔離。這種充電機具有低廉的價格，盡管存在相對較高的諧波含量，在消費者中接受度較廣，則為主流的充電機。

1.3 第三類充電器

分析第三類充電機的結構，其主要是由高頻變壓器隔離DC-DC變換器、三相PWM整流器、以及相關的濾波裝置。其中，PWM整流技術在其整流側采用，存在較低的諧波成分，較高的功率因數(shù)，能夠滿足5%以下的注入電網(wǎng)的電流總畸變率。要想使得裝置體積減小，還能采用高頻隔離技術，還具備較高的變換效率，這種充電機具有技術上的一定優(yōu)勢，但是，生產(chǎn)成本由于采用PWM技術而大大增加，還難以較為廣泛應用。

2 充電引起電能質量問題探討

這里通過某高頻充電機對配電網(wǎng)電能質量影響進行說明，其中，諧波污染則是電動汽車充電機配電網(wǎng)的電能質量的主要影響方面。對于連接城市電網(wǎng)運行的電動汽車充電站連接來說，配電網(wǎng)必然受到其產(chǎn)生的諧波污染的影響，這種不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，對于電能表來說，造成用戶支出電費增加，這是因為計費時的電能表則會把諧波作為有功功率；二是，對于變壓器來說，變壓器的銅耗以及雜散損耗會因為諧波電流而增加，鐵耗則因為諧波電壓而增加，變壓器的噪聲增大也是由于諧波注入影響；三是，對于輸電線路來說，使得線路損耗和發(fā)熱量增加；四是，對于電設備來說，計算機等電視設備在諧波較高的影響下而會產(chǎn)生誤動作，造成出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)；五是，對于補償電容器組來說，電容器的壽命也受到注入的諧波電流的影響，這是因為其能造成電容器的電壓和發(fā)熱量升高，大大縮短其實用壽命；六是，對于繼電保護裝置來說，在諧波電流的影響下，某些繼電保護裝置是由序分量過濾器組成，容易受到諧波電流的干擾，而不能正常工作。

在電力系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波并進行傳播，這是系統(tǒng)中的公害，則會對于電網(wǎng)電能質量帶來極大問題，嚴重干擾到各種電力設備的正常運行，應該采取一定有效措施。

3 充電站諧波治理措施分析

3.1 利用12脈動橋式整流電路

利用一臺三繞組變壓器，并聯(lián)兩個6脈動整流橋，同時，變壓器二次側一個進行相關的星形連接，另外一個則成三角形連接，要求整流電源每相應該相互彼此錯開π/6，這樣就能構成12脈動整流電路。其中，在12脈動橋式整流電路中，電流的各次諧波有效值則與其次數(shù)成反比關系，在越高的次數(shù)下，其有效值則越小，這樣無疑有利于諧波的濾除。

3.2 采用APF有源電力濾波器

在充電站諧波治理中利用有源電力濾波器，其基本思想則是把諧波電流分量在電動汽車充電機所產(chǎn)生的諧波電流中進行檢測，和該分量大小相等但是存在相反極性電流分量則由該補償裝置產(chǎn)生，并進行相關有效地消除抵消，從而使得電網(wǎng)中流入的電流僅含有基波分量。利用APF裝置的多樣化補償功能，具有較快的動態(tài)響應速度，能夠有效進行補償無功和抑制閃變，電網(wǎng)阻抗并不影響到其補償特性，其則是完全由自身運算和控制電路所決定。

3.3 利用功率因素校正技術

為了有效使得功率因素得以提高，同時，有效降低電流諧波含量，可以進行升壓型的有源功率因素校正裝置在充電機端安裝?；ㄒ蛩乜梢酝ㄟ^安裝功率因素校正裝置來進行提高，使得電流中的基波分量有效提高，使得諧波含量含有率則有所減少，滿足諧波減小的效果。對于理想情況來說，功率因素校正能夠在有源功率因數(shù)校正裝置作用下而達到0.99左右，這樣就能夠明顯減小諧波含量。

3.4 增加動態(tài)無功補償裝置

通過公式能夠反映系統(tǒng)的承受諧波能力，在增加相關的動態(tài)無功補償裝置后，包括靜止無功發(fā)生器（SVG）或者靜止無功補償器（SVC），無功補償裝置則對于注入電網(wǎng)無功的動態(tài)調節(jié)具有一定作用。這樣的情況下，保證電網(wǎng)電壓不變，也能增加電網(wǎng)可容許總諧波電流的最大有效值，使得電網(wǎng)的承受諧波的能力有所提高。

3.5 選擇充電站容量較大的電源系統(tǒng)進行供電

選擇充電站容量較大的電源系統(tǒng)進行供電的情況下，從低壓母線一側端口以及諧波源來看，都存在降低的等值阻抗值，在變壓器高、低壓側由整流裝置所產(chǎn)生的諧波的電壓畸變率都呈現(xiàn)降低的狀態(tài)，這樣也能夠使得系統(tǒng)諧振點向頻率更高點進行移動。

4 結語

崇明島是世界最大的河口沖積島，作為大都市圈內(nèi)的特殊生態(tài)系統(tǒng)，已成為發(fā)展中國家區(qū)域轉型生態(tài)發(fā)展模式的樣本。本文主要通過在電動汽車充電站進行裝設相關的12脈動橋式整流電路、有源電力濾波器、應用功率因素校正、增加動態(tài)無功補償裝置以及選擇較大的電源系統(tǒng)等措施，來進行有效治理諧波影響問題。希望能在打造世界級生態(tài)島建立生態(tài)文明特區(qū)的建設中提供一些幫助。

參考文獻

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