多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁對(duì)電網(wǎng)諧波影響與研究

林 旭

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510030）

0 引 言

眾所周知，目前電動(dòng)汽車(chē)都在推行快速充電。這種快速充電樁內(nèi)部含有整流裝置，它的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載蓄電池充電。整流裝置就是一個(gè)重要的諧波污染源，因此電動(dòng)汽車(chē)充電樁會(huì)造成對(duì)于供電系統(tǒng)的諧波污染，進(jìn)而導(dǎo)致功率因數(shù)降低。這在一定程度上會(huì)影響供電系統(tǒng)電能質(zhì)量，還會(huì)在用電高峰的情況下，進(jìn)一步增加供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電樁多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)純電動(dòng)充電樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。

圖1 多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)純電動(dòng)充電樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

2 電動(dòng)汽車(chē)充電樁諧波分析模型

在傳統(tǒng)的諧波模型構(gòu)建中，一般是借助簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施對(duì)于整流中的充電樁諧波特點(diǎn)分析，但是其對(duì)于充電樁在功率變換環(huán)節(jié)中存在的大量非線(xiàn)性元件沒(méi)有有效的把握和分析，一般將其視為電阻等效，這樣就會(huì)將這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于諧波產(chǎn)生的影響忽略，此次研究的電動(dòng)汽車(chē)充電樁諧波分析模型，是對(duì)于兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的充電樁諧波進(jìn)行對(duì)比分析。

因此，嘗試對(duì)于傳統(tǒng)模型進(jìn)行改造，主要是采取相應(yīng)的諧波分析方法進(jìn)行改進(jìn)，將充電樁的整流和功率變換中的諧波影響考慮在內(nèi)，構(gòu)建多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁模型，這里主要用的是快速傅里葉變換法開(kāi)展諧波影響分析。

此次分析的多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是針對(duì)不控整流+高頻DC/DC 變換器類(lèi)型組合和PWM 整流+高頻DC/DC變換器類(lèi)型組合兩類(lèi)，對(duì)于這兩種結(jié)構(gòu)的充電樁在應(yīng)用中產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波影響情況進(jìn)行分析。在構(gòu)建好相應(yīng)的諧波分析模型后，下一步就是采取仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證相關(guān)諧波影響情況。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

依照多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁諧波分析模型，借助相應(yīng)的平臺(tái)構(gòu)建兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真模型，考慮到充電樁在不同充電階段會(huì)出現(xiàn)不同的諧波影響，因此在仿真實(shí)驗(yàn)中也設(shè)置了不同電壓以及電流，滿(mǎn)足相關(guān)充電樁的諧波特點(diǎn)分析需求。

鑒于電動(dòng)汽車(chē)充電樁在不同充電階段產(chǎn)生的諧波特點(diǎn)差異性，設(shè)置相應(yīng)的諧波產(chǎn)生環(huán)境，分別就不同電流、電壓以及充電功率下的諧波產(chǎn)生情況進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的3 種不同仿真工況分別是：第一，電壓、電流以及充電功率分別為180 V、60 A、16 kW；第二，電壓、電流以及充電功率分別為200 V、180 A、32 kW；第三，電壓、電流以及充電功率分別為500 V、180 A、40 kW。 最終的仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表1），在3 種不同工況中，充電功率不斷增長(zhǎng)，這兩類(lèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁在配電變壓器高壓側(cè)總諧波電流畸變率不斷降低。

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)可知，第一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電機(jī)的總諧波電流畸變率依然超過(guò)兩成，而第二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電機(jī)的總諧波電流畸變率要比第一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電機(jī)的數(shù)值小很多。

表1 不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在3 種不同仿真工況下總諧波電流畸變率

4 結(jié) 論

設(shè)置不控整流+高頻DC/DC 變換器類(lèi)型組合以及PWM 整流+高頻DC/DC 變換器類(lèi)型組合兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁，對(duì)于不同工況下兩類(lèi)充電樁具體對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波影響進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。在具體的實(shí)驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，PWM 整流+高頻DC/DC 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁在不同工況充電中，總諧波電流畸變率要比不控整流+高頻DC/DC 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁的數(shù)值小很多。因此，PWM 整流+高頻DC/DC 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電樁更具有使用的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)價(jià)值更大，值得應(yīng) 用推廣。