朱黎+++陳忠潤(rùn)

摘 要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，電動(dòng)汽車技術(shù)成為汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，并得到我國(guó)政府的大力支持。作為配套設(shè)施的電動(dòng)汽車充電站相應(yīng)的也得到快速發(fā)展，但充電機(jī)作為一種非線性設(shè)備，產(chǎn)生諧波電流，大量電動(dòng)汽車充電站接入電網(wǎng)，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)較大的影響，因此開(kāi)展對(duì)于電動(dòng)汽車充電站的相關(guān)研究就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電站；電網(wǎng)；諧波；影響；抑制措施

電動(dòng)汽車充電機(jī)采用整流技術(shù)，將交流電通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)輸出控制回路直接向汽車充電。整流設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高次諧波，影響供電電能質(zhì)量，干擾同一連接點(diǎn)的用電客戶，直接影響站內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起變壓器、電纜、補(bǔ)償電容器組、電子測(cè)控裝置等設(shè)備的燒毀或誤動(dòng)。對(duì)電動(dòng)汽車充電站諧波進(jìn)行評(píng)估及限值計(jì)算，并提出相應(yīng)措施加以治理十分重要。

一、充電站充電模式

充電站GTBC-500200直流充電機(jī)采用BMS（電池管理系統(tǒng)）充電方式。在BMS充電方式下，充電機(jī)能夠根據(jù)BMS提供的信息改變充電策略和輸出電流，既能實(shí)現(xiàn)常規(guī)充電，又能實(shí)現(xiàn)快速充電，提高了充電的安全性和智能化水平，簡(jiǎn)化了一些繁瑣工作。充電機(jī)的操作界面使用圖形化的觸摸屏，可以詳細(xì)顯示各個(gè)模塊的工作狀態(tài)及電池的狀態(tài)。充電機(jī)使用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線與BMS實(shí)時(shí)通信，對(duì)蓄電池的快速充電進(jìn)行優(yōu)化和可靠保護(hù)。同時(shí)充電機(jī)采用CAN總線與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)和充電樁實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，達(dá)到智能充電的目的。充電機(jī)也可以采用手動(dòng)工作模式，設(shè)置手動(dòng)控制電壓、電流和充電時(shí)間，適合于沒(méi)有CAN通信的應(yīng)用場(chǎng)合。

二、諧波測(cè)試分析

充電站供電變壓器容量為1000kVA，其供電電壓為交流380V，測(cè)試時(shí)充電機(jī)采用55A的充電電流對(duì)電動(dòng)客車進(jìn)行充電。該電動(dòng)客車容量為60Ah，充滿電該車可行駛10km左右。

充電前的A相電壓總諧波畸變率為4.55%～4.75%，充電后驟升至5%以上，大于GB/T14549-93規(guī)定的5%限值。充電時(shí)各次電壓諧波含有率，其中影響電網(wǎng)的電壓諧波主要為3次諧波，各相電壓諧波3次含有率均大于GB/T14549-93規(guī)定的4%限值。分析充電前后的現(xiàn)象和各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，電壓畸變主要是由充電機(jī)整流時(shí)產(chǎn)生的諧波電流引起的。

三、諧波治理的措施

（一）增大充電機(jī)的濾波電感

從充電站的諧波特點(diǎn)可以看出，濾波電感的大小直接影響諧波大小。以30臺(tái)充電機(jī)同時(shí)工作的充電站為例，設(shè)Rch=3.4，在采用不同濾波電感情況下，將A相基波和各次諧波有效值記錄。

充電機(jī)的電流總畸變率隨濾波電感的增大而下降，諧波電流有效值也隨之減小。所以，合理增大充電機(jī)的濾波電感，可以降低充電機(jī)的電流畸變率，減小諧波電流，此方法簡(jiǎn)便實(shí)用，但是，會(huì)增加充電機(jī)的體積、功率損耗和制造成本。

（二）增大整流裝置的脈波數(shù)

通常情況下，充電機(jī)的整流模塊采用三相橋式整流，在電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的諧波電流以5，7次含量較大，為抑制低次諧波，可增大整流裝置的脈波數(shù)。比如采用移相多重聯(lián)結(jié)技術(shù)，為節(jié)約成本，可以現(xiàn)有充電機(jī)為基礎(chǔ)，將變壓器改裝為雙二次繞組，使2組容量相同的6脈波整

流裝置經(jīng)30°移相構(gòu)成1套脈波整流裝置當(dāng)其他條件相同情況下，6脈波整流和12脈波整流充電機(jī)的高壓側(cè)5，7次諧波電流大小。

從圖中可以看出，6脈波整流時(shí)諧波電流為1A數(shù)量級(jí)，12脈波整流時(shí)，諧波電流大幅減小，降低至10-3A數(shù)量級(jí)，基本不用考慮5，7次諧波的影響。所以，采用移相多重聯(lián)結(jié)增大脈波數(shù)的整流技術(shù)，可以大幅減小電網(wǎng)電流諧波，一定程度上也提高了功率因數(shù)。

（三）安裝濾波裝置

LC調(diào)諧濾波器是傳統(tǒng)補(bǔ)償無(wú)功及諧波的主要手段，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，既可補(bǔ)償無(wú)功又可抑制諧波。但LC調(diào)諧濾波器容易受溫度、頻率、負(fù)載變化等影響濾波效果差，甚至?xí)c系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，一般適用于固定諧波的靜止補(bǔ)償。對(duì)于諧波時(shí)變的充電站而言，有源電力濾波器更適合用，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的目的，彌補(bǔ)無(wú)源濾波裝置的缺陷。例如瑤海充電站接入點(diǎn)母線為10kV，基準(zhǔn)短路容量147MVA，變壓器選取10/0.4kV，容量1000kVA，充電機(jī)仍然選擇上述型號(hào)，30臺(tái)充電機(jī)同時(shí)工作，仿真得到充電站接入點(diǎn)處各次諧波電流的有效值，并記錄。

通過(guò)對(duì)比看出，APF投入后各次諧波得到有效抑制。其中，5次諧波由8.6373A減小為1.8254A，7次由3.6416A減小為1.1331A，用戶側(cè)電流總諧波畸變率THDi由20.9%降低至5.4%?？梢?jiàn)，有源電力濾波器APF可以有效地治理充電站的諧波問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

充電站在無(wú)濾波、無(wú)補(bǔ)償情況下對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)電壓和電流諧波等問(wèn)題，降低了供電電網(wǎng)的電能質(zhì)量，對(duì)充電站自身和其他用戶造成了危害，應(yīng)按照電能質(zhì)量有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行治理，采用快速動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償?shù)拇胧┠軌驖M足電能質(zhì)量有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。充電站采用帶PFC新型充電機(jī)時(shí)，充電站諧波水平、電壓波動(dòng)、功率因數(shù)均能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。這種充電機(jī)雖然價(jià)格較貴，但節(jié)省了濾波裝置和電容器組費(fèi)用，節(jié)省了充電站占地面積，減少維護(hù)設(shè)備數(shù)量，是未來(lái)充電站設(shè)備配置的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]程浩，王光漢.電動(dòng)汽車充電諧波抑制技術(shù)的進(jìn)展[J].電子世界，2014（17）：66-66.