如何減少充電樁在工作過程中對電網(wǎng)諧波的影響

電動車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響

大量電動汽車充電樁一旦接入到電網(wǎng)之中，會導致用電端部分承擔更多負荷，三相之間供電會出現(xiàn)交替，這樣就會造成諧波影響。具體而言，諧波指的是在電壓傳播的過程中，在電壓信號中夾雜的雜波信號。諧波可對電網(wǎng)內(nèi)潮流計算性造成影響，促使網(wǎng)絡(luò)的消耗量增加。尤其是高壓設(shè)備會出現(xiàn)額外消耗。諧波給通信線路可以造成兩種影響，分別是靜電感應(yīng)影響、電磁干擾影響。而多輸電線路不對稱運行時，則需對這兩種影響同時考慮。若輸電線路對稱運行，只需對高次諧波靜電感應(yīng)效應(yīng)予以考慮。從側(cè)面而言，諧波影響可以反映用電端給電網(wǎng)造成的污染，而充電樁動態(tài)污染，可對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行造成直接影響。電動車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響還體現(xiàn)在以下兩方面：（1）電動汽車的充電樁一旦接入到電網(wǎng)，因不同電動汽車的匯聚度不同、充電行為不同，一旦接入后，會對電網(wǎng)電壓水平造成影響。電壓改變會對電流造成影響，引發(fā)電流變化，而電網(wǎng)在低電壓狀態(tài)下運行時，可能會出現(xiàn)電網(wǎng)有功功率、無功功率增大，進而導致成本增加。（2）在電動汽車集中充電時，由于電量分配存在的限制，可導致電網(wǎng)承受較大用電負荷，這會對電力系統(tǒng)用電平衡造成影響。在分析充電樁對電網(wǎng)諧波造成的影響時，需建立仿真模型，展開細致化分析。

電動車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波影響的解決措施

在接入電動汽車充電樁時，硬采取措施來減輕接入行為對電網(wǎng)諧波造成的影響，具體可從以下幾方面入手：

3.1使用12脈波整流電路

在電動車汽車充電樁仿真模型中接入12脈波整流電路，探究其是否可以減少對電網(wǎng)諧波的影響。在充電樁開始充電的前30分鐘，輸出功率大的時候進行試驗，可以得到配電網(wǎng)低壓側(cè)電流的波形，再對圖形進行加以分析，可以觀察到12脈波充電樁電壓、電流諧波的變化規(guī)律，得出其公式：12k±1（k是正整數(shù)），電流波形與正弦波相接近。12脈波整流比6脈波整流相比，減少對諧波的影響，大大降低低壓側(cè)總電流畸變的百分率，試驗有效地證明增加脈動數(shù)可以抑制諧波。

3.2使用PWM整流技術(shù)

建立PWM數(shù)學模型，在經(jīng)過坐標的變換過程中，得到dp的數(shù)學模型，通過瞬間無功功率可以使電流內(nèi)環(huán)進行前饋解耦，成功完成電壓、電流雙閉環(huán)直接電流控制的模型搭建。在PWM整流模型進行試驗過程中，發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)可以進行調(diào)節(jié)，還可以的抑制諧波，地降低充電樁工作中對諧波的影響。在相同電壓的PWM整流模型試驗中，發(fā)現(xiàn)充電樁產(chǎn)生的諧波沒有明顯的規(guī)律變化，每次產(chǎn)生的諧波都各不相同。通過試驗證明使用PWM整流技術(shù)，可以抑制諧波，電流的低壓側(cè)總畸變率極低，使其能在單位功率因數(shù)下正常工作。

3.3添設(shè)無源濾波器

在配電網(wǎng)模型中，可以加入7次、5次單調(diào)諧濾波器與二階高通濾波器，在實驗操作中觀察低壓側(cè)電流的變化圖。從試驗得出的圖形數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)當3中無源濾波器同時加入時，圖形變化情況形狀接近于正弦波形，低壓側(cè)畸變率的百分比降低許多，可見無源濾波器對諧波抑制能力有限。

3.4添設(shè)有源濾波器

在電動車汽車充電樁工作運行中，可以嚴重影響電流的畸變，因此，可以選擇并聯(lián)型濾波器，來進行電流跟蹤控制，確保減少其影響。在配電網(wǎng)模型中加入有源濾波器，可以觀察到電流波圖更加接近正弦波，電流總畸變百分率降到更小。有源電力濾波器可以在充電樁工作過程中起到動態(tài)抑制諧波，對變化的諧波進行跟蹤，有源過濾器對諧波的治理效果十分顯著，大大降低諧波，使電網(wǎng)可以得到正常運行。

3.5對四種治理諧波效果進行比較分析

通過將12脈波整流電路、PWM整流技術(shù)、添設(shè)無源濾波器、添設(shè)有源濾波器接入到仿真模型中，觀察在電動車汽車充電樁工作中，各自產(chǎn)生的電流總畸變率THD，得出如下圖表格數(shù)據(jù)。充電樁類型低壓側(cè)電流THD（%）高壓側(cè)電流THD（%）

通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，PWM整流技術(shù)接入的充電樁設(shè)備，產(chǎn)生諧波少。在實際條件允許的情況下，可以使用這種方法，較少充電樁對諧波的影響。有源濾波器對諧波的治理也是十分，但其不能快速地跟蹤變化快的諧波電流，導致波形上有一些毛刺，需要對電路參數(shù)進行更合理的設(shè)置。

安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2.實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

參考文獻

[1]管永高，牛濤，倪盼盼.電動汽車直流充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響分析[J].電力需求側(cè)管理，2017，19（3）：10-14.

[2]李娜，佟春生，喬中良.電動汽車充電樁對電網(wǎng)諧波影響分析及改進措施[J].自動化應(yīng)用，2017（5）：94-97.

[3]趙麗平，鄭強，劉明杰.電動汽車充電對電網(wǎng)的諧波影響研究[J].電氣自動化，2017，3（5）：34-36.

周娟，任國影，魏琛，等.電動汽車交流充電樁諧波分析及諧波抑制研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（5）：18-25.

張國華，豆宇波.電動車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響.

安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.

審核編輯 黃宇