淺談電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響

摘要：電動(dòng)車(chē)汽車(chē)現在已經(jīng)成為人們日常出行的交通工具，也符合當下國家提出綠色、環(huán)保出行的主旨。如今，電動(dòng)車(chē)汽車(chē)被人們大規模應用，其相應的充電樁接入對電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的影響，應該受到人們的重視，需要有關(guān)部門(mén)在對電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁工作時(shí)，產(chǎn)生的諧波進(jìn)行數據監測，保證其能在單位功率因數下正常工作。本文通過(guò)電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響，搭建仿真模型，探討如何減少充電樁在工作過(guò)程中對電網(wǎng)諧波的影響。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē)汽車(chē)；充電樁；電網(wǎng)諧波

0引言

人們現在越來(lái)越重視能源和環(huán)境問(wèn)題，綠色生活、綠色出行、節能環(huán)保不再只是宣傳口號，被人們確確實(shí)實(shí)地運用在生活上。因此，電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)得到良好的發(fā)展機會(huì )，電動(dòng)車(chē)汽車(chē)出行，減少環(huán)境污染，使人們出行便利。與此同時(shí)電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對諧波的影響，需要引起相關(guān)部門(mén)的重視，做好數據監測，加大監管力度，確保電網(wǎng)電能質(zhì)量。分析電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁介入對電網(wǎng)諧波的影響，可以更好地進(jìn)行變量調控，做出的治理措施，讓理論知識得到驗證，在對電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁工作運行時(shí)，對電網(wǎng)諧波影響可以得到的治理，讓電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)可以得到良好的發(fā)展，促進(jìn)我國經(jīng)濟的發(fā)展。

1、電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁諧波工作原理

電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展能夠的促進(jìn)我國新能源的開(kāi)發(fā)，節約國家資源，提升我國的經(jīng)濟水平。電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電設備引入的開(kāi)展順利與否，關(guān)乎到電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁的控制電路主要是嵌入式ARM處理器完成。充電樁在工作過(guò)程中，整體電流呈半波對稱(chēng)，只有奇次諧波，沒(méi)有偶次諧波。諧波的規律公式為：6k±1（k是正整數）。根據充電樁的工作原理可以進(jìn)行仿真模型實(shí)驗研究，探尋充電樁在工作過(guò)程中，對諧波的影響，找出的減少諧波影響的措施，為人們的基本生活需求提供一個(gè)保障，使電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)與電力行業(yè)得到更好的發(fā)展。

2、電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響

大量電動(dòng)汽車(chē)充電樁一旦接入到電網(wǎng)之中，會(huì )導致用電端部分承擔更多負荷，三相之間供電會(huì )出現交替，這樣就會(huì )造成諧波影響。具體而言，諧波指的是在電壓傳播的過(guò)程中，在電壓信號中夾雜的雜波信號。諧波可對電網(wǎng)內潮流計算性造成影響，促使網(wǎng)絡(luò )的消耗量增加。尤其是高壓設備會(huì )出現額外消耗。諧波給通信線(xiàn)路可以造成兩種影響，分別是靜電感應影響、電磁干擾影響。而多輸電線(xiàn)路不對稱(chēng)運行時(shí)，則需對這兩種影響同時(shí)考慮。若輸電線(xiàn)路對稱(chēng)運行，只需對高次諧波靜電感應效應予以考慮。從側面而言，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(dòng)態(tài)污染，可對電網(wǎng)的安全、穩定運行造成直接影響。電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響還體現在以下兩方面：（1）電動(dòng)汽車(chē)的充電樁一旦接入到電網(wǎng)，因不同電動(dòng)汽車(chē)的匯聚度不同、充電行為不同，一旦接入后，會(huì )對電網(wǎng)電壓水平造成影響。電壓改變會(huì )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(shí)，可能會(huì )出現電網(wǎng)有功功率、無(wú)功功率變大，進(jìn)而導致成本增加。（2）在電動(dòng)汽車(chē)集中充電時(shí)，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(huì )對電力系統用電平衡造成影響。在分析充電樁對電網(wǎng)諧波造成的影響時(shí)，需建立仿真模型，展開(kāi)細致化分析。

3、電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁接入對電網(wǎng)諧波影響的解決措施

在接入電動(dòng)汽車(chē)充電樁時(shí)，硬采取措施來(lái)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(dòng)車(chē)汽車(chē)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(kāi)始充電的前30分鐘，輸出功率大的時(shí)候進(jìn)行試驗，可以得到配電網(wǎng)低壓側電流的波形，再對圖形進(jìn)行加以分析，可以觀(guān)察到12脈波充電樁電壓、電流諧波的變化規律，得出其公式：12k±1（k是正整數），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，大大降低低壓側總電流畸變的百分率，試驗有效地證明增加脈動(dòng)數可以抑制諧波。

3.2使用PWM整流技術(shù)

建立PWM數學(xué)模型，在經(jīng)過(guò)坐標的變換過(guò)程中，得到dp的數學(xué)模型，通過(guò)瞬間無(wú)功功率可以使電流內環(huán)進(jìn)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(jìn)行試驗過(guò)程中，發(fā)現功率因數可以進(jìn)行調節，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)現充電樁產(chǎn)生的諧波沒(méi)有明顯的規律變化，每次產(chǎn)生的諧波都各不相同。通過(guò)試驗證明使用PWM整流技術(shù)，可以抑制諧波，電流的低壓側總畸變率極低，使其能在單位功率因數下正常工作。

3.3添設無(wú)源濾波器

在配電網(wǎng)模型中，可以加入7次、5次單調諧濾波器與二階高通濾波器，在實(shí)驗操作中觀(guān)察低壓側電流的變化圖。從試驗得出的圖形數據中，發(fā)現當3中無(wú)源濾波器同時(shí)加入時(shí)，圖形變化情況形狀接近于正弦波形，低壓側畸變率的百分比降低許多，可見(jiàn)無(wú)源濾波器對諧波抑制能力有限。

3.4添設有源濾波器

在電動(dòng)車(chē)汽車(chē)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(lái)進(jìn)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(guān)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(guò)程中起到動(dòng)態(tài)抑制諧波，對變化的諧波進(jìn)行跟蹤，有源過(guò)濾器對諧波的治理效果十分顯著(zhù)，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(jìn)行比較分析

通過(guò)將12脈波整流電路、PWM整流技術(shù)、添設無(wú)源濾波器、添設有源濾波器接入到仿真模型中，觀(guān)察在電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁工作中，各自產(chǎn)生的電流總畸變率THD，得出如下圖表格數據。充電樁類(lèi)型低壓側電流THD（%）高壓側電流THD（%）

通過(guò)試驗可以發(fā)現，PWM整流技術(shù)接入的充電樁設備，產(chǎn)生諧波少。在實(shí)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，需要對電路參數進(jìn)行更合理的設置。

1. 4、安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

4.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據中心層和客戶(hù)端層。

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

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據中心層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2.實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)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(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

4.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送。

4.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

4.5系統硬件配置

5、結語(yǔ)

電動(dòng)車(chē)汽車(chē)出行地便利人們日常出行，節約能源，避免能源消耗，對環(huán)境不會(huì )造成污染。充電樁設備，為電動(dòng)車(chē)汽車(chē)的發(fā)展，提供良好的后備資源力量。電動(dòng)車(chē)汽車(chē)充電樁設備的完善，關(guān)乎到電動(dòng)車(chē)汽車(chē)能否普及的關(guān)鍵因素。因此，充電樁設備接入對諧波造成的影響，需要地制定出相應的措施，使電動(dòng)車(chē)汽車(chē)行業(yè)可以得到良好發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量。本文四種抑制諧波的方法，需要相關(guān)部門(mén)結合實(shí)際，采用符合實(shí)際情況的方法進(jìn)行治理。

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[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.

作者簡(jiǎn)介:魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)系統研發(fā)工作；手機：13681652469.