关键词：电能；电动汽车；充电站；配电网
引言
伴随着全球经济的快速发展以及人口的不断增长，传统的一次能源带来的环境污染问题已经越来越受到人们的重视，不仅仅是烟雾、光化学烟雾和酸雨等所产生的危害，空气中的二氧化碳含量的升高也会使全球气候产生不可预测的变化。因此，以电能为主的二次清洁能源逐渐被人们所重视，而作为新能源的典型案例，电动汽车具有污染小、排放量低的优势逐渐成为人们出行的主要交通方式。但电动汽车因电池容量不足、电池技术发展缓慢等原因，导致其无法满足远距离的行驶，这就需要建设大量的充电站以保证电动汽车的远距离正常行驶，大量的充电站接入电网会产生一定的影响，甚至是影响正常的用电质量。因此，分析与研究电动汽车充电站对城市配电网的影响，并提出相应的优化设计策略是非常有意义的。
1电动汽车接入对城市配电网的影响
1.1造成电压出现偏差
每一台用电设备都有其运行的额定电压值，在额定电压下工作会保证用电设备的使用寿命，一旦配电网的电压存在一定的偏差，就会造成用电设备工作在非额定电压下，脱离用电设备的最佳工作状态，这样的设备长期运行会大大降低安全性与可靠性。而大量的电动汽车充电站接入电网后，在电动汽车的充电高峰期会严重增加电网的用电负荷，导致配电网的电压产生下降的趋势，不仅仅会降低电网运行的稳定性，也会在一定程度上增加电网的损耗，甚至是出现各类安全事故。此外，有些电动汽车充电站具备快速大功率快速充电的功能，这样会对电网产生很大的冲击，进一步影响配电网的电能质量。
1.2影响传统的继电保护性能
电动汽车充电站的建设并接入电网，会使城市配电网的有关线路上得潮流具有双向的流动功能，而传统的继电保护则无法满足新增的电动汽车充电站的需求，则需要对继电保护系统以及配电线路进行大量的改进，以适应大量电动汽车充电站与继电保护、配电线路系统，避免其他线路发生故障而影响未发生故障线路的继电保护装置动作，这就进一步加大了对配电网改造的投入。而且，电动汽车自身存储的电能在连接配电网时会影响配电网的运行，并且具有一定的随机特性，也会增加配电网调度以及运行的难度。
1.3 产生谐波危害
电动汽车充电站系统主要由整流器以及直流变换器组成，这些功能都是由大功率的电力电子装置所实现，由于其自身的非线性、冲击性等特点，在运行时会产生大量的谐波危害配电网的安全性，严重影响的配电网的正常运行，主要体现在以下两个方面：
（1）信号受到干扰：谐波的产生会伴随着一定的电磁干扰，对于系统以及设备的运行会产生干扰，甚至是导致系统以及设备无法正常工作，影响信号之间的正常传输，降低配电网的稳定性与安全性。
（2）产生电力危害：一方面谐波的产生会对电机设备产生一定的干扰，使设备发热量增大，降低设备的使用寿命以及耐久性；另一方面谐波污染会影响电能计量设备的正常计量功能，导致资源出现浪费，造成电能计量的数据不准确，有可能出现增加充电支付的费用。
1.4增加实时监测与调度的难度
通常，城市配电网的实时监测、调度以及控制由供电部门统一执行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但随着大规模电动汽车充电站的接入，会导致实时监测以及调度的难度大大增加，既要增加大量的配电网信息，也要增加有关电动汽车的信息，之后要将这些信息作为监测与控制的基准，而具体这些需要执行方进行操作，就要制定电动汽车充电站接入电网的相关规程。此外，电动汽车接入后产生的双向潮流也需要改变原有的电能计量方式，进一步增加了难度。
2电动汽车充电站的优化设计策略
2.1抑制谐波污染
电动汽车充电站的接入必然会对配电网产生一定的谐波污染，通常，可以采用主动治理与被动治理两种方式进行谐波污染控制。其中，主动治理可采用调节脉冲宽度技术、增加整流装置的脉动次数等方式，以此来改善谐波的波源。但主动治理的方式效果并是不很好，随着人们对于电能质量的要求不断提高，主动治理的方式逐渐由被动治理所替代，被动治理对于谐波的抑制具有明显的效果，电动汽车充电站的谐波被动治理方式主要包括以下三种：
（1）增加有源滤波器：有源滤波器本身具有强大的滤波功能，响应速度快、可靠性高、滤波效果好，在被动谐波治理中具有很高的地位，应用十分广泛。对于电动汽车充电站，可将有源滤波器并联在配电网中以消除谐波污染。
（2）增加无源滤波器：与有源滤波器相似，无源滤波器也能够起到抑制谐波的效果，无源滤波器通常由电感、电容等元器件组成，结构简单，成本低廉，相互之间组合关系繁多，可实现不同的滤波效果。
（3）对充电器的数量进行优化：在电动汽车充电站中包含了多个充电器，每一个充电器所产生的谐波都具有不同相位角的谐波电流，当充电站的充电器数量增多时，会产生更大的谐波补偿效果。例如，一台充电器对电动汽车进行充电时，产生电流谐波的畸变率约为68.25%，两台充电器对电动汽车进行充电时，产生电流谐波的畸变率约为43.18%，三台充电器对电动汽车进行充电时，产生电流谐波的畸变率约为33.49%。由此可知，初期建设电动汽车充电站时，要结合实际的变压器数量，具体的经济情况，适当的增加充电器的数量，这样能够有效的改善配电网的电能质量。
2.2降低电网的电压波动
（1）加强电网的供电能力：电动汽车充电时可以采用专门的供电线路，这样可在一定程度上降低配电网的压力，提高电能质量。例如可采用双电源系统的供电方式，并结合母线分割技术，实现不同的供电回路。
（2）使用无功补偿方式：负荷具有随机性，这样就会导致配电网电压出现一定程度的波动。因此，可适当的增加无功功率补偿器，有效的抑制电网的电压波动。无功补偿器通常由电容器、电抗器组成，稳定性好、调节速度快，能够及时的抑制电压波动。
2.3优化电能质量
电网电能质量的优化可大大提高配电网运行的安全与稳定性，在此基础上，对配电网系统和设备采用控制、抑制、减缓、消除等多种控制方式，通过高耐压、低损耗等设备的投入使用，来改善电动汽车充电站对配电网的影响，提高配电网的电能质量。
结束语
综上所述，电动汽车已经成为未来汽车行业的重要发展趋势，电动汽车充电站的建设与接入会对城市配电网产生一定的影响。为了提高配电网运行的安全性与稳定性，降低电网的电压波动、优化电网的电能质量，提高配电网抑制谐波污染的能力。有关配电网建设的工作者要深入了解电动汽车充电站以及充电设备的功能与性能，进一步分析与了解充电站的接入对电网产生的影响，在此基础上采取具有针对性的解决方式与对策，为降低充电站接入对配电网的影响，提升与优化电能质量，加快未来电动汽车行业的发展做出贡献。
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论文作者:王劲锋
论文发表刊物:《中国电业》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/11
标签：充电站论文; 电动汽车论文; 谐波论文; 配电网论文; 电网论文; 电能论文; 电压论文; 《中国电业》2019年第16期论文;