（云南电网昆明供电局供电服务中心计量室 云南昆明 650011）
摘要：在国家的大力引导和支持下，新能源汽车逐渐的进入人们的视野，新能源汽车分为纯电动汽车，混合动力汽车，燃料电池电动汽车，氢发动机汽车以及其他新能源汽车，前三类为电动汽车，而目前国家政策倾斜最明显的是纯电动汽车。对于纯电动汽车能源补给所必须的充电站，接入电网后用常规的计量方式出现了一些新的问题。本文主要围绕电动汽车充电站的轻负载时智能电表产生的功率扣减问题展开分析，并对其带来的后果进行讨论，提出相应的解决方法。
关键词：电动汽车，充电站，电能计量
Abstract：In the leading and supporting of the government, the new energy vehicles (NEVs) have come into our sight. We can divide NEVs into all-electric cars, hybrid cars, fuel cell electric cars, hydrogen engine cars etc. Except the hydrogen engine cars, they’re all electric cars, meanwhile, the public policy attach importance to the development of all-electric cars. However, the necessary of all-electric cars, the charging station has some emerging questions when link to power grid. This paper mainly focuses on the analysis of the power reduction caused by the smart electric meter when the electric vehicle charging station is under light load, and discusses the consequences and puts forward the corresponding solutions.
Key words: All-electric cars, Charging Station, Energy Measurement.
0引言
随着我国经济的快速发展,伴随着生态环境的不断恶化，研究和发展新新能源汽车迫在眉睫,而在新能源汽车的发展中，电动汽车是最为普遍的发展方向。以昆明市为例，在云南能投的主导下，仅2019年上半年投入运行的公共充电桩就达到2000台以上，与传统的电动汽车充电站相比,电动汽车充电桩具备体积小、重量轻,可置于停车场,与供电系统连接方便等优点。然而，大部分的充电桩在目前都处于一个轻负载的状态，这对计量准确性带来了一定影响。
1充电方式的分类及潜在问题
目前，我国主流的电动汽车充电方式有三种，分别是交流充电，直流充电和快换三种。其中，直流充电方式又称为快速充电，应急充电，是以大直流电在20分钟到一个小时内，为电动车提供短时大电流充电服务，这种方式可以在车辆运行的间隙对电动车电量进行快速补充，然而，其短时间内电流较大，对电网会产生一定的冲击，并且充电效率低，这种方法多适用于大型充电站内的公共充电桩[1]；对于私人充电桩而言，多数采用交流充电的方式，交流充电又包括恒流充电，恒压充电，阶段充电三种方式，交流充电方式所需时间长，因此仅利用晚间停运时间进行充电，相对而言，这种方式对于蓄电池的损害较小。此外，还有一种快换的方式，这种方式的大前提是车载电池的标准化，并且需要在专用的换电站进行电池更换[6]，这种方式对于厂家而言，前期投入大，后期维护成本高，对于消费者来讲，这种方式是最快捷，最能保障自身权益的一种方式，因为电池的维护，损耗等各方面的问题全部都由换电站或者厂家来承担；另一方面，对于电网而言，换电站不会产生冲击性负荷，也不会产生谐波电流[2]，对电网影响较小，本文暂不讨论。
然而，对于目前昆明市内新建的充电站而言，大多采用的是直流快速充电方式，少部分大型充电站则采用直流快充与快换方式并行的充电方式。在目前充电站与纯电动汽车数量不平衡的前提下，大部分充电桩处于空载状态。而对于投入使用的充电桩来讲，由于纯电汽车的充电电池属于非线性负载，在快速充电时会产生谐波电流，对电网及电能电能计量造成一定影响。
这就产生两个问题，其一，当快速充电产生谐波电流时，其电能计量装置显示了此用户使用的基波电能量，然而，这其中减掉了谐波电能，这样谐波不仅扰乱了电力系统，还会导致电能计量的减少，使得该部分用户电费缴纳数额减少，但力率调整电费增加；其二，充电桩负载特性属于电容性负载，在对昆明市内的某处新建充电站的实地考察，对于该充电站而言，当投入的直流充电桩数量为0-4台时，功率因数正常，当投入的充电桩数量大于4台时，便出现功率因数 的情况，此时，电能表显示C相电流为负值，第二元件功率为负，两原件功率相互扣减，计量不准确。其现场测定的相量图如图1.1所示。这就相当于，负载越多，电表走得越慢，另一方面，功率因数低下带来的过大的无功功率，使得每月底都收到供电单位的过高的力率电费。这使得本就在保持轻负载的未在盈利的充电桩，出现更大的亏空。
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2.3直流电能计量
直流电能计量主要通过直流电能表来进行，直流电能表是针对直流屏、太阳能供电、电信基站、地铁等应用场合而设计的，该系列仪表可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。对于直流充电桩来讲，直流电能表主要安装在充电桩的末端，对于供电企业来讲，这样的计量方式会造成同一个户号下多个计量点的情况，此外，这样的计量方式等于忽视了变压器以及整流器的损耗，因此，在大型充电站的建设中是不可取的。
2.4充电站计量方式的选取
如前文所诉，目前新建的电动汽车充电站多为直流快速充电方式，这样的充电方式短时间内电流大，多用于大型的充电站，根据南方电网管理要求，变压器容量超过315kVA的正式用电应采用三相三线制（V/V接线）的计量方式，因此除去中、小型充电站采取高供低计的计量方式外，其余的都采用的是三相三线制（V/V接线）的计量方式，根据DL∕T-448-2016-《电能计量装置技术管理规程》，应选用多功能双向计量电能表，准确度等级应为有功0.5S级，无功2.0级。
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2.直流充电桩属于容性负载，接入电网时必然产生的是容性无功,这是由于充电桩自身结构造成的。再加上，由于经验的欠缺，使用了普遍对感性负载进行补偿的电容补偿柜，使得本就在产生容性无功的直流充电桩处在一个过补偿状态，这样做无疑是雪上加霜。
针对以上两点，可以提出如下的解决方案：
1.对电能表的内部程序进行重新设置，使得出现负功率的时候，两表功率取绝对值相加。这样就避免了充电桩在轻负载时产生的功率扣减问题。然而，这种方法只能用于计量纯充电的充电站，随着电动汽车的增多，电动汽车有极大的可能会如同风能或者光伏发电那样，成为一种新的分布式能源[7,9]。因此，若是采用这种更改过程序的电能表，就无法计量电动汽车放电时，反送至电网的电量，从长远来看这种方法是治标不治本的。
2.通常，工程上通过并联电容的方法来提高电路的功率因数，以对感性无功进行补偿。这样，可以在不改变原有负载的状态下，对部分或全部感性负载吸收的无功功率进行补偿，减轻了电网的无功功率的负担。同理，对于容性负载，也可以通过并联电抗器的方式来进行补偿。对于充电桩这样的负载而言，就可采用SVC（Static Var Compensator静止无功补偿器）来进行补偿，SVC可以看作是一个动态无功源，吸收感性无功的同时，也可以释放容性无功，对于充电站这样的负载来讲，可以说是相对理想的补偿装置。然而，对于10kV客户侧来讲，SVC的体积过大，且不能快速跟踪负荷的变化，以及属于有极调节，时常出现过补偿或者欠补偿的情况。
因此，最理想的装置是应该是第三代无功补偿装置，SVG（Static Var Generator静止无功发生器），其原理主要是以大功率电压逆变器为核心，通过调节输出电压，使其和系统电压形成可调基波电压差和谐波电压差。这种方式由于没有大型的变压器和电抗器，相比SVC来讲减少了使用场地，扩展了受用范围，加上可以快速对负载进行跟踪变化，进行无极调节，并且对谐波具有滤波的作用。
4下一步展望
从国家能源结构调整，以及今后电力的发展来看，未来电网将向分布式发电，交互式供电的智能电网方向过渡[7,8]，在这之中，纯电动车与电网的交互是下一步智能电网的重要发展方向之一，也是调度、通信、计量、电力电子、需求侧管理等各个学科的综合应用。对于计量管理来讲，依旧是要保证计量装置的准确性与溯源性，对于直流充电桩这样的新兴技术来讲，作为供电单位来讲，应该抓紧时间针对该类设施修订典型设计，以应对不断发展的技术。
5总结
随着我国对电动汽车的政策倾斜，电动汽车产业将迎来一个新的发展期，本文主要围绕新建大型充电站在轻负载与空载时的电能量问题展开分析，从智能电表的结构，充电桩的负荷性质方面，分析了充电桩在轻负载下两元件电能表产生的功率扣减问题，分析结果表明当电动汽车充电站规模较大时,空载的充电桩将会对电网造成巨大的压力,而合理的无功补偿方案将有助于电网的经济运行，这对电网与客户是一个双赢的结果。未来在电动汽车的发展当中，应该考虑各方面的综合因素，更加科学，全面的进行管理，使得电动汽车的发展更上一层台阶。
参考文献:
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论文作者:蒋文周
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/13
标签：充电站论文; 方式论文; 电动汽车论文; 电网论文; 负载论文; 电能论文; 功率论文; 《电力设备》2019年第23期论文;