（1.国网山西省电力公司 山西太原 030001；2.国网山西省信通公司 山西太原 030001）
摘要：随着社会的发展，我国的电动汽车应用的越来越广泛。本文首先对电动汽车接入电网的现状进行介绍；然后从电网谐波、电网电压暂降、三相不平衡三个方面出发，论述电动汽车充放电系统并网对配电网的影响；最后，对今后电动汽车充放电系统与电网的协调可持续发展进行探讨。
关键词：电动汽车；电力系统；充放电模型；V2G
引言
目前，我国正积极推广普及电动汽车，预计2020年，我国EV将超过500万辆。当电动汽车大规模遍及之后，电力系统无疑将更加复杂化。若是如此超大数目的电动汽车进行无序充电，则有可能给电网带来极大的负担。再则，电动汽车的电池作为一个巨大的电能存储元件，如何发挥其优势使得电能得到最大化的有效利用，也是一个广受关注的焦点问题。一方面，随着电动汽车的普及，必然要大规模投建电动汽车充电站，由于充电站占地大、投资多，充分利用EV充电站进行电网的协调控制就成为了世界各国研究的方向。另一方面，针对目前日益严重的电能质量问题，传统的解决方法都存在一定的不足，且电网结构正不断复杂化，尤其是加入了微电网，传统的补偿装置并不能完美地解决电能质量问题。随着电力电子技术的快速发展、控制技术的进一步改革创新、数字处理技术的进步，高性能的电力电子装置在改善电能质量方面发挥了重要作用。
1电动汽车充放电系统接入电网分析
电动汽车充电站是通过整车充电模式为电动汽车提供电能补给的站点，站内通常装备多台直流充电机和交流充电桩。根据建设地点的不同，充电站可分为平面充电站和立体充电站。平面充电站由于占地面积较大，一般建于地势相对开阔的场所；而立体充电站由于占地面积小、空间利用率高，通常建在人口密集的住宅区、商业区或立体停车库。充电站主要由充电设备、配网自动化设备、计费装置、视频及环境装置组成。其中整车直流充电机主要由计量单元、功率单元、充电插座、控制单元、读卡装置及人机交互界面等组成。一个完备的充电站包括充电系统、供电系统、监控系统及相应的配套设施，其具体结构如图1所示。
电动汽车充电设施可通过两种形式接入电网，分别为分散式充电站和集中式充电桩。若为分散式充电站，在允许接入的情况下，可就近接入电网获得电源。充电站可以分专变接入和专线接入，专变接入指的是将来自电网的高压电降压后直接供给充电站，专线接入则专门架设一条供电线路给电动汽车充电站使用，充电站内需提供一定规格的配电变压器作为充电站工作源。电动汽车充电设施接入电网的范例如图2所示。
2电动汽车充放电系统对电网谐波的影响
2.1产生原因及危害
（1）使电网中的器件增加了不必要的损耗，降低了输配电设备的效率。同时，会导致电流、电压波形畸变，降低功率因数。
（2）影响电气设备的正常运行。如使电机零件之间摩擦产生过电压，机械振动严重，电机使用寿命大大缩短；使变压器局部温升过高，电缆消耗加速。
（3）影响自动保护装置的正常工作，造成电气测量仪表不准确。充电设施规模越大，所产生的谐波也就越多，最终将导致电网电能质量严重下降，影响电网中电气设备的正常运行。
2.2充放电系统的谐波检测与控制方法
可采用基于广义瞬时无功功率理论的p-q检测法，检测产生无功功率的谐波电流分量，原理如图3所示。该方法适用于非正弦、非对称三相电路各种电流的检测，包括广义的三相瞬时无功电流、三相基波不对称及高次谐波瞬时电流等。
针对充放电系统带来的谐波污染等问题，可以总结出以下解决方法：
（1）严格按照与谐波相关的国家标准，加强对谐波的管理，从总体上平衡供电系统谐波水平。
（2）增加换流装置的相数。分析表明，充放电系统的大部分谐波来自于换流装置，增大换流装置的相数，可以大幅减小谐波电流的有效值。
（3）增设无功补偿装置，加强系统承受谐波的能力。
3电动汽车充放电系统对电网电压暂降的影响
3.1产生原因及危害
（1）影响电子类设备的正常工作。不完全相同的两种电子设备对电压降落区间的敏感程度不同，电压暂降所造成的危害与设备自身的特征以及用户的要求都有关。
（2）工业和居住建筑中常用的电气器件，如DDC控制器、继电器等设备对电压暂降都极其敏感。此外，电压暂降对大型机场行李分拣系统、大型物流集散中心货物分拣系统等设备的影响也不可小觑。
（3）当电压下降到额定值的70%及以下且持续时间大于1个周波时，用户侧就会由于接触器脱扣发生大面积停电，而对于普通居民用户和企事业单位，突然停电造成的损失难以估量。
3.2充放电系统造成的电压暂降问题的检测与控制方法
电压暂降可采用改进的ud-uq法进行检测，在提取直流分量时，用数学形态滤波器代替传统的低通滤波器效果更佳，在检测暂降信号的同时提取出电压包络信号。检测原理如图4所示。对充放电系统造成的电网电压波动的控制对策如下：
（1）利用EVCS并联补偿电压暂降，改善全网电压分布。
（2）采用串联电压补偿法，以提高电压暂降时的电能利用率。
（3）只使用小容量的DVR补偿内部电压暂降。
4电动汽车充放电系统对三相不平衡的影响
4.1产生原因及危害
（1）对异步电动机的影响
当电网存在三相电源电压不平衡情况时，异步电动机会较正常时产生高达数倍的不平衡电流，导致逆扭矩增加，造成异步电动机温度上升、振动加剧、元件加速老化等，最终使用寿命缩短。
（2）对线损的影响
当三相电流不平衡时，损耗将随电流的增加以平方次幂增加。因此，当负荷分配不均衡引起三相不平衡时，负荷越不平衡，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
（3）对变压器的危害
当三相负载不对称造成三相不平衡时，变压器运行处于不对称状态，各种损耗均增大，同时，变压器零序电流大大增加，中性点偏移现象严重，局部温度急剧升高，严重时变压器会烧毁。
4.2充放电系统对电网不平衡影响的检测与控制方法
（1）应用静止无功补偿器（SVC）进行无功补偿，能做到连续调节。但是SVC消除谐波能力较差，响应速度也较慢，多台安装之后将会出现谐振的问题。（2）应用PWM功率变换器，采用三相四桥臂逆变的方式也可以很好地解决三相不平衡所造成的电能质量问题。结语我国电动汽车产业已经进入了飞速发展期，大量电动汽车接入主要会对电网的电能质量产生以下三个方面的影响：（1）电动汽车充电负荷属于非线性负荷，必然会对充电所使用的电子设备产生谐波，从而在一定程度上引起电能质量问题。（2）大量电动汽车突然同时接入电网，必然会使流经系统电源阻抗的电流突然增大，导致阻抗上的压降变大，引起公共供电点的电压骤降，出现电压暂降问题。虽然其持续时间短，但仍将对许多现代化设备造成了不可忽略的影响，这也是亟待解决的技术难题之一。（3）大量电动汽车接入电网后，由于三相负载变得更加复杂，且有大量单相负荷存在，三相电路是不平衡运行的，这对异步电动机、线损、变压器等都会产生一定程度的负面影响，因此需要我们通过一些特定的渠道与措施去加以解决。单台电动汽车接入对电网的影响较小，需要担心的是大规模电动汽车充电的群聚效应对配电网电能质量造成的影响，而这个方面仍有待我们深入研究。同时，小区用电结构较为复杂，我们需要根据实际情况，充分利用电动汽车使用和充电的时间特性来制定调控策略，以达到削峰填谷的效果，并尽量减小其对配电网的冲击。
参考文献：
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[2]任百峰.基于V2G技术的电动汽车充电站与电网接入技术研究[D].秦皇岛：燕山大学，2014：23-25.
[3]戴咏夏，刘敏.电动汽车充电设施接入对配套电网建设的影响[J].电力建设，2015，36（7）：89-93.
论文作者:任建云1,李亚丽2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：充电站论文; 电网论文; 电动汽车论文; 谐波论文; 电压论文; 电能论文; 不平衡论文; 《电力设备》2017年第32期论文;