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摘要：目前，公共停车场电动汽车充电站越来越多，对充电站进行合理配电设计具有重要意义。合理的配电设计不仅要考虑电动汽车用户充电的方便性，还应充分考虑充电站的投入成本和节能。文章主要对公共停车场电动汽车充电站的配电设计进行了探究。
关键词：电动汽车；充电站；配电设计
引言
近年来，随着全球环境的日益恶化和石油资源的日趋紧张，电动汽车作为新型能源交通工具越来越受到关注，具有广阔的发展前景。充电站、充电桩及电池等充电设施，是发展电动汽车的重要配套基础设施。电动汽车充电站的接入将会引起配电网负荷的增长，以及配电网投资与运行成本的提高，所以要充分考虑充电站的配电设计问题。
1变压器容量计算
2充电站电气主接线设计
公共停车场电动汽车充电站属于大型充电站，大型充电站在配电系统中属于重要负荷，进线电压一般为10kV，经过变压器变压后输出400V电压对充电机进行供电。大型充电站一般采用双电源供电，在10kV侧可以采用单元接线（线路—变压器），有时为了提高供电可靠性采用桥形接线方式。单元接线方式与桥形接线相比节省了一台断路器配置，但是当10kV侧电路发生短路故障时会影响充电站的正常供电；桥形接线可以允许单条供电线路故障，或在线路检修时仍能保证充电站正常充电。从可靠性与经济性指标综合考虑，大型充电站10kV侧一般采用单元接线方式，节省一次设备投资，部分充电站采用桥式接线，两种接线方式如下图1所示。由于充电机属于非线性负荷，在运行中会产生大量谐波，因此在主接线设计中要加装滤波装置，由于APF装置既能动态补偿谐波又能进行无功补偿维持电压平衡，所以每一段都要配置一个APF装置。
图1充电站10kV侧接线形式
3充电站内主要设备选择
3.1变压器
目前，变压器分为油浸式变压器和干式变压器，干式变压器与油浸式变压器相比，具有防火性能好，免维护，无污染，抗短路能力强，耐热能力强，安装方便等一系列优点。油浸式变压器只能在户外安装并且必须配备泄油池，防火设备等。环境温度、湿度等一系列外部因素都会影响电动汽车动力电池的充电效率。而且干式变压器运行噪声低，不会出现喷油甚至燃烧的可能，并且容量较低的变压器，干式比油浸式的更经济。所以，从安全与经济方面考虑，充电站内变压器更适合用干式变压器。
3.2滤波器
充电机的运行过程为三相交流电经过整流电路，LC滤波电路后输出较稳定直流为DC/DC功率变换器提供电能，再经输出滤波装置为动力电池进行充电。采用不同的整流策略，产生的谐波含量也不相同。采用不可控整流充电机时，充电机主要产生5、7、11、13次谐波，谐波含有率较高；采用并联12脉冲整流充电机时，11次谐波含有率最高，其次是5次和7次；采用由IGBT组成的三相电压型PWM整流充电机时，谐波含有率最小，但是控制系统复杂，可靠性较低。三种充电机的谐波大小随时间变化而变化，并且与输出功率成正比。减少谐波污染的方式有很多，比如增设无源滤波器、有源滤波器、加装静止无功补偿装置等。针对充电站运行的谐波特性，需要装设有源滤波器APF，与无源滤波器相比，APF装置具有高度可控和快速响应能力，可以动态补偿各次谐波并对无功进行补偿。
3.3断路器
断路器是电力系统中非常重要的控制和保护设备，它能够带大负荷及在负荷断路的状态下可靠断开主电路的开关电器。断路器的用途及作用如下：第一，控制作用：在不频繁操作的电路中作为直接开闭大负荷电流的主开关，将部分电气设备或部分线路投入运行或退出运行。第二，保护作用：在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置发出跳闸信号时，启动断路器跳闸，将故障设备或线路从电力网中迅速切除，确保电力网中无故障设备或线路的正常运行。按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。通过比较不同断路器的运行特点，得出六氟化硫断路器更适合充电站内配置。配置原则是在10kV进线处装设断路器，作为线路保护和变压器保护的动作元件，当变压器故障时要迅速断开变压器两端的断路器。在充电机的输入端也要配置断路器，当检测到输入过流时要快速断开，确保动力电池不被烧毁。
4谐波消除的主要措施
4.1合理增大充电机的滤波电感值
合理增大充电机的滤波电感值，可以降低充电机的电流畸变率，该方法简便、实用。但滤波电感值增大，功率损耗也会增加，同时充电机制造成本增加，体积增大。
4.2增大整流装置的脉波数
增大充电机整流装置的脉波数，能有效减少整流装置产生的特征谐波，降低谐波含有率，进而降低谐波总畸变率。鉴于充电站在城市中多呈小规模、多布点设置，充电车位控制在6—8车位之间。假设单台充电机充电电流按200A、充电电压按400V考虑，则整个充电站的总容量在700kVA左右，远远小于地铁牵引站的容量，所以无需采用更高次数的脉波整流方式。在电动汽车充电站采用12脉波整流，将特征谐波控制在h=12k±1的范围内，在技术上是可行的，经济上也是合理的。
4.3由容量较大的系统供电
当系统容量增大时，不论是从谐波源还是从低压母线侧为端口看出去，其等值阻抗值均降低，整流装置产生的谐波在变压器高、低压侧的电压畸变率均降低，同时系统谐振点向频率更高的方向移动。
4.4加装滤波装置
滤波器包括无源滤波器、有源滤波器。无源滤波器运行稳定可靠，结构简单，价格便宜，但其滤波效果易受温度、频率、滤波电容及电抗制造偏差等因素影响；有源滤波器瞬时产生与谐波电流大小相等且方向相反的电流，以中和谐波电流。
结束语
总而言之，目前，我国电动汽车充电站越来越多，相关研究人员应该做好充电站的配电设计，有效节约能源和成本。通常主要从相关设备选择、变压器容量、接线方式、谐波抑制几方面进行设计，做好设计工作有利于推动电动汽车充电站的持续发展。
参考文献：
[1]丁学鹏，唐建.新建住宅小区电动汽车充电桩配电设计[J].智能建筑电气技术，2017，11（03）：1-4.
[2]王鹏.电动汽车充电站设计研究[D].大连理工大学，2016.
[3]吴万禄.含分布式电源与充电站的配电网协调规划[D].上海电力学院，2014.
论文作者:李华桥
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：充电站论文; 谐波论文; 断路器论文; 变压器论文; 接线论文; 滤波器论文; 电动汽车论文; 《基层建设》2018年第5期论文;