摘要：随着电动汽车的推广与应用，大量非线性充电设施接入电网将带来不容忽视的谐波污染，特别是早前投运充电站中广泛使用的不可控和相控整流充电机。电动汽车充电机的电流谐波经电网传递后将导致电网电压畸变，影响变压器使用寿命，增加电网损耗和电压波动。分析电动汽车充电过程对配电网的影响已成为许多电力科研者关注的焦点。
关键词：电动汽车；充电站；入网谐波
1 前言
电网电压经充电机前级整流电路后，在负载侧生成直流电流，该电流经整流器与交流电网耦合，导致充电站电流出现谐波畸变。充电站谐波电流与电网阻抗相互作用，使充电站集电母线电压产生谐波分量，将引起充电机谐波电流出现衰减。而当采用并联有源滤波器进行补偿时，充电机（非线性负载）的谐波电流可能会出现放大。
2 光储充电站建设模式
2.1 光储充电站结构功能
近年来，电动汽车在我国步入了迅猛发展的黄金周，它已经逐步演变成为了人类所有交通工具中的最佳选择，它不仅能够使得资源利用率达到均衡与无污染，还有利于取得显著的环境及经济效益，光储充电站微网系统涵盖了双向电能计量系统、蓄电池储能单元、光伏并网发电单元，在阳光充足时，光储站为站用负荷供电且同时为储电池储能。另外，光储充电站控制系统结构采用的是集中控制层、就地控制层以及配电网调度层三层控制解决方案，光储充电站光伏发电系统综合考虑各种因素，设计选用分散型并网发电系统，它可以实现微网系统的故障快速保护以及防孤岛保护和功率调节，通过集中控制器实现对整个系统的集中控制，也可以在大电网故障或需要时与大电网断开孤网运行，将光伏组件产生的直流电直接变成交流电，进而并入配电网。
2.2 光储充电站管控模式
所谓的光储充电站管控模式不仅有利于提高光储充电站的运行与管理水平，还有利于提高工作效率的同时降低工作人员的劳动强度，管控系统是光储充电站安全运行的保障系统，整个管控系统包括安全管控、配电管控、计量计费管控、充电管控以及光伏管控系统，它主要采集充电蓄电池的工作状态信息及系统参数。此外，充电站的配电系统需要安装滤波装置来避免产生谐波污染，实时采集和记录配电系统的工作信息，通过对配电系统其他电气设备的监测来便利于数据的统一管理与共享，而安全管控系统能记录详细的事件信息，可以在发生异常情况时发出声光报警，在充电站通过充电机给电动汽车充电时，可以将用户消费的电量传回区域智能管控系统的结算中心。
3 光储充电站入网电压偏差分析
3.1 充电站入网后潮流及稳态电压
光储充电站在接入电网前应按照相关规定通过相关参数与实际情况来进行电压偏差仿真计算，它有利于保证光储充电站入网后电力系统的安全稳定运行，而其中的仿真模型可以进行电力系统稳态分析、故障分析以及机电暂态分析等各种繁琐复杂的分析计算，无论系统是大负荷还是小负荷运行情况下，由于光伏电站的接入可以改变系统潮流。此外，如果充电站是在正常工作运行时，它是不会对电网的稳态电压产生较大的影响的，因而光储式电动汽车充电站入网电能具有绿色环保的典型优势。
3.2 光储充电站最大容量估算
光伏电站的最大容量估算只考虑系统大负荷的情况即可，即使是系统小负荷时光伏电站的接入依据可以确保系统的高效正常运行，一般情况下，充电站只能通过充电机进行工作，而且变压器的传输功率不应该超过变压器额定容量的百分之八十，但是实际的母线电压偏差要比仿真所得到的母线电压偏差稍大些。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，光储充电站最大容量估算要优先选用快速平滑、连续自动跟踪调节的滤波装置，还需要考虑同时加装无功补偿装置，进而从根本上改善系统的电能质量，变压器、变电机等吸收无功功率的设备也需要安装无功补偿，为了实现大中型光伏电站可以优先选择性能较优的SVG。
4 光储充电站入网谐波分析
4.1 光伏电站以及充电站入网谐波分析
一方面，光伏电站的并网逆变器为电流型逆变器，电流型逆变器的特征就是直流侧采用电感进行直流储能，从而使直流侧呈现高阻抗的电流源特性，该电流型逆变器使用的电子电子器件为IGBT，其控制信号由SPWM调制产生，光伏电站单独接入系统，平均出力在百分之五十左右，小于《电能质量公用电网谐波》规定的百分之五限值。另一方面，充电站入网谐波是由桥式MOSFET模块对三相交流电进行整流以实现为电动汽车蓄电池充电，充电机共装有12组MOSFET模块并联工作，具有强大的容错性，某个模块故障时不影响整机使用，谐波测取时充电机采用55A的充电电流对电动客车进行充电。
4.2 谐波治理
针对光储式电动汽车充电站入网电能质量中的谐波治理来讲，为了尽可能的减少供电电网的谐波问题，通常采用无源滤波装置或者是有源滤波装置，还可以增加换流设备的脉动数来在短时期内有效的消除幅值较大的低频项，进而将谐波电流的有效值控制在合理的范围之内。另外，采用动态无功补偿装置，在可行的情况下，可以在谐波源处装设动态无功补偿装置、静止无功补偿装置或者静止同步补偿装置，充电机是时变负荷，负荷特性变化快，滤波、无功补偿、调压要求有时难以协调，无源滤波难以满足各项要求，综合分析技术性、经济性等各方面因素，充电站采用有源滤波装置，有源滤波装置在启动后能连续自动运行，在系统谐波电流较小的情况下自动转入监控状态，而在系统谐波电流超过标准值时，自动转入补偿工作状态。
5 谐波抑制方式的选择与机理
上文的理论与建模分析表明，充电机是谐波源负荷，电动汽车充电时会产生谐波电流，降低充电机功率因数，影响电网电能质量。因此根据电动汽车规模化发展的实际需求，需根据实际情况，在工程建设中按照“四同时”（同时设计、同时施工、同时投运、同时验收）原则，酌情增加谐波抑制单元。谐波抑制包括改进结构设计、降低谐波源谐波含量，加装滤波装置、在谐波源处吸收谐波电流，改善供电环境等方法。对各种谐波抑制方法进行比较后，得出并联型有源滤波器（PAPF）更适用于电动汽车充电机谐波抑制这一结论。
APF利用可控功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源总谐波电流为零，实现实时补偿谐波电流。首先通过电阻对直流侧电容充电，达到预定值后，充电接触器闭合；充电过程结束后，APF开始工作，主控制器从CT采集的谐波电流信号中提取需补偿的谐波和无功电流（可分别或同时补偿）；最后控制器生成IGBT驱动信号，控制逆变器产生与负载电流谐波和无功电流幅值相等、相位相反的补偿电流。
并联型有源滤波器（PAPF）给谐波电流提供一个在谐波频率处等效导纳为无穷大的并联网络，使谐波电流流过该并联网络而不进入系统，可以抑制电流谐波、闪变等电能质量问题，用以补偿负荷电流中的谐波电流，使电源侧电流保持为正弦波，从而隔离谐波源与电网，防止谐波污染。若与电容器相配合，还可进行无功补偿，提高功率因数。
6 结语
建立电动汽车充电机的简化模型，对谐波产生进行理论分析，并利用MATLABSimulink仿真计算典型充电机实例，得到输出功率波形和电流快速傅里叶变换结果，发现在一定输出和负载功率下，三相桥式整流充电机产生的电流谐波能一般能控制在国标允许范围内。但考虑到规模化应用时大量充电机接入电网带来的谐波影响，建议可考虑适当增加并联型有源滤波器作为滤波方式。
参考文献：
[1]胡泽春，宋永华，徐智威等.电动汽车接入电网的影响与利用［J］．中国电机工程学报，2012，32（4）：1-10．
[2]薛飞，雷宪章，张野彪等.基于复杂网络的电动汽车智能充换服务网络评估方法［J］．电网技术，2012，36（9）：20-24．
论文作者:王琳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：谐波论文; 充电站论文; 电流论文; 电网论文; 系统论文; 电动汽车论文; 充电机论文; 《基层建设》2018年第11期论文;