电动汽车充电站谐波治理方案

电动汽车充电站谐波治理方案

安志龙 袁杰 向林

浙江方圆电气设备检测有限公司  314000

摘要：随着新能源汽车的发展，电动汽车充电站也在逐渐增多，而电动汽车充电站在为用户提供电能的同时，也会产生大量谐波污染。因此，为保障用户的用电安全、降低谐波对电网的影响，对电动汽车充电站谐波治理是非常必要的。基于此，本文就电动汽车充电站谐波治理方案展开分析，旨在为相关工作人员提供借鉴参考。

关键词：电动汽车；充电桩；谐波治理

引言：电动汽车充电站是电动汽车的充电基础设施，充电站内包含大量的充电桩，当电网发生三相不平衡、谐波、冲击性负荷等问题时，容易造成谐波的传播，产生高次谐波的问题。由于电动汽车充电站内使用大量的大功率和高次谐波电能，以及电动汽车充电站内用电设备和充电机等都属于非线性负载，易引起谐波污染，严重时会造成电网的谐波污染，影响供电系统和用电设备的正常运行。

1电动汽车充电桩谐波治理的意义

要想实现电动汽车的大范围普及，就必须要建设数量庞大的电动汽车充电站，而充电站的核心设备充电机是一种非线性负荷，也就是由整流器和功率变换器等构成的电力电子装置。充电站在正常工作时，会在与其相连的并网端口处生成大量的高次谐波，这些高次谐波会流入到配电网中，引起电压波形失真，导致电力系统的功率因子下降，对城市电网带来谐波污染等。为此，对充电机在充电时产生的谐波进行分析，制定科学合理的谐波治理方案，这对于有效地控制和治理电动汽车充电站谐波污染，保证配电网的供电质量等都有着十分重大的意义。

2谐波源分析

从电动汽车充电站谐波来源来看，主要包括：①交流电源供电部分，如变压器、整流器、逆变器等；②直流侧电池充电部分，如逆变器、蓄电池、充电控制器、充电机等。

从谐波源的影响来看，主要包括：①谐波电流放大影响系统设备；②谐波电流增大会使电网损耗增加；③谐波电流增大影响系统运行效率。

3谐波治理目的

谐波对电力系统的危害，主要表现在以下几个方面：①增加谐波源设备的额外损耗。谐波会使发电机、变压器、电容器等电力设备发热，从而增加额外损耗。②影响供电质量。由于谐波电流频率高，其对供电质量的影响较大，容易导致电网电压闪变、电压不稳和波形失真等问题。③使电气设备过热和过电流，造成绝缘老化加速，甚至发生火灾事故。④干扰电子设备正常工作，甚至使一些电子设备无法正常工作，造成严重损失。⑤增加附加损耗，降低电气设备使用寿命。因此，进行谐波治理的目的主要是为了抑制谐波源产生的谐波电流、降低谐波源设备的损耗、改善电气设备的工作性能、提高电气设备的使用寿命和安全性、改善电能质量。

4治理方案

根据充电站的实际情况，结合国家相关标准规定，对电动汽车充电站进行谐波检测，并根据检测结果和工程实际情况，综合考虑经济、技术和实施等因素，为充电站制定合理的谐波治理方案。

4.1系统容量计算

根据电动汽车充电站的使用情况、负荷种类、用电设备数量和容量等进行计算。根据计算结果，制定合理的谐波治理方案。

4.2系统参数设置

系统配置：根据实际情况，选择一定数量的5KV母线电抗器，并联电容补偿装置；补偿容量：根据系统谐波源的功率因数、谐波含量、谐波次数、谐波电压等参数，计算补偿容量；谐波标准：根据国家标准《GB/T14295-2001》和《GB/T18485-1993》的相关规定，充电站谐波标准限值：充电站各线路电压有效值为60V，电流有效值为600A，谐波含量为40次以上；补偿前系统容量：根据充电站负荷计算结果，设置补偿前后系统容量差值不大于50%的原则，选取容量为10 KV、400A的有源滤波器。系统电压：根据设备容量及负荷情况，确定系统电压。功率因数：根据国家标准《GB/T14295-2001》的相关规定，选择功率因数为0.9~0.95之间的APF。

4.3系统方案选择

通常情况下，可根据需要补偿次数来确定补偿设备型号。在确定补偿设备型号后，需要对系统进行整体设计，包括系统拓扑结构设计、控制系统设计及保护配置设计。

4.4安装治理方案

根据规划好的参数和技术要求，选择合适的谐波治理方案后，进行相应的工程实施。通常情况下，需要将所有谐波源与无功补偿装置进行并联组合应用。如果单个无功补偿装置无法满足系统所需的无功功率时，可以采用有源滤波器+有源电力滤波器+无功补偿装置的复合方式。

4.5调试与验收

在系统运行调试完成后，需对谐波治理方案进行验收测试。如果有可能的话，需对整个谐波治理系统进行动态测试。如果发现有谐波问题需要进行改善和修改时，也需对谐波治理方案进行重新调试和改进。调试和改进完成后，即可投入使用。

4.6补偿方案

在电动汽车充电站内，根据谐波源的不同，可以采取不同的治理方案。对于谐波源较小，且功率因数较高的用电设备，可以采用无源滤波装置（APF）进行治理；对于谐波源较大，且功率因数较低的用电设备，可以采用有源滤波装置（APF+VF）进行治理；对于谐波源较大，且功率因数低的用电设备，可以采用无源滤波装置（APF+VF）进行治理。根据谐波源的不同，可以分为低压无功补偿和高压有功补偿。低压无功补偿主要是为了补偿电网电压偏离额定值时，提高电压的稳定性；高压有功补偿则是为了在不增加系统容量的情况下，提高系统电压的稳定性。有源电力滤波器（APF）是一种基于晶闸管控制的电抗器（TCR）与电容器并联组合而成的混合型电力滤波器，具有吸收谐波、无功补偿及滤波功能。TCR与电容并联组成APF结构，在运行中既可吸收电网谐波及无功功率，又可有效地抑制高次谐波；采用晶闸管控制电抗器（TCR）与电容器并联组合而成的混合型APF具有较好的滤波性能。

4.7谐波抑制策略

谐波是在电力系统中产生的一种干扰，会对电网和电气设备造成损害。为了有效地抑制谐波，可以采用多种策略。其中一些常见的策略包括提高供电电压的质量，采用低次谐波电流注入的方式来减少对电网的影响；在变电站低压侧加装滤波器，并与传统的有源滤波器配合使用，减少谐波对电网的影响；在充电站负荷侧加装有源电力滤波器（APF），可有效地补偿由充电站输入的谐波电流；在充电站负荷侧安装谐波吸收装置，吸收充电站输入的谐波电流，减少对电网的影响。这些措施可以有助于减少谐波对电力系统的影响，提高电力系统的稳定性和可靠性。

5治理效果分析

根据现场测试，在进行谐波治理后，在充电站无功功率不变的情况下，将注入电网的谐波电流从40次降低到了10次，该方案能够有效改善谐波污染，同时还能减少无功功率的浪费。由上述分析可知，对充电站进行谐波治理能够有效提升电网供电质量，保障电网的安全、稳定、可靠运行。而对于充电站而言，在为用户提供电能的同时也会产生大量的谐波污染，这不仅影响了用户用电安全，也会对电网造成不良影响。因此，需要通过对充电站谐波治理方案进行分析，明确治理方案中的关键因素及环节，在此基础上做好后续工作。

结语

综上所述，电动汽车充电站谐波治理方案，要根据用户实际情况以及电动汽车充电站的具体情况进行分析，首先，对谐波源的选择要结合谐波源类型进行选择，同时还要考虑谐波源的谐波次数。其次，可选用有源电力滤波器作为谐波源的治理方案，能够对谐波进行有效抑制，且不会产生额外费用。最后，可选用动态无功补偿装置来对充电站谐波进行治理，该方案能够有效补偿充电站所产生的无功功率，提高功率因数，可以实现有效控制电动汽车充电站谐波的目的。

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