电动汽车充电桩对电能质量和电磁环境的影响

发表时间:2018/1/24   来源:《防护工程》2017年第26期   作者:郭 鹏 黄鹏飞
[导读] 随着地球资源的过度开采,全球逐渐陷入了能源紧张的窘迫境地。电动汽车的推广使用,能明显改善能源紧张的问题。

陕西德仕汽车部件(集团)有限责任公司  陕西西安  710201
摘要:随着地球资源的过度开采,全球逐渐陷入了能源紧张的窘迫境地。电动汽车的推广使用,能明显改善能源紧张的问题,还能降低石油燃料的使用,减少大气环境的污染,是未来推广使用的新趋势。虽然电动汽车在改善大气环境和节约资源的方面上具有十分重要的作用,但是大规模的对电动汽车进行充电一定会对配电网造成巨大的影响。因此必须对电动汽车的充电模式以及电动汽车充电对主动配电网造成的影响进行综合研究,进而推动主动配电网的发展。因此,本文从分析电动汽车的充电模式出发,阐述了电动汽车充电模式对主动配电网的影响,并结合实际情况,提出了电动汽车的有序主动控制。
关键词:电动汽车;充电模式;主动配电网

 
        1 电动汽车的充电模式
        1.1 单向无序充电模式
        电动汽车接入电网后能正常进行充电,称之为单向无序充电模式,简称VOG模式。实际调查发现,目前大部分的电动汽车都使用的是单向无序的充电模式,原理是使用单向变流技术。由于单向充电模式不与主动配电网的能量管理系统互相关联,所以什么时候充电和需不需要充电的问题都是由电动汽车车主自己掌握。这种情况下,如果出现大规模的充电现象,是一定会给主动配电网带来压力与影响。相关调查中发现,目前已经投入运营的电动汽车充电站,大部分都是随意充电的单向无序充电模式[1]。例如上海世博会的电动汽车充电站,北京奥运会的电动汽车充电站,都存在此类情况。
        1.2 单向有序充电模式
        单向有序充电模式分为VIG模式和TC模式。VIG模式是由于受到主动配电网的控制,造成电动汽车与电网之间的实时通信难以完成。电动汽车能根据主动配电网的状态进行充电,以提高电网的使用率,降低主动配电网受到的影响。TC模式是电动汽车的充电行为必须在规定的时间范围内经行,合理运用这一模式能达到错峰充电,改善电动汽车的无序充电行为。但是,实际运用的过程中,由于TC模式的操控方式过于简单,因此无法自动掌控电动汽车充电的实时电价及主动配电网的峰谷状态[2]。
        1.3 双向有序充电模式
        双向有序充电模式是电动汽车与主动配电网的能量管理系统实现实时通信,电动汽车的充电行为接受配电网的控制,简称V2G模式。合理使用这一充电模式能实现电动汽车电池与配电网之间的能力转换。但是,在实际运用的过程中,要实现V2G模式必须具备成熟的技术,还需要主动配电网的通信、控制、调度等相关技术的支持。
        2 充电引起电能质量问题探讨
        这里通过某高频充电机对配电网电能质量影响进行说明,其中,谐波污染则是电动汽车充电机配电网的电能质量的主要影响方面。对于连接城市电网运行的电动汽车充电站连接来说,配电网必然受到其产生的谐波污染的影响,这种不利影响主要表现在以下几个方面:一是,对于电能表来说,造成用户支出电费增加,这是因为计费时的电能表则会把谐波作为有功功率;二是,对于变压器来说,变压器的铜耗以及杂散损耗会因为谐波电流而增加,铁耗则因为谐波电压而增加,变压器的噪声增大也是由于谐波注入影响;三是,对于输电线路来说,使得线路损耗和发热量增加;四是,对于电设备来说,计算机等电视设备在谐波较高的影响下而会产生误动作,造成出现不正常的运行状态;五是,对于补偿电容器组来说,电容器的寿命也受到注入的谐波电流的影响,这是因为其能造成电容器的电压和发热量升高,大大缩短其实用寿命;六是,对于继电保护装置来说,在谐波电流的影响下,某些继电保护装置是由序分量过滤器组成,容易受到谐波电流的干扰,而不能正常工作。
        在电力系统中,产生谐波并进行传播,这是系统中的公害,则会对于电网电能质量带来极大问题,严重干扰到各种电力设备的正常运行,应该采取一定有效措施。



        3 充电站谐波治理措施分析
        3.1 利用12脉动桥式整流电路
        利用一台三绕组变压器,并联两个6脉动整流桥,同时,变压器二次侧一个进行相关的星形连接,另外一个则成三角形连接,要求整流电源每相应该相互彼此错开π/6,这样就能构成12脉动整流电路。其中,在12脉动桥式整流电路中,电流的各次谐波有效值则与其次数成反比关系,在越高的次数下,其有效值则越小,这样无疑有利于谐波的滤除。
        3.2 采用APF有源电力滤波器
        在充电站谐波治理中利用有源电力滤波器,其基本思想则是把谐波电流分量在电动汽车充电机所产生的谐波电流中进行检测,和该分量大小相等但是存在相反极性电流分量则由该补偿装置产生,并进行相关有效地消除抵消,从而使得电网中流入的电流仅含有基波分量。利用APF装置的多样化补偿功能,具有较快的动态响应速度,能够有效进行补偿无功和抑制闪变,电网阻抗并不影响到其补偿特性,其则是完全由自身运算和控制电路所决定。
        3.3 利用功率因素校正技术
        为了有效使得功率因素得以提高,同时,有效降低电流谐波含量,可以进行升压型的有源功率因素校正装置在充电机端安装。基波因素可以通过安装功率因素校正装置来进行提高,使得电流中的基波分量有效提高,使得谐波含量含有率则有所减少,满足谐波减小的效果。对于理想情况来说,功率因素校正能够在有源功率因数校正装置作用下而达到0.99左右,这样就能够明显减小谐波含量。
        3.4 增加动态无功补偿装置
        通过公式能够反映系统的承受谐波能力,在增加相关的动态无功补偿装置后,包括静止无功发生器(SVG)或者静止无功补偿器(SVC),无功补偿装置则对于注入电网无功的动态调节具有一定作用。这样的情况下,保证电网电压不变,也能增加电网可容许总谐波电流的最大有效值,使得电网的承受谐波的能力有所提高。
        3.5 选择充电站容量较大的电源系统进行供电
        选择充电站容量较大的电源系统进行供电的情况下,从低压母线一侧端口以及谐波源来看,都存在降低的等值阻抗值,在变压器高、低压侧由整流装置所产生的谐波的电压畸变率都呈现降低的状态,这样也能够使得系统谐振点向频率更高点进行移动。
        结束语:因为电动汽车充电的随机性,所以给主动配电网的供电与正常运行带来了不稳定的影响与冲击。随着电动汽车的不断发展,主动配电网的运行与调度不断面临新的挑战与问题。主动配电网技术能通过对电网设施的主动调节与主动控制,达到大规模电动汽车有序充电的目标。综上所述,主动配电网的充电技术能实现电动汽车大规模的有序充电,电动汽车的有序充电也会成为促进主动配电网进一步发展的关键影响因素。
参考文献:
[1]David Johnston, Edward Bentley, Mahinsasa Narayana, Tianxiang Jiang, Pasist Suwanapingkarl, Ghanim Putrus.“ Electric Vehicles as Storage Devices for Supply-Demand Management” VPPC2010 Conference Sept 1-3 France,2010.
[2]Bass,R., Harley,R., Lambert,F., Rajasekeran,V., Pierce,J. “Residential Harmonic Loads and EV charging” IEEE Power Engineering Society Winter Meeting 2001 vol.2 pp 803-8
[3]Yanxia, L., and Jiuchun,J.“Harmonic Study of Electric Vehicle Chargers”: ICEMS 2005, Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems, Sept. 2005 vol.3 pp2404-2407.

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