电动汽车充电站对电网的谐波影响及抑制措施

朱黎+++陈忠润

摘 要：随着能源危机和环境污染问题的加剧，电动汽车技术成为汽车技术发展的重要方向之一，并得到我国政府的大力支持。作为配套设施的电动汽车充电站相应的也得到快速发展，但充电机作为一种非线性设备，产生谐波电流，大量电动汽车充电站接入电网，将会对电网带来较大的影响，因此开展对于电动汽车充电站的相关研究就显得尤为重要。

关键词：电动汽车；充电站；电网；谐波；影响；抑制措施

电动汽车充电机采用整流技术，将交流电通过整流器转换成直流电，再经输出控制回路直接向汽车充电。整流设备在工作过程中会产生大量高次谐波，影响供电电能质量，干扰同一连接点的用电客户，直接影响站内设备的正常运行，严重时会引起变压器、电缆、补偿电容器组、电子测控装置等设备的烧毁或误动。对电动汽车充电站谐波进行评估及限值计算，并提出相应措施加以治理十分重要。

一、充电站充电模式

充电站GTBC-500200直流充电机采用BMS（电池管理系统）充电方式。在BMS充电方式下，充电机能够根据BMS提供的信息改变充电策略和输出电流，既能实现常规充电，又能实现快速充电，提高了充电的安全性和智能化水平，简化了一些繁琐工作。充电机的操作界面使用图形化的触摸屏，可以详细显示各个模块的工作状态及电池的状态。充电机使用CAN现场总线与BMS实时通信，对蓄电池的快速充电进行优化和可靠保护。同时充电机采用CAN总线与后台监控系统和充电桩实现实时数据交换，达到智能充电的目的。充电机也可以采用手动工作模式，设置手动控制电压、电流和充电时间，适合于没有CAN通信的应用场合。

二、谐波测试分析

充电站供电变压器容量为1000kVA，其供电电压为交流380V，测试时充电机采用55A的充电电流对电动客车进行充电。该电动客车容量为60Ah，充满电该车可行驶10km左右。

充电前的A相电压总谐波畸变率为4.55%～4.75%，充电后骤升至5%以上，大于GB/T14549-93规定的5%限值。充电时各次电压谐波含有率，其中影响电网的电压谐波主要为3次谐波，各相电压谐波3次含有率均大于GB/T14549-93规定的4%限值。分析充电前后的现象和各项数据可知，电压畸变主要是由充电机整流时产生的谐波电流引起的。

三、谐波治理的措施

（一）增大充电机的滤波电感

从充电站的谐波特点可以看出，滤波电感的大小直接影响谐波大小。以30台充电机同时工作的充电站为例，设Rch=3.4，在采用不同濾波电感情况下，将A相基波和各次谐波有效值记录。

充电机的电流总畸变率随滤波电感的增大而下降，谐波电流有效值也随之减小。所以，合理增大充电机的滤波电感，可以降低充电机的电流畸变率，减小谐波电流，此方法简便实用，但是，会增加充电机的体积、功率损耗和制造成本。

（二）增大整流装置的脉波数

通常情况下，充电机的整流模块采用三相桥式整流，在电网侧产生的谐波电流以5，7次含量较大，为抑制低次谐波，可增大整流装置的脉波数。比如采用移相多重联结技术，为节约成本，可以现有充电机为基础，将变压器改装为双二次绕组，使2组容量相同的6脉波整

流装置经30°移相构成1套脉波整流装置当其他条件相同情况下，6脉波整流和12脉波整流充电机的高压侧5，7次谐波电流大小。

从图中可以看出，6脉波整流时谐波电流为1A数量级，12脉波整流时，谐波电流大幅减小，降低至10-3A数量级，基本不用考虑5，7次谐波的影响。所以，采用移相多重联结增大脉波数的整流技术，可以大幅减小电网电流谐波，一定程度上也提高了功率因数。

（三）安装滤波装置

LC调谐滤波器是传统补偿无功及谐波的主要手段，结构简单、价格便宜，既可补偿无功又可抑制谐波。但LC调谐滤波器容易受温度、频率、负载变化等影响滤波效果差，甚至会与系统发生串联或并联谐振，一般适用于固定谐波的静止补偿。对于谐波时变的充电站而言，有源电力滤波器更适合用，以实现动态抑制谐波和补偿无功的目的，弥补无源滤波装置的缺陷。例如瑶海充电站接入点母线为10kV，基准短路容量147MVA，变压器选取10/0.4kV，容量1000kVA，充电机仍然选择上述型号，30台充电机同时工作，仿真得到充电站接入点处各次谐波电流的有效值，并记录。

通过对比看出，APF投入后各次谐波得到有效抑制。其中，5次谐波由8.6373A减小为1.8254A，7次由3.6416A减小为1.1331A，用户侧电流总谐波畸变率THDi由20.9%降低至5.4%。可见，有源电力滤波器APF可以有效地治理充电站的谐波问题。

四、结语

充电站在无滤波、无补偿情况下对电网带来电压和电流谐波等问题，降低了供电电网的电能质量，对充电站自身和其他用户造成了危害，应按照电能质量有关标准和要求进行治理，采用快速动态滤波补偿的措施能够满足电能质量有关标准的要求。充电站采用带PFC新型充电机时，充电站谐波水平、电压波动、功率因数均能满足国家标准要求。这种充电机虽然价格较贵，但节省了滤波装置和电容器组费用，节省了充电站占地面积，减少维护设备数量，是未来充电站设备配置的发展方向。

参考文献：

[1]程浩，王光汉.电动汽车充电谐波抑制技术的进展[J].电子世界，2014（17）：66-66.