电动汽车交流充电桩谐波分析及谐波抑制探究

冯景峰

广州市高级技工学校 广东省广州市 510000

环境污染和能源短缺的问题已经成为当今世界普遍关注的问题，在经济建设的过程中，人们已经逐渐认识到了环境保护的重要性，开始梳理环保的意识。传统燃油汽车在使用的过程中，能源消耗比较大，并且带来了环境污染等问题，这与当前倡导的资源节约型和环境友好型社会的建设理念不相符合，发展也受到了一定的阻碍。电动汽车在近些年得到了快速的发展，它主要是以电力作为驱动系统，与传统的汽车相比，在环保、节能等方面优势显著。从当前的发展看，电动汽车的充电装置一般有直流充电、交流充电。直流充电的功率较大，相对来讲，充电时间比较短，但是其缺点也比较明显，体积大，需要专门充电站；交流充电桩采用的是单项供电，可利用车载充电机作为动力，功率相对较小，所花费的充电时间也比较久，因为体积比较小，其应用范围更为广泛。

1 充电桩谐波分析

电动汽车主要以电作为驱动力，在很大程度上降低了汽车的噪音，也减少了污染气体的排放，这都是电动汽车的优势，但是电动汽车在使用中，也逐渐暴露出一些问题。在交流充电桩广泛应用的过程中，车载充电机是新的谐波源，这种充电机产生的谐波会对电网的质量和稳定性产生一定的影响，谐波的存在，直接影响到电网的整体质量，还影响整个充电桩系统的准确性、稳定性。

当前发展阶段，人们也开始认识到谐波存在的危害，但是对车载充电机谐波治理方面的研究还比较少，一些研究也尝试利用统计学等对电动汽车谐波的特性等加以研究，但是缺乏较多的充电机样本数据，还有的研究因整个体系的建构复杂，其效果不太显著。

要想大范围推广电动汽车的使用，需要对交流充电桩的负荷产生的谐波电压、谐波电流等进行研究，力争减少其对电力系统的破坏，减少其对电能输送质量的影响。

2 电动汽车交流充电桩谐波的危害分析

交流充电桩谐波的产生，也是一种比较严重的电力污染，充电设备在运行的 过程中，会影响电力方面的质量，也会使得电力系统的整体功率下降，因此，谐波的污染也不能被忽视，长期下去，会破坏电费的计算系统，导致部分用户的电费支出增加，同时，还会对电子机器造成破坏，甚至造成电子设备的中断等，具体来讲，谐波产生的影响有以下几个方面。

其一，影响公共电网的运行。电工汽车充电设备弱产生较大的谐波，不仅会影响到当前的线路系统，甚至还会渗透到公共电网的运行系统中，最终影响到电网系统中计算机设备、医疗电力等设备的安全性和稳定性，甚至引发电力安全事故。

其二，在无形中增加了输电线路中的电路和电压，尤其是谐波污染较严重时，线路损耗的电能就越多，影响到整个电路的整体质量；与此同时，还会对通电信号等造成干扰，影响到人们的正常使用。

其三，谐波污染，还会影响到电压、功率、电流测量的精确度，这对整个电路系统的运作和后期的管理都带来了不必要的麻烦。

其四，对设备的影响。谐波的产生，造成对变压器的损坏，电流引起铜质的损耗，引起变压器的发热，并增加其噪声，而这一系列的影响，会影响到电容器的整个使用寿命，对控制系统的影响，会引起电压判断失误，整个控制系统失控现象的产生。

当前发展阶段，电动汽车发展前景广阔，但是谐波污染的问题也成为世界人们普遍关注的焦点，谐波污染已经被公认为电网系统中最主要的破坏源。要保证电网系统的正常运转，推动电动汽车的进一步普及和更大范围的使用，需要采取相应的措施，对电动汽车交流充电桩谐波加以控制和研究，减少谐波污染。

3 电动汽车交流充电桩谐波抑制措施分析

交流充电桩，主要是被固定在某一个地方，如停车场、商场等公共区域的供电设备，主要作用是给有车载充电设备的电动汽车，提供充电的接口，其功率一般≤7kWA，因为其比较固定，体积小，在使用中比较方便，深受人们的喜爱。但是充电桩谐波的存在，其危害也不容小觑。在使用中需要采取措施加以控制。

交流充电桩使用的过程中，电源线是谐波导入设备的重要途径，谐波干扰也是从电网电源线中进入到电子设备中，最终给电子设备的正常运行造成干扰，反之，电子设备受到影响和干扰，又会从电源线传入电网中，影响电网其他设备的正常运行。

从上面的分析可以看出，要控制谐波的产生，需要对电源和电源线进行处理，需要在电源的进线口安装ENI（电磁干扰）低通滤波电路设备。该设备的主要作用是阻碍一些高频率的信号，抑制高频率的交流电对电网和设备造成干扰，从而保证整个线路的安全性和稳定性不受干扰。

其具体的操作为，在正常的信号或电流通过电源线时，设备会是允许的状态，但是其他的电流和信号通过时，则会被阻断，这样非正常频率的电流，无法进入到设备。低通滤波电路中，我们将能正产通过电流的频率范围称作通带，而受到通行阻碍的电流频率范围，则称之为阻带，介于二者之间的频率叫做截止频率，正常的滤波电路，一般在通带中，电压是正常的数值。

随着工业生产的不断发展，当前高频率的开关电源，因其本身具有的优点，如功能强、体积小、质量高、功效强等，在电网、工业等多个领域的运用较多，交流电网中，也使用了开关电源的地方，除了功率降低的幅度比较大，也增加了谐波的强度，而高频率的电源开关操作，同样也会产生EMI干扰。

减少这些干扰的方法也比较多，如通常采用的铺设地线，合理地铺设地线，其形状一般为五角星，这样能有效避免环形或交叉的地线，从而最大程度地减小干扰；其次，在电路的设计中，科学地运用缓冲路线，利用EMI低通滤波电路设备，对高频率的开关电源操作给电网带来了的干扰进行削弱，减少其噪声干扰。

谐波干扰一般可分为共模干扰和差模干扰两类。

首先，共模干扰的来源。考虑到电网导线在电能输送的过程中，会受到多种外界因素的影响，如电磁环境，电磁环境主要是会给周围的空间环境造成辐射，火线、中线及地线能感应的信号，地线一般是与大地练级的，这三条线之间存在共模干扰。

其次，差模干扰的来源。在整个电网系统中，存在很多不同的设备，同用一条输电线路，这样当其中某一个电路设备在进行切换操作过程中，形成相等或者相反的信号幅值，这样也就形成了差模干扰。这种干扰模式的来源与共模干扰刚好是相反的。

EMI滤波器实质上是选频电路，在电动汽车交流充电桩设备中使用这种装置，对整体的电压谐波及电流产生的畸变等都有很好的抑制作用，所产恒的谐波影响均在国家规定的范围内，说明这种装置对抑制谐波的作用比较明显。

从实际的情况来看，很多电动汽车交流充电装置多在商业区或居民区，距离变压器的距离比较远，变压器的容量也比较小，这些地区与工业场地相比，谐波电流的产生，最终会因前期谐波电压等，这些都会对计算机等电子设备、家用电器等正常运作产生影响，因此，谐波的问题必须加以重视，研究有效抑制谐波的方法。

4 结语

综上所述，电动汽车与传统的汽车相比，在环境保护和能源节约等方面具有明显的优势，在全球都普遍关注环境和可持续发展的今天，电动汽车具有良好的发展前景，在长期的发展中，我们也要认识到电动汽车交流充电桩装置会产生谐波，对电压、电流和整个电路系统会产生很大的影响，包括电网系统的稳定性和安全性等，都受到谐波的威胁，当前，谐波的产生是制约整个电能汽车进一步发展和更广泛应用的瓶颈，而当前我国在这方面的研究还比较少。因此，在未来的发展中，要重视加强对电动汽车的研究，重视对谐波的研究，认识到其危害和特点，加强对充电谐波危害的治理。