淺談供配電工程設計中充電樁的諧波治理

hth下载地址 陳聰

摘要：在供配電工程的設計中，近年來電動汽車充電樁的供配電設計數量在不斷增加，業(ye) 內(nei) 對充電樁的認知存在不同的理解，有專(zhuan) 家學者研究表明充電樁工作時會(hui) 產(chan) 生諧波電流，對電網電能質量影響很大，需設置專(zhuan) 用的濾波裝置，對諧波進行治理。由於(yu) 濾波裝置工程造價(jia) 高，占工程總體(ti) 投資的比重大，在工程設計中需按照符合規範、安全可靠、經濟適用的原則進行設計。現對充電樁、諧波的相關(guan) 知識、工程實際進行討論、學習(xi) 、進步，總結出較為(wei) 合理的治理方式，建議中小規模充電樁的建設中不設置專(zhuan) 用的濾波裝置。

關(guan) 鍵詞：充電樁；供配電設計；電能質量；諧波治理

1、引言

電動汽車充電樁的供配電設計數量在不斷地增加，充電樁工作時會(hui) 產(chan) 生諧波，需要治理的聲音也不時發出，充電樁配電工程中是否需要設置專(zhuan) 用的濾波裝置是每個(ge) 設計人員要麵對的選擇，成為(wei) 設計方案中關(guan) 注的部分，同時這也關(guan) 係到總體(ti) 工程的投資成本，不得不引起重視，既要符合充電樁設計規範，又要安全可靠、經濟合理。為(wei) 更好地完成充電樁配電工程的設計工作，在深入研究設計規範的同時，還需對充電樁、諧波有進一步的認知。

隨著我國經濟社會(hui) 和科學技術的不斷發展，新時期人們(men) 對於(yu) 高品質生活的追求也在逐漸提高，特別是在文化追求方麵，人們(men) 的需求日益多樣，當前廣播電視台發展過程中，由於(yu) 相關(guan) 的設備規模和數量不斷增加，電視台工程的電力負荷也在逐漸增加，這進一步對無功補償(chang) 的技術提出了新的挑戰，諧波對於(yu) 廣播電視台也產(chan) 生了嚴(yan) 重威脅，在這方麵，要不斷實施諧波和無功補償(chang) 措施，從(cong) 而使整個(ge) 廣播電視台的相關(guan) 電力係統穩定有序。

2、諧波

什麽(me) 是諧波呢？諧波是一個(ge) 物理學名詞，為(wei) 更好地理解定義(yi) ，需要了解波的一些常識，有水波、聲波、電磁波等，如水中投石，以中心點不斷向外推動傳(chuan) 送水的波紋，具有振蕩傳(chuan) 送、周期性波動等特性，無線電波也是電磁波的一種。

本文所說的諧波，是指在工頻交流電網中由於(yu) 不同因素產(chan) 生的波形，它們(men) 寄生於(yu) 正弦交流電50HZ的波形中，把頻率為(wei) 50HZ的正弦波形定義(yi) 為(wei) 基波，那麽(me) 諧波的頻率就是基波頻率的整倍數存在，就如圖1所示的3次諧波與(yu) 5次諧波。

圖1 基波和諧波

非線性負載是諧波的起因，在業(ye) 內(nei) 是沒有爭(zheng) 議的。狹義(yi) 的諧波就是上麵定義(yi) 的特性，但寄生在電網中的很多波形也可稱之為(wei) 諧波，不管頻率和波形都與(yu) 基波有很大的差異，這部分波形也是諧波（廣義(yi) ）。關(guan) 係的諧波才是我們(men) 要關(guan) 注的。由於(yu) 非線負載的不同，諧波電流是6N±1生成規律，產(chan) 生的諧波從(cong) 5、7、11、13、17、19次不等，特殊設備會(hui) 產(chan) 生更高的諧波如23次。非線負載不單生成奇次諧波，同時也有偶次諧波的產(chan) 生，但由於(yu) 電網三相對稱係統，不會(hui) 含有偶次諧波和3的整倍數諧波，對電網影響大的主要是5次到19次諧波，越高次的諧波，衰減得越快，出現得越少，而且諧波電流越小。

圖2 電網內(nei) 諧波

通過圖2所示就可以看出，Dyn11型變壓器進線繞組以三角形聯結方式具有隔絕3次諧波電流的功能，這裏在變壓器低壓側(ce) 其實是存在偶次諧波的，如2、4、6、8次等諧波，因變壓器及電網的三相對稱性，偶次諧波不會(hui) 傳(chuan) 到10KV電網，僅(jin) 存在於(yu) 220V的相線和N線之間，未在圖中表示出來。

分析了一些諧波的基本知識後，再來簡略看一下諧波的危害：會(hui) 引起變壓器的溫度升高、銅損、噪聲等級變大；當諧波的頻率與(yu) 電容器的容量、電網內(nei) 的感抗形成諧振後，易造成電容器過電流、過電壓擊穿燒壞；引起電動機的發熱；各級保護斷路器的誤動作；對通信係統的幹擾；增加輸電線路的線路損耗；造成低壓係統中性線的過流過熱。

3、充電樁

充電樁：能對電動汽車的車載電池進行充電的裝置，主要分為(wei) 直流型和交流型。交流充電樁隻是為(wei) 電動汽車直流充電機提供交流輸入接口，並計費計量，本體(ti) 沒有整流設備，不產(chan) 生諧波，從(cong) 而未設置濾波模塊；但不排除由於(yu) 車載直流充電機傳(chuan) 播3次諧波及偶次諧波的可能，在供配電交流樁的設計中需注意電纜至電纜分接箱，中性線的選擇上要和相線的截麵一致，以防止偶次諧波造成中性線電流過大的超溫故障。

目前直流充電樁普遍采用有源濾波模塊與(yu) ＰＷＭ整流器充電功率模塊組成，其特點是無工頻變壓器，功率因數高，電網側(ce) 電流諧波較小，注入電網的諧波的總畸變率可以小於(yu) 5%，是對電動汽車充電站進行供配電設計選型時需注意的。相對而言，電壓型的ＰＷＭ整流器比電流型PWM整流器配置要簡單，對電網的諧波電流更小。

4、PWM整流技術、PFC功率因數校正技術

圖3 PWM整流器（電壓源型）拓撲結構圖

PWM整流技術是采用脈寬調製的控製技術（如圖3），利用微處理器的控製把交流變換為(wei) 直流的一種方式，它的特點是取消了工頻變壓器，體(ti) 積變小，降低了諧波電流的輸出。充電功率模塊采用的主要元器件是IGBT模塊（絕緣柵雙極型晶體(ti) 管）。

PFC技術主要是功率因數的校正，現在直流充電功率模塊電路中，普遍把二者進行了整合，結合各自的優(you) 點，具有輸出諧波小、功率因數高等特性。

5、供配電設計

在充電站的設計中，需要注意的一個(ge) 問題，就是無功補償(chang) 。按南網電動汽車充電站典型設計方案是不配置無功補償(chang) 的，從(cong) 充電樁的技術特性分析是不應配置無功補償(chang) ，一是因充電樁的功率因數很高，無需設置，二是普通電容補償(chang) 易與(yu) 充電樁的諧波發生諧振，放大諧波電流，造成電容器過電流、過電壓擊穿燒壞。

還有就是在充電站變壓器的選型時，不能選用YynO型變壓器，不然3次諧波會(hui) 進入10KV電網。供配電的設計人員，在進行電動汽車充電樁的供配電設計時，選用電能質量滿足規範要求的充電機類型，這樣在供配電設計中就不需配置專(zhuan) 用的有源濾波裝置。

6、hth下载地址諧波治理產(chan) 品選型

6.1功能介紹

ANAPF係列有源電力濾波器並聯在含諧波負載的低壓配電係統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償(chang) 。

ANAPF係列有源電力濾波器通過CT采集係統諧波電流，經控製器快速計算並提取各次諧波電流的含量，產(chan) 生諧波電流指令，通過功率執行器件產(chan) 生與(yu) 諧波電流幅值相等方向相反的補償(chang) 電流，並注入電力係統中，從(cong) 而抵消非線性負載所產(chan) 生的諧波電流。

6.2產(chan) 品選型

6.3技術參數

7、總結

綜上所述，在非線性負載投入使用的比重逐步上升後，諧波已經在充電樁配電工程中產(chan) 生較大影響，充電樁配電工程的電能質量及諧波治理問題逐漸重視起來。有源電力濾波器的投入使用，便是解決(jue) 諧波治理問題的重要開端，隨著科技水平的不斷進步，治理電網諧波必定會(hui) 更加迅速，更加達到效果。

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