任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:電動(dòng)車汽車現(xiàn)在已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械慕煌üぞ撸卜袭?dāng)下國家提出綠色、環(huán)保出行的主旨。如今，電動(dòng)車汽車被人們大規(guī)模應(yīng)用，其相應(yīng)的充電樁接入對電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的影響，應(yīng)該受到人們的重視，需要有關(guān)部門在對電動(dòng)車汽車充電樁工作時(shí)，產(chǎn)生的諧波進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，保證其能在單位功率因數(shù)下正常工作。本文通過電動(dòng)車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響，搭建仿真模型，探討如何減少充電樁在工作過程中對電網(wǎng)諧波的影響。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車汽車；充電樁；電網(wǎng)諧波

0引言

人們現(xiàn)在越來越重視能源和環(huán)境問題，綠色生活、綠色出行、節(jié)能環(huán)保不再只是宣傳口號，被人們確確實(shí)實(shí)地運(yùn)用在生活上。因此，電動(dòng)車汽車行業(yè)得到良好的發(fā)展機(jī)會(huì)，電動(dòng)車汽車出行，減少環(huán)境污染，使人們出行便利。與此同時(shí)電動(dòng)車汽車充電樁接入對諧波的影響，需要引起相關(guān)部門的重視，做好數(shù)據(jù)監(jiān)測，加大監(jiān)管力度，確保電網(wǎng)電能質(zhì)量。分析電動(dòng)車汽車充電樁介入對電網(wǎng)諧波的影響，可以更好地進(jìn)行變量調(diào)控，做出的治理措施，讓理論知識得到驗(yàn)證，在對電動(dòng)車汽車充電樁工作運(yùn)行時(shí)，對電網(wǎng)諧波影響可以得到的治理，讓電動(dòng)車汽車行業(yè)可以得到良好的發(fā)展，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1. 電動(dòng)車汽車充電樁諧波工作原理

電動(dòng)車汽車行業(yè)的發(fā)展能夠的促進(jìn)我國新能源的開發(fā)，節(jié)約國家資源，提升我國的經(jīng)濟(jì)水平。電動(dòng)車汽車充電設(shè)備引入的開展順利與否，關(guān)乎到電動(dòng)車汽車行業(yè)的發(fā)展。電動(dòng)車汽車充電樁的控制電路主要是嵌入式ARM處理器完成。充電樁在工作過程中，整體電流呈半波對稱，只有奇次諧波，沒有偶次諧波。諧波的規(guī)律公式為：6k±1（k是正整數(shù)）。根據(jù)充電樁的工作原理可以進(jìn)行仿真模型實(shí)驗(yàn)研究，探尋充電樁在工作過程中，對諧波的影響，找出的減少諧波影響的措施，為人們的基本生活需求提供一個(gè)保障，使電動(dòng)車汽車行業(yè)與電力行業(yè)得到更好的發(fā)展。

1. 電動(dòng)車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響

大量電動(dòng)汽車充電樁一旦接入到電網(wǎng)之中，會(huì)導(dǎo)致用電端部分承擔(dān)更多負(fù)荷，三相之間供電會(huì)出現(xiàn)交替，這樣就會(huì)造成諧波影響。具體而言，諧波指的是在電壓傳播的過程中，在電壓信號中夾雜的雜波信號。諧波可對電網(wǎng)內(nèi)潮流計(jì)算性造成影響，促使網(wǎng)絡(luò)的消耗量增加。尤其是高壓設(shè)備會(huì)出現(xiàn)額外消耗。諧波給通信線路可以造成兩種影響，分別是靜電感應(yīng)影響、電磁干擾影響。而多輸電線路不對稱運(yùn)行時(shí)，則需對這兩種影響同時(shí)考慮。若輸電線路對稱運(yùn)行，只需對高次諧波靜電感應(yīng)效應(yīng)予以考慮。從側(cè)面而言，諧波影響可以反映用電端給電網(wǎng)造成的污染，而充電樁動(dòng)態(tài)污染，可對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成直接影響。電動(dòng)車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波的影響還體現(xiàn)在以下兩方面：（1）電動(dòng)汽車的充電樁一旦接入到電網(wǎng)，因不同電動(dòng)汽車的匯聚度不同、充電行為不同，一旦接入后，會(huì)對電網(wǎng)電壓水平造成影響。電壓改變會(huì)對電流造成影響，引發(fā)電流變化，而電網(wǎng)在低電壓狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)有功功率、無功功率增大，進(jìn)而導(dǎo)致成本增加。（2）在電動(dòng)汽車集中充電時(shí)，由于電量分配存在的限制，可導(dǎo)致電網(wǎng)承受較大用電負(fù)荷，這會(huì)對電力系統(tǒng)用電平衡造成影響。在分析充電樁對電網(wǎng)諧波造成的影響時(shí)，需建立仿真模型，展開細(xì)致化分析。

1. 電動(dòng)車汽車充電樁接入對電網(wǎng)諧波影響的解決措施

在接入電動(dòng)汽車充電樁時(shí)，硬采取措施來減輕接入行為對電網(wǎng)諧波造成的影響，具體可從以下幾方面入手：

3.1使用12脈波整流電路

在電動(dòng)車汽車充電樁仿真模型中接入12脈波整流電路，探究其是否可以減少對電網(wǎng)諧波的影響。在充電樁開始充電的前30分鐘，輸出功率大的時(shí)候進(jìn)行試驗(yàn)，可以得到配電網(wǎng)低壓側(cè)電流的波形，再對圖形進(jìn)行加以分析，可以觀察到12脈波充電樁電壓、電流諧波的變化規(guī)律，得出其公式：12k±1（k是正整數(shù)），電流波形與正弦波相接近。12脈波整流比6脈波整流相比，減少對諧波的影響，大大降低低壓側(cè)總電流畸變的百分率，試驗(yàn)有效地證明增加脈動(dòng)數(shù)可以抑制諧波。

3.2使用PWM整流技術(shù)

建立PWM數(shù)學(xué)模型，在經(jīng)過坐標(biāo)的變換過程中，得到dp的數(shù)學(xué)模型，通過瞬間無功功率可以使電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行前饋解耦，成功完成電壓、電流雙閉環(huán)直接電流控制的模型搭建。在PWM整流模型進(jìn)行試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，還可以的抑制諧波，地降低充電樁工作中對諧波的影響。在相同電壓的PWM整流模型試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)充電樁產(chǎn)生的諧波沒有明顯的規(guī)律變化，每次產(chǎn)生的諧波都各不相同。通過試驗(yàn)證明使用PWM整流技術(shù)，可以抑制諧波，電流的低壓側(cè)總畸變率極低，使其能在單位功率因數(shù)下正常工作。

3.3添設(shè)無源濾波器

在配電網(wǎng)模型中，可以加入7次、5次單調(diào)諧濾波器與二階高通濾波器，在實(shí)驗(yàn)操作中觀察低壓側(cè)電流的變化圖。從試驗(yàn)得出的圖形數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)3中無源濾波器同時(shí)加入時(shí)，圖形變化情況形狀接近于正弦波形，低壓側(cè)畸變率的百分比降低許多，可見無源濾波器對諧波抑制能力有限。

3.4添設(shè)有源濾波器

在電動(dòng)車汽車充電樁工作運(yùn)行中，可以嚴(yán)重影響電流的畸變，因此，可以選擇并聯(lián)型濾波器，來進(jìn)行電流跟蹤控制，確保減少其影響。在配電網(wǎng)模型中加入有源濾波器，可以觀察到電流波圖更加接近正弦波，電流總畸變百分率降到更小。有源電力濾波器可以在充電樁工作過程中起到動(dòng)態(tài)抑制諧波，對變化的諧波進(jìn)行跟蹤，有源過濾器對諧波的治理效果十分顯著，大大降低諧波，使電網(wǎng)可以得到正常運(yùn)行。

3.5對四種治理諧波效果進(jìn)行比較分析

通過將12脈波整流電路、PWM整流技術(shù)、添設(shè)無源濾波器、添設(shè)有源濾波器接入到仿真模型中，觀察在電動(dòng)車汽車充電樁工作中，各自產(chǎn)生的電流總畸變率THD，得出如下圖表格數(shù)據(jù)。充電樁類型低壓側(cè)電流THD（%）高壓側(cè)電流THD（%）

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，PWM整流技術(shù)接入的充電樁設(shè)備，產(chǎn)生諧波少。在實(shí)際條件允許的情況下，可以使用這種方法，較少充電樁對諧波的影響。有源濾波器對諧波的治理也是十分，但其不能快速地跟蹤變化快的諧波電流，導(dǎo)致波形上有一些毛刺，需要對電路參數(shù)進(jìn)行更合理的設(shè)置。

1. 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送。

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

電動(dòng)車汽車出行地便利人們?nèi)粘３鲂?，?jié)約能源，避免能源消耗，對環(huán)境不會(huì)造成污染。充電樁設(shè)備，為電動(dòng)車汽車的發(fā)展，提供良好的后備資源力量。電動(dòng)車汽車充電樁設(shè)備的完善，關(guān)乎到電動(dòng)車汽車能否普及的關(guān)鍵因素。因此，充電樁設(shè)備接入對諧波造成的影響，需要地制定出相應(yīng)的措施，使電動(dòng)車汽車行業(yè)可以得到良好發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量。本文四種抑制諧波的方法，需要相關(guān)部門結(jié)合實(shí)際，采用符合實(shí)際情況的方法進(jìn)行治理。

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作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)工作。