电动汽车充电站对电网的影响研究.

・电能质量・低压电器（２０１３Ｎｏ．２０）电动汽车充电站对电网的影响研究术唐晟１，苑仁峰２，林毓１（１．深圳供电局有限公司，深圳４４０３００；２．上海交通大学电力传输与功率变换教育部重点实验室，上海２００２４０）摘要：建立了电动汽车（ＥＶ）充电站模型，从ＥＶ充电状态、充电站与上级电网的距离、充电站内充电机不同充电状态组合等三方面，仿真分析了ＥＶ充电站对电网电能质量的影响。

根据仿真结果给出ＥＶ充电站的优化措施。

关键词：电动汽车；电网影响；总谐波畸变；电动汽车充电站中图分类号：ＴＭ４６文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５５３１（２０１３）２０－００４９－０３唐晟（１９８２一），女，高级工程师，主要从事配电网规划工作。

ＩｍｐａｃｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓＣｈａｒｇｉｎｇＴＡＮＧＳｈｅｎｇ‘，ＹＵＡＮｏｎＧｒｉｄＲｅｎｆｅｎ９２，ＬＩＮＹｕｌ（１．ＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｕｒｅａｕＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ４４０３００，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｔｒｏｌｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）ｗｅｒｅＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）ｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｗａｓｂｕｌｉｔ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｄｏｎｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆＥＶｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｇｒｉｄｉｎｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔＥＶｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｕｓ，ｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｓｃｈａｒｇｅ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎｄｓｕｐｅｒｉｏｒｐｏｗｅｒ，ａｎｄｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｅ—ｏｆ－ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＥＶｃｈａｒｇｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）；ｇｒｉｄｉｍｐａｃｔ；ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ＴＨＤ）；ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ０引言动力蓄电池充电方法和充电控制策略采用较多的是典型的两阶段充电方法（恒流限压／恒压限流，电动汽车（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）有别于一般电力负荷，其集中储能、分散消耗的储能特性能够使其削峰填谷，成为电网支撑，然而，其充电过程会产生大量谐波¨４Ｉ。

ＥＶ充电站对电网的影响ＣＣ／ＣＶ）‘５Ｊ。

本文以高频充电机和ＣＣ／ＣＶ充电方法为前提条件。

其一般结构如图１所示，由三相桥式不控整流电路对三相交流电进行整流，滤波后经过高频ＤＣ／ＤＣ功率变换电路为蓄电池充电。

有正负两方面：在用电低谷时对ＥＶ充电，有利于电网的峰谷平衡，改善电网负荷特性，减少为维持电网低负荷运转而引起的调峰费用；采用的充电机为非线性设备，在运行时产生大量谐波污染，影－台＿孙，±∑／∑Ｚ响整体（电气）环境，而且影响范围可能波及到距充电站源点较远之处。

１醮网∑Ｚ∑Ｚ∑．岫牛“ｃｆ宁“昏相Ｊ输出滤波ＥＶ充电站建模目前应用的ＥＶ充电机一般是高频充电机，图１ＥＶ充电站大功率高频充电机的一般结构苑仁峰（１９８９一），女，硕士研究生，研究方向为电动汽车充电管理、虚拟发电厂等。

林毓（１９８４一），男，工程师，主要从事配网规划、配网自动化、配网基建项目管理等方面的研究。

｝基金项目：国家８６３高技术高技术基金项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０８）．－－——４９－－－——万方数据低压电器（？Ａ）１３Ｎｏ．２０）・电能质量・相对于工频周期（０．０２Ｓ），动力蓄电池充电所需时间（４～５ｈ）很长，在一个至几个工频周期２２．１ＥＶ充电站对电网的影响ＥＶ不同充电阶段考虑ＥＶ充电站通过变压器直接与１０ｋＶ电内，可以认为图ｌ中充电机的输出电流厶和输出电压％是恒定的直流，即功率变换器工作于恒功率状态。

当输入电压ｕ。

升高时，输入电流，。

必须相应降低。

因此在工频范围内，可以用一个非线性电阻尺。

来近似模拟高频功率变换电路的等效输入阻抗，可取得较好的近似效果，网相连。

连接两台充电机并处于相同的充电状态，变压器容量１５、８、１０６００ｋＷ，变压比１００００／３８０。

高频功率变换电路的等效输入阻抗Ｒ。

分别取３、４、ｎ，考察高压侧电流、电压总谐波畸变率Ｈａｒｍｏｎｉｃ耻箍式中７７——充电机效率充电机的等效模型如图２所示。

（ＴｏｔａｌＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ＴＨＤ）ＴＨＤＬｈ、ＴＨＤ￡，．ｈ，低压侧电流、电压畸变率ＴＨＤ小ＴＨＤ叫，及电流５次、７次谐波，如表１所示。

由表１可见，ＥＶ在充电站充电的过程中由于等效电阻的变化，对电网的影响也相应发生变化。

在ＥＶ充电的前中期，Ｒ。

在４—５ｎ之间，基本不二二戢网图２充电机的等效模型表１变，Ｒ。

小，充电电流大，谐波电流大，但电流ＴＨＤ小，电压ＴＨＤ大；在ＥＶ充电的后期，Ｒ。

随时间而上升，充电电流持续下降，谐波电流也下降，但电流ＴＨＤ变大，电压ＴＨＤ变小。

ＥＶ充电不同阶段对电网的影响２．２ＥＶ充电站与上级电网的距离大小期，１０ｎ代表充电后期），设置长度￡为１、５、１０ＥＶ充电站通过变压器，再经过一段线路和上级电网相连。

考虑该线路的不同长度对电网的影响，Ｒ。

取＝３、１０Ｑ（用Ｒ。

＝３Ｑ代表充电前中表２ｋｍ。

ＥＶ充电站和上级电网距离对电网的影由表２可知，随着充电站距离上级电网的距响如表２所示。

ＥＹ充电站和上级电网距离大小对电网的影响离变远，电流ＴＨＤ小幅下降，谐波电流高压侧基本不变，低压侧小幅下降，偶尔存在振荡现象；电一５０一万方数据压ＴＨＤ上升，电压下降增大，当取１０ｋｍ时，在两台充电机工作的前中期，高压侧电压下降１１Ｖ，・电能质量・低压电器（２０１３Ｎｏ．２０）低压侧电压下降１．５Ｖ。

中，将功率为４４ｋＷ的充电机１６台接入容量为ｌ６００由此可见，在建设充电站时，应尽量靠近上级电网，减小电压ＴＨＤ和电压下降，电流ＴＨＤ和谐波电流的影响可忽略。

２．３多台ＥＶ同时充电及处于充电不同阶段ｋＷ的变压器，变压器与上级电网公共连接点之间为１０ｋｍ的丌型三相输电线，公共连接点短路容量取２８０ＭＶＡ。

取Ｒ。

＝３Ｑ时为充电前中期，Ｒ，＝１０Ｑ为后期。

考虑多台ＥＶ同时充电的情况。

由于ＥＶ充电存在前中期恒流充电，充电等效电阻维持在３～４Ｑ基本不变，充电后期恒压充电，等效电阻持续增大的情况，考虑以下５种组合情况：①１６台充电机全部处于充电前中期；②１６台充电机充电前中期台数和后期台数之比为３：ｌ；③１６台充电机充电前中期台数和后期台数之比为１：１；④１６台充电机充电前中期台数和后期台数之比为１：３；⑤１６台充电机全部处于充电后期。

仿真表３ＥＶ充电状态不同组合情况如表３所示，由于多台充电机同时运行，谐波电流之间有相互抵消的情况，所以多台充电机电流ＴＨＤ相对单台（双台）的ＴＨＤ要小（例如两台充电机充电前中期电流ＴＨＤ为２７％，而１６台为１９％；后期分别为３０％和２７％）；谐波电流大小也并非单台（双台）充电机谐波电流的累加（例如两台充电机充电前中期５次谐波电流高压侧为２．０７，而１６台为１１．７２；电压ＴＨＤ随着充电机后期台数的增加而减少。

ＥＶ充电状态不同组合情况对电网的影响３改进措施根据仿真分析，充电机充电状态、充电站与上（３）由于多台充电机同时运行，谐波电流之间有相互抵消的情况，所以多台充电机电流ＴＨＤ相对单台（双台）的要小；谐波电流大小也并非单台（双台）充电机谐波电流的累加；电压ＴＨＤ随着充电机后期台数的增加而减少。

因此应根据实际情况，通过减少处于充电前中期的充电机台数，级电网的距离、充电站内充电机不同的充电状态组合均会影响电网的电能质量。

因此针对这些问题，在ＥＶ并网时应采取一些优化改进措施：（１）在ＥＶ充电的前中期，等效电阻小，充电电流大，谐波电流大，但电流ＴＨＤ小，电压ＴＨＤ大；在ＥＶ充电的后期，各个指标向相反的方向变动，等效电阻大，充电电流小，谐波电流小，但电流ＴＨＤ大，电压ＴＨＤ小。

因此应针对充电机充电状态制定相应的电流谐波治理方案，前中期抑制改变充电状态组合，减小电压下降值ｏＮ４Ｊ。

结语从ＥＶ充电状态、充电站与上级电网的距离、充电站内充电机不同充电状态组合等三方面，仿真分析了ＥＶ充电站对电网电能质量的影响。

给出了一些针对充电机充电状态制订相应的电流谐波治理方案，前中期抑制谐波电流大小，后期抑制谐波电流大小，后期抑制谐波电流畸变∞１。

（２）充电站与上级电网的距离主要影响电压ＴＨＤ和电压下降。

随着充电站距离上级电网的谐波电流畸变；在建设充电站时，应尽量靠近上级电网，减小电压畸变和电压下降；多台充电站同时运行时，应根据情况，通过减少处于充电前中期的充电机台数，改变充电状态组合，减小电压下降值。

（下转第５８页）距离变远，电流ＴＨＤ小幅下降，谐波电流高压侧基本不变，低压侧小幅下降，偶尔存在振荡现象；电压ＴＨＤ上升，电压下降增大。

因此在建设充电站时，应尽量靠近上级电网，减小电压ＴＨＤ和电压下降。

一５１—万方数据低压电器（２０１３Ｎｏ．２０）・应用・３结语本文依据双断点结构的理论，在原有ＤＷ４５ＡＣＢ触头系统上进行双断点的探索，扩展了ＤＷ４５【参考文献】［１］ＧＢ１４０４８．２—２００８低压开关设备和控制设备第２部分：低压断路器［ｓ］．［２］万绍尤．ＤＷ４５－２０００万能式断路器［Ｊ］．低压电器，１９９８（５）：２２—２６．ＡＣＢ的应用领域。

尽管改型产品在其额定电流的容量上存在不足，有其局限性，但也有其现实的应用意义。

另外，双断点结构的改型ＤＷ４５术指标上有明显的效果。

（上接第４８页）［３３陈德桂・当前国内外低压塑壳断路器的发展动向ＡＣＢ隅理论上｛井’在提高分断能力撇心技¨Ｌ低压电器’２０１３＠撩期．２０１３－０８－。

３：Ｌ蜊Ｌｔｅｅｉ竺ｉｑ（ｕ眦ｅｓａｐｐ）１：８竺刊ｓｉｎｉｇｎｌ黟ｅ－ｐｈｄａｓｅ。

ｋｇｒｉ舢ｄｓ［Ｃ］。

／一／ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＹｏｕｔｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ．ＩＥＥＥ，２０１１：１－８．【参考文献】［１］吴云亚，阚加荣，谢少军．基于双由坐标系的并网逆变器控制策略［Ｊ］．电工技术学报，２０１１，２６（８）：１０６．１１２．［５］ＮＩＣＡＳＴＲＩＡ，ＮＡＧＬＩＥＲＯＡ・ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰＬＬｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅ［２］李明，王跃，方雄，等．无正交虚拟信号生成的单相ＤＱ锁相环研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１１，３１（１５）：２７．３２．加ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］／／ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＩＳｌＥ），２０１０Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ，２０１０：３８６５－３８７０．［３１吴浩伟，段善旭，徐正喜．一种新颖的电压控制型逆［６］ＲＯＤＲＩＧＵＥＺＰ，ＰＯＵＪ，ＢＥＲＧＡＳＪ，ｅｔａｌ－ＤｅｃｏｕｐｌｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅＰＬＬｆｏｒ变器并网控制方案［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，ｄｏｕｂｌｅ２８（３３）：１９－２４．ｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＩＥＥＥ［４］ＦＥＲＲＥＩＲＡｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅＲＪ，ＡＲＡＵＪＯＲＥ，ＰＥＣＡＳＬＯＰＥＳＪＡ．ＡａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ，２００７，２２（２）：５８４－５９２．收稿日期：２０１３—０７—０１（上接第５１页）【参考文献】ＫＩＮＴＥＲ－ＭＥＹＥＲＭ，ＳＣＨＮＥＩＤＥＲＫ，ＰＲＡＴＴＲ．ｍｉｔｉｇａｔｅｖｏｌｔａｇｅｉｍｂａｌａｎｃｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓ［ｃ］｝ｆ飞ｋ１４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２０１０．Ｉｍｐａｃｔｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｐｌｕｇ－ｉｎｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓＯＨ［５］ＣＨＡＮｅｌｅｃｔｒｉｃＭＳＷ，ＣＨＡＵＫＴ，ＣＨＡＮＣｖｅｈｉｃｌｅＣ．ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｕｔｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｒｅｇｉｏｎａｌＵ。