多拓撲結構的電動汽車充電樁對電網諧波影響與研究

林 旭

（廣東電網有限責任公司電力調度控制中心，廣東 廣州 510030）

0 引 言

眾所周知，目前電動汽車都在推行快速充電。這種快速充電樁內部含有整流裝置，它的作用是將交流電轉換為直流電，為電動汽車的車載蓄電池充電。整流裝置就是一個重要的諧波污染源，因此電動汽車充電樁會造成對于供電系統的諧波污染，進而導致功率因數降低。這在一定程度上會影響供電系統電能質量，還會在用電高峰的情況下，進一步增加供電系統負擔。

1 電動汽車充電樁多拓撲結構設計

圖1為多拓撲結構純電動充電樁結構設計示意圖。

圖1 多拓撲結構純電動充電樁結構設計示意圖

2 電動汽車充電樁諧波分析模型

在傳統的諧波模型構建中，一般是借助簡化電路結構來實施對于整流中的充電樁諧波特點分析，但是其對于充電樁在功率變換環節中存在的大量非線性元件沒有有效的把握和分析，一般將其視為電阻等效，這樣就會將這個環節對于諧波產生的影響忽略，此次研究的電動汽車充電樁諧波分析模型，是對于兩種不同的拓撲結構的充電樁諧波進行對比分析。

因此，嘗試對于傳統模型進行改造，主要是采取相應的諧波分析方法進行改進，將充電樁的整流和功率變換中的諧波影響考慮在內，構建多拓撲結構充電樁模型，這里主要用的是快速傅里葉變換法開展諧波影響分析。

此次分析的多拓撲結構主要是針對不控整流+高頻DC/DC 變換器類型組合和PWM 整流+高頻DC/DC變換器類型組合兩類，對于這兩種結構的充電樁在應用中產生的電網諧波影響情況進行分析。在構建好相應的諧波分析模型后，下一步就是采取仿真實驗來驗證相關諧波影響情況。

3 仿真實驗

依照多拓撲結構充電樁諧波分析模型，借助相應的平臺構建兩種拓撲結構的仿真模型，考慮到充電樁在不同充電階段會出現不同的諧波影響，因此在仿真實驗中也設置了不同電壓以及電流，滿足相關充電樁的諧波特點分析需求。

鑒于電動汽車充電樁在不同充電階段產生的諧波特點差異性，設置相應的諧波產生環境，分別就不同電流、電壓以及充電功率下的諧波產生情況進行設置，設置的3 種不同仿真工況分別是：第一，電壓、電流以及充電功率分別為180 V、60 A、16 kW；第二，電壓、電流以及充電功率分別為200 V、180 A、32 kW；第三，電壓、電流以及充電功率分別為500 V、180 A、40 kW。 最終的仿真結果統計中發現（見表1），在3 種不同工況中，充電功率不斷增長，這兩類拓撲結構充電樁在配電變壓器高壓側總諧波電流畸變率不斷降低。

根據仿真實驗可知，第一種拓撲結構充電機的總諧波電流畸變率依然超過兩成，而第二種拓撲結構充電機的總諧波電流畸變率要比第一種拓撲結構充電機的數值小很多。

表1 不同拓撲結構在3 種不同仿真工況下總諧波電流畸變率

4 結 論

設置不控整流+高頻DC/DC 變換器類型組合以及PWM 整流+高頻DC/DC 變換器類型組合兩種拓撲結構充電樁，對于不同工況下兩類充電樁具體對電網產生的諧波影響進行仿真實驗分析。在具體的實驗分析中發現，PWM 整流+高頻DC/DC 變換器的拓撲結構充電樁在不同工況充電中，總諧波電流畸變率要比不控整流+高頻DC/DC 變換器的拓撲結構充電樁的數值小很多。因此，PWM 整流+高頻DC/DC 變換器拓撲結構充電樁更具有使用的優勢，市場價值更大，值得應 用推廣。