電動汽車充電站諧波問題研究

蘇大智

摘要：伴隨當前國家新能源政策的不斷實施和電動汽車的電池技術發展的更加完善，大批量的電動汽車的充電站被建成，建設充電站的目的是為了使非車載的充電機將直流電傳給電動汽車的動力電池，從而可以給電池充電。由于充電站中的充電機是非線性的設備，它在運行時會伴隨諧波產生，在充電過程中會將諧波電流注入到電網中，進而造成諧波污染，對公網產生危害。因此，本論文首先對諧波污染對電網的污染情況進行了介紹，其次對處理的方式進行了闡述。

關鍵詞：電動汽車 充電站 諧波

引言

2006年至今，國際油價跌宕起伏，整體走勢向上，不可預測的政治因素對國際油價的影響越來越大，導致各國政府都非常重視其能源政策和戰略，紛紛采取措施尋求和開發各種新能源和可再生能源，同時注重提高能源效率和節約能源。由于傳統汽車消耗了大量優質緊缺的石油天然氣，這使得電動汽車成為解決我國石油能源短缺的根本出路。以電動汽車為代表發展有助于實現交通能源的多元化并維護國家的能源安全。但是電動汽車充電樁的電機在運行時會伴隨諧波產生，在充電過程中會將諧波電流注入到電網中，進而造成諧波污染，對公網產生危害。所以應該在進行充電站的建設時選擇有抑制和消除諧波的措施來解決諧波污染。

1 我國電動汽車及其充電站的發展

1.1我國電動汽車的發展

上世紀六七十年代我國已經開啟了電動汽車的探索階段，真正開始進行比較系統的研發是在“九五”時期，相比世界上的另外一部分汽車生產大國至少晚了20年的時間。雖然我國開始的時間相對較晚，但是在國家實施的863計劃對電動汽車的發展研究的支持下，也得到了快速的發展，使得一系列技術難題被攻破，一些具有自主知識產權的電動汽車的整車已經能夠進行小批量的生產并且在市場上被推廣，并且在某些領域已經超過了發展的較好的國家。

我國的電動汽車行業發展總體可被分成三部分：

（1）初期（二十世紀六十年代～二十世紀末）

這一時期，國內對于電動汽車行業的關注相對較少，汽車制造的公司也沒有開展與之有關的研究工作以及進行以后的規劃。這一時期，國內沒有電動汽車推向市場。

（2）研發期（2001年～2007年）

在2001年的9月份，國家的科技部舉辦了“電動汽車重大科技專項”研究論證會，會議中對電動汽車的發展狀況的可行性做了報告，并且被通過，自此中國的電動汽車發展正式開始。到2007年11時，國家正式頒布了《新能源汽車生產準入管理規則》，這表明我國生產的電動汽車已經獲得了上市的許可證。這段時間內我國的電動汽車發展速度越來越快，技術也有了飛速的提升，為后期更好的發展打下堅實的基礎。

（3）培育期（2007年至今）

從2007年的規則頒布之后，我國的電動汽車制造水平有了非常顯著的提高，陸續有很多種品牌的電動汽車被推出，并且在市場上被銷售。在這段時期，我國電動汽車的生產、銷售、運營產業鏈逐步建立并且被完善，在未來我國的電動汽車將會被推廣到更大的范圍。

1.2我國電動汽車充電站的發展

當前我國的電動汽車充電站的建設還只是在開始階段，很多技術都不夠成熟，而世界上有非常多的國家早就開始行動了，充電站在城市的各個地方都可以看到，美國、日本等國家也正在飛速的建設電動汽車充電站，已經有許多被應用到商業化運營中。

2009年8月耗時3年投資508萬的國內第一座商業化運營的電動汽車充電站——漕溪電動汽車充電站建成，標志著我國的電動汽車充電站建設拉開了帷幕。

2 諧波對公用電網的污染情況

電動汽車以電能為主要能源，通常通過充電機進行電能的補充，然而，需要注意的是，采用現代電力電子技術的大功率充電機是高度非線性用電設備，會產生較高的諧波電流對電網產生諧波污染，諧波對公用電網是一種污染，主要表現如下：

（1）產生附加損耗，增加設備的溫升;

（2）惡化絕緣條件，縮短設備壽命;

（3）引起電機的機械振動;

（4）無功補償電容器組會引起諧波電流的放大，甚至造成諧振;

（5）對繼電保護、自動控制裝置和計算機產生干擾和造成誤動作;

（6）影響測量儀器的精度，造成電能計量誤差;

（7）干擾相鄰通信線路和鐵道信號線路的正常工作。

3 諧波污染的處理方法

隨著電力系統的日益發展，如直流輸電、諧波抑制和無功功率補償變得越來越重要，通常有兩種解決諧波污染的方式，一是裝設諧波補償裝置，二是對電力電子本身進行改造，顯而易見是不合理的。我們需要為電動汽車的充電站配置相應的諧波抑制設備。

3.1 無源電力濾波器

傳統的方法是采用無源電力濾波器（多為LC調諧濾波器），這種方法既可補償諧波又可補償無功功率，而且結構簡單，一直被廣泛使用，但它的補償特性受到電網阻抗和運行狀態的影響，易和系統發生并聯諧振，導致諧波放大，LC濾波器過載甚至燒毀。而且，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不理想。盡管如此，LC濾波器仍是目前補償諧波的主要手段。采用有源電力濾波器抑制諧波是一個重要的發展趨勢。該方法的基本原理是檢測出補償對象中諧波電流的大小，再由有源電力濾波器產生一個與諧波電流大小相等、極性相反的補償電流抵消電網電流中的諧波成分，使其僅含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，補償特性也不受電網阻抗的影響，因而受到廣泛的重視。

3.2 有源電力濾波器

有源電力濾波器（APF）是當前新的解決措施，它能夠對諧波進行動態抑制以及補償無功的一種新型的電力電子設備。它不僅能夠對大小與頻率不斷變化的諧波進行補償，還能夠對不斷變化的無功進行補償，被稱為有源的原因是在使用該設備時需要接通電源。有源電力濾波器的好處是它克服了無源電力濾波器的諧波抑制以及無功補償的方法，因為傳統方式的濾波器只可以進行固定的補償，對于不斷變化的情況是無法補償的。

3.3 三相有源電力濾波器

這種濾波器使用的是現代的電力電子技術，并且以高速DSP器件中的數字信號處理技術為基礎制造而成的新型電力諧波治理專用的設備。它由兩個部分組成：指令電流運算電路、補償電流發生電路。前者主要是用來對實時線路中的電流進行監控，并且能夠將模擬的電流信號轉換成為數字信號的形式，同時以脈寬調制的形式發送給補償電流發生電路驅動脈沖，驅動IGBT或者IPM功率模塊，從而產生了跟電網的諧波電流幅值相等的、極性相反的補償電流注入到電網中，這樣諧波電流就能夠被補償或者抵消掉，進而可以主動的消除諧波。

4 結論

通過上文的研究，電動汽車充電站的諧波污染問題對公用電網的影響問題必須要采取措施來處理妥當，讓用戶和電網能夠被更好的使用，未來還需要研究更好的解決措施。

參考文獻

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