任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:電動車汽車現在已經成為人們日常出行的交通工具，也符合當下國家提出綠色、環保出行的主旨。如今，電動車汽車被人們大規模應用，其相應的充電樁接入對電網諧波產生的影響，應該受到人們的重視，需要有關部門在對電動車汽車充電樁工作時，產生的諧波進行數據監測，保證其能在單位功率因數下正常工作。本文通過電動車汽車充電樁接入對電網諧波的影響，搭建仿真模型，探討如何減少充電樁在工作過程中對電網諧波的影響。

關鍵詞：電動車汽車；充電樁；電網諧波

0引言

人們現在越來越重視能源和環境問題，綠色生活、綠色出行、節能環保不再只是宣傳口號，被人們確確實實地運用在生活上。因此，電動車汽車行業得到良好的發展機會，電動車汽車出行，減少環境污染，使人們出行便利。與此同時電動車汽車充電樁接入對諧波的影響，需要引起相關部門的重視，做好數據監測，加大監管力度，確保電網電能質量。分析電動車汽車充電樁介入對電網諧波的影響，可以更好地進行變量調控，做出的治理措施，讓理論知識得到驗證，在對電動車汽車充電樁工作運行時，對電網諧波影響可以得到的治理，讓電動車汽車行業可以得到良好的發展，促進我國經濟的發展。

1. 電動車汽車充電樁諧波工作原理

電動車汽車行業的發展能夠的促進我國新能源的開發，節約國家資源，提升我國的經濟水平。電動車汽車充電設備引入的開展順利與否，關乎到電動車汽車行業的發展。電動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。諧波的規律公式為：6k±1（k是正整數）。根據充電樁的工作原理可以進行仿真模型實驗研究，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保障，使電動車汽車行業與電力行業得到更好的發展。

1. 電動車汽車充電樁接入對電網諧波的影響

大量電動汽車充電樁一旦接入到電網之中，會導致用電端部分承擔更多負荷，三相之間供電會出現交替，這樣就會造成諧波影響。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。諧波可對電網內潮流計算性造成影響，促使網絡的消耗量增加。尤其是高壓設備會出現額外消耗。諧波給通信線路可以造成兩種影響，分別是靜電感應影響、電磁干擾影響。而多輸電線路不對稱運行時，則需對這兩種影響同時考慮。若輸電線路對稱運行，只需對高次諧波靜電感應效應予以考慮。從側面而言，諧波影響可以反映用電端給電網造成的污染，而充電樁動態污染，可對電網的安全、穩定運行造成直接影響。電動車汽車充電樁接入對電網諧波的影響還體現在以下兩方面：（1）電動汽車的充電樁一旦接入到電網，因不同電動汽車的匯聚度不同、充電行為不同，一旦接入后，會對電網電壓水平造成影響。電壓改變會對電流造成影響，引發電流變化，而電網在低電壓狀態下運行時，可能會出現電網有功功率、無功功率增大，進而導致成本增加。（2）在電動汽車集中充電時，由于電量分配存在的限制，可導致電網承受較大用電負荷，這會對電力系統用電平衡造成影響。在分析充電樁對電網諧波造成的影響時，需建立仿真模型，展開細致化分析。

1. 電動車汽車充電樁接入對電網諧波影響的解決措施

在接入電動汽車充電樁時，硬采取措施來減輕接入行為對電網諧波造成的影響，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，輸出功率大的時候進行試驗，可以得到配電網低壓側電流的波形，再對圖形進行加以分析，可以觀察到12脈波充電樁電壓、電流諧波的變化規律，得出其公式：12k±1（k是正整數），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，大大降低低壓側總電流畸變的百分率，試驗有效地證明增加脈動數可以抑制諧波。

3.2使用PWM整流技術

建立PWM數學模型，在經過坐標的變換過程中，得到dp的數學模型，通過瞬間無功功率可以使電流內環進行前饋解耦，成功完成電壓、電流雙閉環直接電流控制的模型搭建。在PWM整流模型進行試驗過程中，發現功率因數可以進行調節，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整流模型試驗中，發現充電樁產生的諧波沒有明顯的規律變化，每次產生的諧波都各不相同。通過試驗證明使用PWM整流技術，可以抑制諧波，電流的低壓側總畸變率極低，使其能在單位功率因數下正常工作。

3.3添設無源濾波器

在配電網模型中，可以加入7次、5次單調諧濾波器與二階高通濾波器，在實驗操作中觀察低壓側電流的變化圖。從試驗得出的圖形數據中，發現當3中無源濾波器同時加入時，圖形變化情況形狀接近于正弦波形，低壓側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添設有源濾波器

在電動車汽車充電樁工作運行中，可以嚴重影響電流的畸變，因此，可以選擇并聯型濾波器，來進行電流跟蹤控制，確保減少其影響。在配電網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態抑制諧波，對變化的諧波進行跟蹤，有源過濾器對諧波的治理效果十分顯著，大大降低諧波，使電網可以得到正常運行。

3.5對四種治理諧波效果進行比較分析

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

通過試驗可以發現，PWM整流技術接入的充電樁設備，產生諧波少。在實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，導致波形上有一些毛刺，需要對電路參數進行更合理的設置。

1. 安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

4.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

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

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維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功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2.實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、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，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

4.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送。

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系統硬件配置

5結語

電動車汽車出行地便利人們日常出行，節約能源，避免能源消耗，對環境不會造成污染。充電樁設備，為電動車汽車的發展，提供良好的后備資源力量。電動車汽車充電樁設備的完善，關乎到電動車汽車能否普及的關鍵因素。因此，充電樁設備接入對諧波造成的影響，需要地制定出相應的措施，使電動車汽車行業可以得到良好發展，提高人們的生活質量。本文四種抑制諧波的方法，需要相關部門結合實際，采用符合實際情況的方法進行治理。

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3. 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

作者簡介

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關物聯網系統研發工作。