如何减少充电桩在工作过程中对电网谐波的影响

电动车汽车充电桩接入对电网谐波的影响

大量电动汽车充电桩一旦接入到电网之中，会导致用电端部分承担更多负荷，三相之间供电会出现交替，这样就会造成谐波影响。具体而言，谐波指的是在电压传播的过程中，在电压信号中夹杂的杂波信号。谐波可对电网内潮流计算性造成影响，促使网络的消耗量增加。尤其是高压设备会出现额外消耗。谐波给通信线路可以造成两种影响，分别是静电感应影响、电磁干扰影响。而多输电线路不对称运行时，则需对这两种影响同时考虑。若输电线路对称运行，只需对高次谐波静电感应效应予以考虑。从侧面而言，谐波影响可以反映用电端给电网造成的污染，而充电桩动态污染，可对电网的安全、稳定运行造成直接影响。电动车汽车充电桩接入对电网谐波的影响还体现在以下两方面：（1）电动汽车的充电桩一旦接入到电网，因不同电动汽车的汇聚度不同、充电行为不同，一旦接入后，会对电网电压水平造成影响。电压改变会对电流造成影响，引发电流变化，而电网在低电压状态下运行时，可能会出现电网有功功率、无功功率增大，进而导致成本增加。（2）在电动汽车集中充电时，由于电量分配存在的限制，可导致电网承受较大用电负荷，这会对电力系统用电平衡造成影响。在分析充电桩对电网谐波造成的影响时，需建立仿真模型，展开细致化分析。

电动车汽车充电桩接入对电网谐波影响的解决措施

在接入电动汽车充电桩时，硬采取措施来减轻接入行为对电网谐波造成的影响，具体可从以下几方面入手：

3.1使用12脉波整流电路

在电动车汽车充电桩仿真模型中接入12脉波整流电路，探究其是否可以减少对电网谐波的影响。在充电桩开始充电的前30分钟，输出功率大的时候进行试验，可以得到配电网低压侧电流的波形，再对图形进行加以分析，可以观察到12脉波充电桩电压、电流谐波的变化规律，得出其公式：12k±1（k是正整数），电流波形与正弦波相接近。12脉波整流比6脉波整流相比，减少对谐波的影响，大大降低低压侧总电流畸变的百分率，试验有效地证明增加脉动数可以抑制谐波。

3.2使用PWM整流技术

建立PWM数学模型，在经过坐标的变换过程中，得到dp的数学模型，通过瞬间无功功率可以使电流内环进行前馈解耦，成功完成电压、电流双闭环直接电流控制的模型搭建。在PWM整流模型进行试验过程中，发现功率因数可以进行调节，还可以的抑制谐波，地降低充电桩工作中对谐波的影响。在相同电压的PWM整流模型试验中，发现充电桩产生的谐波没有明显的规律变化，每次产生的谐波都各不相同。通过试验证明使用PWM整流技术，可以抑制谐波，电流的低压侧总畸变率极低，使其能在单位功率因数下正常工作。

3.3添设无源滤波器

在配电网模型中，可以加入7次、5次单调谐滤波器与二阶高通滤波器，在实验操作中观察低压侧电流的变化图。从试验得出的图形数据中，发现当3中无源滤波器同时加入时，图形变化情况形状接近于正弦波形，低压侧畸变率的百分比降低许多，可见无源滤波器对谐波抑制能力有限。

3.4添设有源滤波器

在电动车汽车充电桩工作运行中，可以严重影响电流的畸变，因此，可以选择并联型滤波器，来进行电流跟踪控制，确保减少其影响。在配电网模型中加入有源滤波器，可以观察到电流波图更加接近正弦波，电流总畸变百分率降到更小。有源电力滤波器可以在充电桩工作过程中起到动态抑制谐波，对变化的谐波进行跟踪，有源过滤器对谐波的治理效果十分显著，大大降低谐波，使电网可以得到正常运行。

3.5对四种治理谐波效果进行比较分析

通过将12脉波整流电路、PWM整流技术、添设无源滤波器、添设有源滤波器接入到仿真模型中，观察在电动车汽车充电桩工作中，各自产生的电流总畸变率THD，得出如下图表格数据。充电桩类型低压侧电流THD（%）高压侧电流THD（%）

通过试验可以发现，PWM整流技术接入的充电桩设备，产生谐波少。在实际条件允许的情况下，可以使用这种方法，较少充电桩对谐波的影响。有源滤波器对谐波的治理也是十分，但其不能快速地跟踪变化快的谐波电流，导致波形上有一些毛刺，需要对电路参数进行更合理的设置。

安科瑞充电桩收费运营云平台

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

4.3.1系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据中心层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2.实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

参考文献

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张国华，豆宇波.电动车汽车充电桩接入对电网谐波的影响.

安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

审核编辑 黄宇