淺聊供配電工程設(shè)計(jì)中充電樁的諧波治理
瀏覽次數(shù)：726更新時(shí)間：2024-08-06
摘要：隨著電動(dòng)汽車的普及，充電樁在供配電工程中的應(yīng)用日益廣泛。然而，充電樁的大量接入給電網(wǎng)帶來(lái)了諧波問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的電能質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文深入探討了充電樁產(chǎn)生諧波的原因和特點(diǎn)，詳細(xì)分析了諧波對(duì)供配電系統(tǒng)的危害，并提出了一系列有效的諧波治理措施，為供配電工程設(shè)計(jì)中充電樁的諧波治理提供了有益的參考。
一、引言
在全球能源轉(zhuǎn)型和環(huán)保要求的推動(dòng)下，電動(dòng)汽車作為一種綠色出行方式得到了迅猛發(fā)展。充電樁作為電動(dòng)汽車的能源補(bǔ)給設(shè)施，其數(shù)量也在快速增長(zhǎng)。然而，充電樁在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，給供配電系統(tǒng)帶來(lái)了諸多不利影響。因此，研究供配電工程設(shè)計(jì)中充電樁的諧波治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、充電樁產(chǎn)生諧波的原因及特點(diǎn)
（一）原因
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電力電子器件的使用
充電樁內(nèi)部的整流器、逆變器等電力電子設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生非正弦電流，從而導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。
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充電過(guò)程的非線性特性
充電樁的充電功率會(huì)根據(jù)電池狀態(tài)和充電需求不斷變化，這種非線性的充電過(guò)程也是諧波產(chǎn)生的重要原因。
（二）特點(diǎn)
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諧波次數(shù)較高
充電樁產(chǎn)生的諧波主要集中在 3 次、5 次、7 次等高次諧波。
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諧波含量不穩(wěn)定
由于充電需求的隨機(jī)性和不確定性，充電樁產(chǎn)生的諧波含量會(huì)隨時(shí)間變化而不穩(wěn)定。
三、諧波對(duì)供配電系統(tǒng)的危害
3.1增加線路損耗
諧波電流在電網(wǎng)中流動(dòng)時(shí)，會(huì)使線路的電阻增大，從而導(dǎo)致線路損耗增加，降低電網(wǎng)的輸電效率。
3.2影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行
諧波會(huì)使變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生額外的損耗和發(fā)熱，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備故障。
3.3引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作
諧波會(huì)使繼電保護(hù)裝置的測(cè)量誤差增大，可能導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4降低電能質(zhì)量
諧波會(huì)導(dǎo)致電壓波形畸變，使電壓波動(dòng)和閃變?cè)黾樱绊戨娔苜|(zhì)量，給用戶帶來(lái)不良影響。
四、充電樁諧波治理措施
4.1無(wú)源濾波器
無(wú)源濾波器是由電感、電容和電阻組成的諧振電路，通過(guò)對(duì)特定諧波頻率形成低阻抗通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的吸收和抑制。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但存在濾波效果受系統(tǒng)阻抗影響較大、容易發(fā)生諧振等缺點(diǎn)。
例如，某充電站采用了無(wú)源濾波器進(jìn)行諧波治理，在一定程度上降低了諧波含量，但由于系統(tǒng)阻抗的變化，濾波效果有時(shí)不夠理想。
4.2有源濾波器
有源濾波器通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流，并產(chǎn)生與之大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。其優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好、適應(yīng)性強(qiáng)，但成本較高。
比如，某大型商業(yè)停車場(chǎng)的充電樁系統(tǒng)采用了有源濾波器，有效地解決了諧波問(wèn)題，提高了電能質(zhì)量。
4.3混合型濾波器
混合型濾波器結(jié)合了無(wú)源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)，既能降低成本，又能提高濾波效果。
以某工業(yè)園區(qū)的充電樁項(xiàng)目為例，采用混合型濾波器后，諧波得到了有效治理，同時(shí)降低了投資成本。
4.4優(yōu)化充電樁設(shè)計(jì)
從源頭減少諧波的產(chǎn)生，如采用多電平變換技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)等。
4.5合理規(guī)劃充電樁布局
通過(guò)合理分布充電樁，減少諧波的集中注入，降低對(duì)電網(wǎng)的影響。
五、供配電工程設(shè)計(jì)中充電樁諧波治理的注意事項(xiàng)
5.1諧波測(cè)量與分析
在進(jìn)行諧波治理前，需要對(duì)充電樁產(chǎn)生的諧波進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和詳細(xì)分析，為治理方案的制定提供依據(jù)。
5.2治理設(shè)備的選型
根據(jù)諧波的特點(diǎn)、電網(wǎng)的參數(shù)以及治理要求，合理選擇諧波治理設(shè)備的類型和容量。
5.3與其他設(shè)備的協(xié)調(diào)配合
諧波治理設(shè)備應(yīng)與供配電系統(tǒng)中的其他設(shè)備（如變壓器、電容器等）協(xié)調(diào)配合，避免相互影響。
5.4運(yùn)行維護(hù)
定期對(duì)諧波治理設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行，保證治理效果的持續(xù)性。
六、安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型
6.1功能介紹
ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。
ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。
6.2產(chǎn)品選型
6.3技術(shù)參數(shù)
七、總結(jié)
綜上所述，在非線性負(fù)載投入使用的比重逐步上升后，諧波已經(jīng)在充電樁配電工程中產(chǎn)生較大影響，充電樁配電工程的電能質(zhì)量及諧波治理問(wèn)題逐漸重視起來(lái)。有源電力濾波器的投入使用，便是解決諧波治理問(wèn)題的重要開端，隨著科技水平的不斷進(jìn)步，治理電網(wǎng)諧波必定會(huì)更加迅速，更加達(dá)到效果。
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[4] 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版
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