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        電動汽車交流充電樁諧波分析及諧波抑制探究

        2018-07-15 06:35:53馮景峰
        時代汽車 2018年5期
        關(guān)鍵詞:充電機(jī)諧波電動汽車

        馮景峰

        廣州市高級技工學(xué)校 廣東省廣州市 510000

        環(huán)境污染和能源短缺的問題已經(jīng)成為當(dāng)今世界普遍關(guān)注的問題,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程中,人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識到了環(huán)境保護(hù)的重要性,開始梳理環(huán)保的意識。傳統(tǒng)燃油汽車在使用的過程中,能源消耗比較大,并且?guī)砹谁h(huán)境污染等問題,這與當(dāng)前倡導(dǎo)的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設(shè)理念不相符合,發(fā)展也受到了一定的阻礙。電動汽車在近些年得到了快速的發(fā)展,它主要是以電力作為驅(qū)動系統(tǒng),與傳統(tǒng)的汽車相比,在環(huán)保、節(jié)能等方面優(yōu)勢顯著。從當(dāng)前的發(fā)展看,電動汽車的充電裝置一般有直流充電、交流充電。直流充電的功率較大,相對來講,充電時間比較短,但是其缺點也比較明顯,體積大,需要專門充電站;交流充電樁采用的是單項供電,可利用車載充電機(jī)作為動力,功率相對較小,所花費的充電時間也比較久,因為體積比較小,其應(yīng)用范圍更為廣泛。

        1 充電樁諧波分析

        電動汽車主要以電作為驅(qū)動力,在很大程度上降低了汽車的噪音,也減少了污染氣體的排放,這都是電動汽車的優(yōu)勢,但是電動汽車在使用中,也逐漸暴露出一些問題。在交流充電樁廣泛應(yīng)用的過程中,車載充電機(jī)是新的諧波源,這種充電機(jī)產(chǎn)生的諧波會對電網(wǎng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響,諧波的存在,直接影響到電網(wǎng)的整體質(zhì)量,還影響整個充電樁系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

        當(dāng)前發(fā)展階段,人們也開始認(rèn)識到諧波存在的危害,但是對車載充電機(jī)諧波治理方面的研究還比較少,一些研究也嘗試?yán)媒y(tǒng)計學(xué)等對電動汽車諧波的特性等加以研究,但是缺乏較多的充電機(jī)樣本數(shù)據(jù),還有的研究因整個體系的建構(gòu)復(fù)雜,其效果不太顯著。

        要想大范圍推廣電動汽車的使用,需要對交流充電樁的負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電壓、諧波電流等進(jìn)行研究,力爭減少其對電力系統(tǒng)的破壞,減少其對電能輸送質(zhì)量的影響。

        2 電動汽車交流充電樁諧波的危害分析

        交流充電樁諧波的產(chǎn)生,也是一種比較嚴(yán)重的電力污染,充電設(shè)備在運行的 過程中,會影響電力方面的質(zhì)量,也會使得電力系統(tǒng)的整體功率下降,因此,諧波的污染也不能被忽視,長期下去,會破壞電費的計算系統(tǒng),導(dǎo)致部分用戶的電費支出增加,同時,還會對電子機(jī)器造成破壞,甚至造成電子設(shè)備的中斷等,具體來講,諧波產(chǎn)生的影響有以下幾個方面。

        其一,影響公共電網(wǎng)的運行。電工汽車充電設(shè)備弱產(chǎn)生較大的諧波,不僅會影響到當(dāng)前的線路系統(tǒng),甚至還會滲透到公共電網(wǎng)的運行系統(tǒng)中,最終影響到電網(wǎng)系統(tǒng)中計算機(jī)設(shè)備、醫(yī)療電力等設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性,甚至引發(fā)電力安全事故。

        其二,在無形中增加了輸電線路中的電路和電壓,尤其是諧波污染較嚴(yán)重時,線路損耗的電能就越多,影響到整個電路的整體質(zhì)量;與此同時,還會對通電信號等造成干擾,影響到人們的正常使用。

        其三,諧波污染,還會影響到電壓、功率、電流測量的精確度,這對整個電路系統(tǒng)的運作和后期的管理都帶來了不必要的麻煩。

        其四,對設(shè)備的影響。諧波的產(chǎn)生,造成對變壓器的損壞,電流引起銅質(zhì)的損耗,引起變壓器的發(fā)熱,并增加其噪聲,而這一系列的影響,會影響到電容器的整個使用壽命,對控制系統(tǒng)的影響,會引起電壓判斷失誤,整個控制系統(tǒng)失控現(xiàn)象的產(chǎn)生。

        當(dāng)前發(fā)展階段,電動汽車發(fā)展前景廣闊,但是諧波污染的問題也成為世界人們普遍關(guān)注的焦點,諧波污染已經(jīng)被公認(rèn)為電網(wǎng)系統(tǒng)中最主要的破壞源。要保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn),推動電動汽車的進(jìn)一步普及和更大范圍的使用,需要采取相應(yīng)的措施,對電動汽車交流充電樁諧波加以控制和研究,減少諧波污染。

        3 電動汽車交流充電樁諧波抑制措施分析

        交流充電樁,主要是被固定在某一個地方,如停車場、商場等公共區(qū)域的供電設(shè)備,主要作用是給有車載充電設(shè)備的電動汽車,提供充電的接口,其功率一般≤7kWA,因為其比較固定,體積小,在使用中比較方便,深受人們的喜愛。但是充電樁諧波的存在,其危害也不容小覷。在使用中需要采取措施加以控制。

        交流充電樁使用的過程中,電源線是諧波導(dǎo)入設(shè)備的重要途徑,諧波干擾也是從電網(wǎng)電源線中進(jìn)入到電子設(shè)備中,最終給電子設(shè)備的正常運行造成干擾,反之,電子設(shè)備受到影響和干擾,又會從電源線傳入電網(wǎng)中,影響電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運行。

        從上面的分析可以看出,要控制諧波的產(chǎn)生,需要對電源和電源線進(jìn)行處理,需要在電源的進(jìn)線口安裝ENI(電磁干擾)低通濾波電路設(shè)備。該設(shè)備的主要作用是阻礙一些高頻率的信號,抑制高頻率的交流電對電網(wǎng)和設(shè)備造成干擾,從而保證整個線路的安全性和穩(wěn)定性不受干擾。

        其具體的操作為,在正常的信號或電流通過電源線時,設(shè)備會是允許的狀態(tài),但是其他的電流和信號通過時,則會被阻斷,這樣非正常頻率的電流,無法進(jìn)入到設(shè)備。低通濾波電路中,我們將能正產(chǎn)通過電流的頻率范圍稱作通帶,而受到通行阻礙的電流頻率范圍,則稱之為阻帶,介于二者之間的頻率叫做截止頻率,正常的濾波電路,一般在通帶中,電壓是正常的數(shù)值。

        隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,當(dāng)前高頻率的開關(guān)電源,因其本身具有的優(yōu)點,如功能強(qiáng)、體積小、質(zhì)量高、功效強(qiáng)等,在電網(wǎng)、工業(yè)等多個領(lǐng)域的運用較多,交流電網(wǎng)中,也使用了開關(guān)電源的地方,除了功率降低的幅度比較大,也增加了諧波的強(qiáng)度,而高頻率的電源開關(guān)操作,同樣也會產(chǎn)生EMI干擾。

        減少這些干擾的方法也比較多,如通常采用的鋪設(shè)地線,合理地鋪設(shè)地線,其形狀一般為五角星,這樣能有效避免環(huán)形或交叉的地線,從而最大程度地減小干擾;其次,在電路的設(shè)計中,科學(xué)地運用緩沖路線,利用EMI低通濾波電路設(shè)備,對高頻率的開關(guān)電源操作給電網(wǎng)帶來了的干擾進(jìn)行削弱,減少其噪聲干擾。

        諧波干擾一般可分為共模干擾和差模干擾兩類。

        首先,共模干擾的來源??紤]到電網(wǎng)導(dǎo)線在電能輸送的過程中,會受到多種外界因素的影響,如電磁環(huán)境,電磁環(huán)境主要是會給周圍的空間環(huán)境造成輻射,火線、中線及地線能感應(yīng)的信號,地線一般是與大地練級的,這三條線之間存在共模干擾。

        其次,差模干擾的來源。在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中,存在很多不同的設(shè)備,同用一條輸電線路,這樣當(dāng)其中某一個電路設(shè)備在進(jìn)行切換操作過程中,形成相等或者相反的信號幅值,這樣也就形成了差模干擾。這種干擾模式的來源與共模干擾剛好是相反的。

        EMI濾波器實質(zhì)上是選頻電路,在電動汽車交流充電樁設(shè)備中使用這種裝置,對整體的電壓諧波及電流產(chǎn)生的畸變等都有很好的抑制作用,所產(chǎn)恒的諧波影響均在國家規(guī)定的范圍內(nèi),說明這種裝置對抑制諧波的作用比較明顯。

        從實際的情況來看,很多電動汽車交流充電裝置多在商業(yè)區(qū)或居民區(qū),距離變壓器的距離比較遠(yuǎn),變壓器的容量也比較小,這些地區(qū)與工業(yè)場地相比,諧波電流的產(chǎn)生,最終會因前期諧波電壓等,這些都會對計算機(jī)等電子設(shè)備、家用電器等正常運作產(chǎn)生影響,因此,諧波的問題必須加以重視,研究有效抑制諧波的方法。

        4 結(jié)語

        綜上所述,電動汽車與傳統(tǒng)的汽車相比,在環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約等方面具有明顯的優(yōu)勢,在全球都普遍關(guān)注環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的今天,電動汽車具有良好的發(fā)展前景,在長期的發(fā)展中,我們也要認(rèn)識到電動汽車交流充電樁裝置會產(chǎn)生諧波,對電壓、電流和整個電路系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的影響,包括電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性等,都受到諧波的威脅,當(dāng)前,諧波的產(chǎn)生是制約整個電能汽車進(jìn)一步發(fā)展和更廣泛應(yīng)用的瓶頸,而當(dāng)前我國在這方面的研究還比較少。因此,在未來的發(fā)展中,要重視加強(qiáng)對電動汽車的研究,重視對諧波的研究,認(rèn)識到其危害和特點,加強(qiáng)對充電諧波危害的治理。

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