馮景峰
廣州市高級(jí)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(shí)到了環(huán)境保護(hù)的重要性,開始梳理環(huán)保的意識(shí)。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(huì)的建設(shè)理念不相符合,發(fā)展也受到了一定的阻礙。電動(dòng)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(dòng)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(shì)顯著。從當(dāng)前的發(fā)展看,電動(dòng)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(duì)來講,充電時(shí)間比較短,但是其缺點(diǎn)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(xiàng)供電,可利用車載充電機(jī)作為動(dòng)力,功率相對(duì)較小,所花費(fèi)的充電時(shí)間也比較久,因?yàn)轶w積比較小,其應(yīng)用范圍更為廣泛。
電動(dòng)汽車主要以電作為驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì),但是電動(dòng)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(huì)對(duì)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(gè)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(shí)到諧波存在的危害,但是對(duì)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(jì)學(xué)等對(duì)電動(dòng)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(gè)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(dòng)汽車的使用,需要對(duì)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(zhēng)減少其對(duì)電力系統(tǒng)的破壞,減少其對(duì)電能輸送質(zhì)量的影響。
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(yùn)行的 過程中,會(huì)影響電力方面的質(zhì)量,也會(huì)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(zhǎng)期下去,會(huì)破壞電費(fèi)的計(jì)算系統(tǒng),導(dǎo)致部分用戶的電費(fèi)支出增加,同時(shí),還會(huì)對(duì)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(gè)方面。
其一,影響公共電網(wǎng)的運(yùn)行。電工汽車充電設(shè)備弱產(chǎn)生較大的諧波,不僅會(huì)影響到當(dāng)前的線路系統(tǒng),甚至還會(huì)滲透到公共電網(wǎng)的運(yùn)行系統(tǒng)中,最終影響到電網(wǎng)系統(tǒng)中計(jì)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(shí),線路損耗的電能就越多,影響到整個(gè)電路的整體質(zhì)量;與此同時(shí),還會(huì)對(duì)通電信號(hào)等造成干擾,影響到人們的正常使用。
其三,諧波污染,還會(huì)影響到電壓、功率、電流測(cè)量的精確度,這對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的運(yùn)作和后期的管理都帶來了不必要的麻煩。
其四,對(duì)設(shè)備的影響。諧波的產(chǎn)生,造成對(duì)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(huì)影響到電容器的整個(gè)使用壽命,對(duì)控制系統(tǒng)的影響,會(huì)引起電壓判斷失誤,整個(gè)控制系統(tǒng)失控現(xiàn)象的產(chǎn)生。
當(dāng)前發(fā)展階段,電動(dòng)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(diǎn),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(yùn)轉(zhuǎn),推動(dòng)電動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車交流充電樁諧波加以控制和研究,減少諧波污染。
交流充電樁,主要是被固定在某一個(gè)地方,如停車場(chǎng)、商場(chǎng)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(dòng)汽車,提供充電的接口,其功率一般≤7kWA,因?yàn)槠浔容^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(yùn)行造成干擾,反之,電子設(shè)備受到影響和干擾,又會(huì)從電源線傳入電網(wǎng)中,影響電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。
從上面的分析可以看出,要控制諧波的產(chǎn)生,需要對(duì)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(hào),抑制高頻率的交流電對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備造成干擾,從而保證整個(gè)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(hào)或電流通過電源線時(shí),設(shè)備會(huì)是允許的狀態(tài),但是其他的電流和信號(hào)通過時(shí),則會(huì)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(diǎn),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(gè)領(lǐng)域的運(yùn)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(huì)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(jì)中,科學(xué)地運(yùn)用緩沖路線,利用EMI低通濾波電路設(shè)備,對(duì)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(huì)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(huì)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(hào),地線一般是與大地練級(jí)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(gè)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(gè)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(hào)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(shí)質(zhì)上是選頻電路,在電動(dòng)汽車交流充電樁設(shè)備中使用這種裝置,對(duì)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(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi),說明這種裝置對(duì)抑制諧波的作用比較明顯。
從實(shí)際的情況來看,很多電動(dòng)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(chǎng)地相比,諧波電流的產(chǎn)生,最終會(huì)因前期諧波電壓等,這些都會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備、家用電器等正常運(yùn)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。
綜上所述,電動(dòng)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(shì),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(dòng)汽車具有良好的發(fā)展前景,在長(zhǎng)期的發(fā)展中,我們也要認(rèn)識(shí)到電動(dòng)汽車交流充電樁裝置會(huì)產(chǎn)生諧波,對(duì)電壓、電流和整個(gè)電路系統(tǒng)會(huì)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(gè)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(guó)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(duì)電動(dòng)汽車的研究,重視對(duì)諧波的研究,認(rèn)識(shí)到其危害和特點(diǎn),加強(qiáng)對(duì)充電諧波危害的治理。