蘇大智

摘要：伴隨當(dāng)前國家新能源政策的不斷實(shí)施和電動汽車的電池技術(shù)發(fā)展的更加完善，大批量的電動汽車的充電站被建成，建設(shè)充電站的目的是為了使非車載的充電機(jī)將直流電傳給電動汽車的動力電池，從而可以給電池充電。由于充電站中的充電機(jī)是非線性的設(shè)備，它在運(yùn)行時會伴隨諧波產(chǎn)生，在充電過程中會將諧波電流注入到電網(wǎng)中，進(jìn)而造成諧波污染，對公網(wǎng)產(chǎn)生危害。因此，本論文首先對諧波污染對電網(wǎng)的污染情況進(jìn)行了介紹，其次對處理的方式進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電動汽車 充電站 諧波

引言

2006年至今，國際油價跌宕起伏，整體走勢向上，不可預(yù)測的政治因素對國際油價的影響越來越大，導(dǎo)致各國政府都非常重視其能源政策和戰(zhàn)略，紛紛采取措施尋求和開發(fā)各種新能源和可再生能源，同時注重提高能源效率和節(jié)約能源。由于傳統(tǒng)汽車消耗了大量優(yōu)質(zhì)緊缺的石油天然氣，這使得電動汽車成為解決我國石油能源短缺的根本出路。以電動汽車為代表發(fā)展有助于實(shí)現(xiàn)交通能源的多元化并維護(hù)國家的能源安全。但是電動汽車充電樁的電機(jī)在運(yùn)行時會伴隨諧波產(chǎn)生，在充電過程中會將諧波電流注入到電網(wǎng)中，進(jìn)而造成諧波污染，對公網(wǎng)產(chǎn)生危害。所以應(yīng)該在進(jìn)行充電站的建設(shè)時選擇有抑制和消除諧波的措施來解決諧波污染。

1 我國電動汽車及其充電站的發(fā)展

1.1我國電動汽車的發(fā)展

上世紀(jì)六七十年代我國已經(jīng)開啟了電動汽車的探索階段，真正開始進(jìn)行比較系統(tǒng)的研發(fā)是在“九五”時期，相比世界上的另外一部分汽車生產(chǎn)大國至少晚了20年的時間。雖然我國開始的時間相對較晚，但是在國家實(shí)施的863計劃對電動汽車的發(fā)展研究的支持下，也得到了快速的發(fā)展，使得一系列技術(shù)難題被攻破，一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車的整車已經(jīng)能夠進(jìn)行小批量的生產(chǎn)并且在市場上被推廣，并且在某些領(lǐng)域已經(jīng)超過了發(fā)展的較好的國家。

我國的電動汽車行業(yè)發(fā)展總體可被分成三部分：

（1）初期（二十世紀(jì)六十年代～二十世紀(jì)末）

這一時期，國內(nèi)對于電動汽車行業(yè)的關(guān)注相對較少，汽車制造的公司也沒有開展與之有關(guān)的研究工作以及進(jìn)行以后的規(guī)劃。這一時期，國內(nèi)沒有電動汽車推向市場。

（2）研發(fā)期（2001年～2007年）

在2001年的9月份，國家的科技部舉辦了“電動汽車重大科技專項”研究論證會，會議中對電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r的可行性做了報告，并且被通過，自此中國的電動汽車發(fā)展正式開始。到2007年11時，國家正式頒布了《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》，這表明我國生產(chǎn)的電動汽車已經(jīng)獲得了上市的許可證。這段時間內(nèi)我國的電動汽車發(fā)展速度越來越快，技術(shù)也有了飛速的提升，為后期更好的發(fā)展打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）培育期（2007年至今）

從2007年的規(guī)則頒布之后，我國的電動汽車制造水平有了非常顯著的提高，陸續(xù)有很多種品牌的電動汽車被推出，并且在市場上被銷售。在這段時期，我國電動汽車的生產(chǎn)、銷售、運(yùn)營產(chǎn)業(yè)鏈逐步建立并且被完善，在未來我國的電動汽車將會被推廣到更大的范圍。

1.2我國電動汽車充電站的發(fā)展

當(dāng)前我國的電動汽車充電站的建設(shè)還只是在開始階段，很多技術(shù)都不夠成熟，而世界上有非常多的國家早就開始行動了，充電站在城市的各個地方都可以看到，美國、日本等國家也正在飛速的建設(shè)電動汽車充電站，已經(jīng)有許多被應(yīng)用到商業(yè)化運(yùn)營中。

2009年8月耗時3年投資508萬的國內(nèi)第一座商業(yè)化運(yùn)營的電動汽車充電站——漕溪電動汽車充電站建成，標(biāo)志著我國的電動汽車充電站建設(shè)拉開了帷幕。

2 諧波對公用電網(wǎng)的污染情況

電動汽車以電能為主要能源，通常通過充電機(jī)進(jìn)行電能的補(bǔ)充，然而，需要注意的是，采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)的大功率充電機(jī)是高度非線性用電設(shè)備，會產(chǎn)生較高的諧波電流對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，諧波對公用電網(wǎng)是一種污染，主要表現(xiàn)如下：

（1）產(chǎn)生附加損耗，增加設(shè)備的溫升;

（2）惡化絕緣條件，縮短設(shè)備壽命;

（3）引起電機(jī)的機(jī)械振動;

（4）無功補(bǔ)償電容器組會引起諧波電流的放大，甚至造成諧振;

（5）對繼電保護(hù)、自動控制裝置和計算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動作;

（6）影響測量儀器的精度，造成電能計量誤差;

（7）干擾相鄰?fù)ㄐ啪€路和鐵道信號線路的正常工作。

3 諧波污染的處理方法

隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展，如直流輸電、諧波抑制和無功功率補(bǔ)償變得越來越重要，通常有兩種解決諧波污染的方式，一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置，二是對電力電子本身進(jìn)行改造，顯而易見是不合理的。我們需要為電動汽車的充電站配置相應(yīng)的諧波抑制設(shè)備。

3.1 無源電力濾波器

傳統(tǒng)的方法是采用無源電力濾波器（多為LC調(diào)諧濾波器），這種方法既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償無功功率，而且結(jié)構(gòu)簡單，一直被廣泛使用，但它的補(bǔ)償特性受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，LC濾波器過載甚至燒毀。而且，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不理想。盡管如此，LC濾波器仍是目前補(bǔ)償諧波的主要手段。采用有源電力濾波器抑制諧波是一個重要的發(fā)展趨勢。該方法的基本原理是檢測出補(bǔ)償對象中諧波電流的大小，再由有源電力濾波器產(chǎn)生一個與諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流抵消電網(wǎng)電流中的諧波成分，使其僅含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，補(bǔ)償特性也不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視。

3.2 有源電力濾波器

有源電力濾波器（APF）是當(dāng)前新的解決措施，它能夠?qū)χC波進(jìn)行動態(tài)抑制以及補(bǔ)償無功的一種新型的電力電子設(shè)備。它不僅能夠?qū)Υ笮∨c頻率不斷變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，還能夠?qū)Σ粩嘧兓臒o功進(jìn)行補(bǔ)償，被稱為有源的原因是在使用該設(shè)備時需要接通電源。有源電力濾波器的好處是它克服了無源電力濾波器的諧波抑制以及無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，因為傳統(tǒng)方式的濾波器只可以進(jìn)行固定的補(bǔ)償，對于不斷變化的情況是無法補(bǔ)償?shù)摹?/p>

3.3 三相有源電力濾波器

這種濾波器使用的是現(xiàn)代的電力電子技術(shù)，并且以高速DSP器件中的數(shù)字信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)制造而成的新型電力諧波治理專用的設(shè)備。它由兩個部分組成：指令電流運(yùn)算電路、補(bǔ)償電流發(fā)生電路。前者主要是用來對實(shí)時線路中的電流進(jìn)行監(jiān)控，并且能夠?qū)⒛M的電流信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號的形式，同時以脈寬調(diào)制的形式發(fā)送給補(bǔ)償電流發(fā)生電路驅(qū)動脈沖，驅(qū)動IGBT或者IPM功率模塊，從而產(chǎn)生了跟電網(wǎng)的諧波電流幅值相等的、極性相反的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中，這樣諧波電流就能夠被補(bǔ)償或者抵消掉，進(jìn)而可以主動的消除諧波。

4 結(jié)論

通過上文的研究，電動汽車充電站的諧波污染問題對公用電網(wǎng)的影響問題必須要采取措施來處理妥當(dāng)，讓用戶和電網(wǎng)能夠被更好的使用，未來還需要研究更好的解決措施。

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