【摘要】電動(dòng)汽車(chē)的保有量迅速提升，因電網(wǎng)異常導(dǎo)致的充電問(wèn)題隨之出現(xiàn)，電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試是行業(yè)內(nèi)急需應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)。電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試技術(shù)可應(yīng)用于整車(chē)充電系統(tǒng)或交流充電樁、直流充電樁、車(chē)載充電機(jī)以及高集成度充電總成，提升充電生態(tài)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。為深度適應(yīng)用戶不同場(chǎng)景的充電需求，汽車(chē)行業(yè)需要全面分析全球電網(wǎng)制式差異，梳理異常電網(wǎng)原理，在電網(wǎng)制式、電網(wǎng)跌落、電網(wǎng)陡升以及電網(wǎng)諧波方面開(kāi)發(fā)覆蓋用戶充電工況的測(cè)試方案，電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)品面向市場(chǎng)前被充分驗(yàn)證，規(guī)避潛在的電網(wǎng)異常相關(guān)的充電問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電系統(tǒng)；供電電能質(zhì)量；測(cè)試方案

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.1+9""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230228

Overview on Electric Vehicle Grid Adaptability Testing Technology

Liu Yuanzhi， Song Xilong， Wang Bojun， Li Wei

（Global Ramp;D Center， China FAW Corporation Limited， Changchun 130013）

【Abstract】The ownership of electric vehicle（EV） is rapidly increasing， and charging issues caused by grid abnormal power are consequently emerging. EV adaptability testing has become a hot technology urgently needed in the industry. Grid adaptability testing technology can be applied to vehicle charging systems or AC charging piles， DC charging piles， in vehicle chargers， and high integration charging assemblies to improve the development quality of charging ecological products. To deeply adapt to the demands for charging of users in different scenarios， the automotive industry needs to comprehensively analyze the differences in global power grid systems， sort out the principles of abnormal power grids， and develop testing plans covering user charging conditions in terms of power grid systems， power grid drop， power grid steep rise， and power grid harmonics. Electric vehicle charging products should be fully validated before launch to avoid potential abnormal charging problems about the power grid.

Key words： Electric vehicle， Charge system， Power quality， Testing solution

0引言

全球新能源汽車(chē)保有量大幅提升^[1]，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)銷(xiāo)往世界各地，出口數(shù)量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)^[2]。全面考慮各國(guó)電網(wǎng)制式標(biāo)準(zhǔn)，分析標(biāo)準(zhǔn)差異對(duì)新能源汽車(chē)充電系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。此外，供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)、電網(wǎng)諧波對(duì)新能源汽車(chē)壽命、充電安全、充電效率以及電網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行都產(chǎn)生影響^[3-6]。電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)品豐富多樣，包含交流充電樁、直流充電樁、車(chē)載充電機(jī)以及高集成度的車(chē)載充電產(chǎn)品，各汽車(chē)企業(yè)對(duì)于充電相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)深度不一致，標(biāo)準(zhǔn)差異化大，各充電產(chǎn)品企業(yè)開(kāi)發(fā)深度單一，裝車(chē)匹配后問(wèn)題頻發(fā)，目前行業(yè)內(nèi)暫無(wú)適用于電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)化電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試。本文通過(guò)梳理國(guó)家地區(qū)的電網(wǎng)制式標(biāo)準(zhǔn)差異、充電異常故障原理與異常電網(wǎng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)^[7-10]，定量分析不同電壓、電流、頻率、相位，提出了一種電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試臺(tái)架及電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試方案，針對(duì)充電產(chǎn)品及可外接充電型電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行功能驗(yàn)證。該測(cè)試技術(shù)能夠覆蓋不同國(guó)家電網(wǎng)制式與電動(dòng)汽車(chē)充電異常工況，滿足充電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)驗(yàn)證需求，為電動(dòng)汽車(chē)用戶提供充電質(zhì)量保障。

1電網(wǎng)質(zhì)量現(xiàn)狀分析

1.1電能質(zhì)量概念

電壓、電流或頻率的偏差，可能會(huì)導(dǎo)致用戶設(shè)備發(fā)生故障或無(wú)法正常運(yùn)行。衡量電能電壓質(zhì)量與電流質(zhì)量最為關(guān)鍵。

1.2電壓質(zhì)量

電壓質(zhì)量是指提供實(shí)際與理想電壓值的偏差，以判斷供電部門(mén)給用戶分配的電力是否達(dá)標(biāo)。一般涵蓋電壓偏差、不平衡、電壓波動(dòng)、沖擊性瞬變、電壓短時(shí)變動(dòng)、電壓長(zhǎng)時(shí)變動(dòng)、諧波畸變、電壓偏差。

1.3電流質(zhì)量

電流質(zhì)量包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位的超前或滯后、噪聲。

2異常電網(wǎng)分析

2.1全球電網(wǎng)制式

全球165個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)電網(wǎng)制式16種，電壓幅值與頻率各不相同（圖1）。其中48個(gè)國(guó)家為采用電壓220 V、頻率50 Hz，56個(gè)國(guó)家采用電壓230 V、頻率50 Hz。

2.2電網(wǎng)質(zhì)量異常現(xiàn)象分析

除各國(guó)制定的電網(wǎng)制式標(biāo)準(zhǔn)不同外，各種產(chǎn)生非線性負(fù)荷的設(shè)備^[12]例如逆變器、變頻器、電力牽引機(jī)車(chē)、電弧爐、半導(dǎo)體調(diào)壓和調(diào)相裝置都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)和電網(wǎng)諧波。其中異常電網(wǎng)現(xiàn)象分為8類(lèi)：瞬變、長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)、短時(shí)間電壓變動(dòng)、電壓不平衡、波形畸變、電壓波動(dòng)、電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差。

2.2.1瞬變現(xiàn)象

電能質(zhì)量瞬變現(xiàn)象可分為沖擊和振蕩2類(lèi)。

（1）沖擊性瞬變

沖擊性瞬變是指在正弦穩(wěn)態(tài)條件下，電壓和電流非額定頻率，無(wú)正負(fù)極性的突然變化，例如雷電。雷電引起的沖擊壓與電流如圖2所示，圖中I_ch為沖擊電流；U為對(duì)地電位；t為時(shí)間。

（2）振蕩瞬變

振蕩瞬變是指供電電路在短路、斷路或者接觸不良時(shí)發(fā)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間的電勢(shì)差和相位角差隨時(shí)間發(fā)生變化，導(dǎo)致電流和電壓出現(xiàn)振蕩，電信號(hào)快速交替變化，并會(huì)在1個(gè)周期內(nèi)衰減到零。振蕩現(xiàn)象分為高頻振蕩、中頻振蕩與低頻振蕩，其中高頻振蕩頻率高于500 kHz，通常由于沖擊性瞬變對(duì)供電電路造成影響而產(chǎn)生；中頻振蕩頻率為5～500 kHz，低頻振蕩頻率小于5 kHz，二者通常由于電容組充能造成。

此外，大型變流器在換相過(guò)程中，短暫相位間短路引起電壓波形畸變也會(huì)引發(fā)振蕩瞬變。

2.2.2短時(shí)電壓變動(dòng)

短時(shí)電壓變動(dòng)包括電壓暫降、電壓暫升和短時(shí)電壓中斷現(xiàn)象。

（1）電壓暫降和暫升

電壓暫降是供電電路中的電壓在短時(shí)間內(nèi)突然下降到標(biāo)準(zhǔn)值以下，隨后立即回升至標(biāo)稱電壓范圍的現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間介于10～600 ms^[9]。

電壓暫降主要由供電系統(tǒng)單相接地故障、大型電機(jī)的啟停、大容量負(fù)荷的啟停及電網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)載的間歇性工作。

反之，電壓暫升是供電電路中的電壓在短時(shí)間內(nèi)驟升到標(biāo)準(zhǔn)值以上，隨后立即下降到標(biāo)稱電壓允許范圍的現(xiàn)象。電壓暫升通常由電網(wǎng)系統(tǒng)中大型負(fù)載停止工作、甩負(fù)荷導(dǎo)致。

（2）短時(shí)電壓中斷

短時(shí)電壓中斷是系統(tǒng)故障的一種，表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)供電電壓在60 s內(nèi)降低到0.1倍標(biāo)稱電壓以下。短時(shí)間電壓中斷現(xiàn)象由系統(tǒng)故障、通電設(shè)備故障或控制失靈造成。

2.2.3長(zhǎng)時(shí)電壓變動(dòng)

長(zhǎng)時(shí)電壓變動(dòng)是一種常見(jiàn)的電網(wǎng)故障，相電壓偏離額定值，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)60 s的電網(wǎng)異常現(xiàn)象。長(zhǎng)時(shí)電壓變動(dòng)的原因有多種，包括負(fù)荷投切、輸電線路過(guò)長(zhǎng)和節(jié)電降壓。

（1）過(guò)電壓

過(guò)電壓是指電力系統(tǒng)中交流電壓有效值超過(guò)額定值的10%，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)60 s的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。過(guò)電壓分為外過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓2種類(lèi)型。直擊雷和感應(yīng)雷是外過(guò)電壓的2種形式，而工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓是內(nèi)過(guò)電壓的3種形式。

（2）欠電壓

欠電壓是電力系統(tǒng)中交流電壓有效值低于額定值的90%，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)60 s的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。欠電壓現(xiàn)象通常由于供電線路過(guò)長(zhǎng)、用電負(fù)載過(guò)大、變壓器故障、電源中斷或三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致。

2.2.4電壓不平衡

電壓不平衡是指三相電壓的幅值不同或相對(duì)正常電壓存在相位偏移，通常用負(fù)序電壓、零序電壓與正序電壓之比的百分?jǐn)?shù)形式表示電壓不平衡的程度。供電系統(tǒng)中不平衡的負(fù)荷、換位輸電線路會(huì)造成電壓不平衡。

2.2.5波形畸變

電網(wǎng)波形畸變是指電網(wǎng)中的電流或電壓波形偏離理想正弦波形，通常由于非線性設(shè)備（鐵磁飽和型設(shè)備、電子開(kāi)關(guān)型設(shè)備、電弧型設(shè)備）在電網(wǎng)中工作時(shí)產(chǎn)生。這些非線性設(shè)備在電網(wǎng)中工作時(shí)，其電流和電壓波形不是理想的正弦波，而包含了許多高次諧波和間諧波成分。其中鐵芯設(shè)備的在電網(wǎng)中產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波特點(diǎn)為3、5、7次且諧波電流大小與電壓有關(guān)，電壓越高，諧波電流越大；變壓器中的諧波含有大量3次及3倍次諧波電流；電力機(jī)車(chē)類(lèi)設(shè)備在電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波具有不對(duì)稱、非線性、波動(dòng)性和功率大的特點(diǎn)；電弧爐類(lèi)設(shè)備在電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流以2、3、4、5、7、次為主，且含有偶次諧波。諧波電流隨著工業(yè)發(fā)展在供電電網(wǎng)中呈現(xiàn)復(fù)雜化、多次化，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電造成極大困擾。

（1）諧波

電網(wǎng)諧波是指電網(wǎng)中的電流或電壓波形上出現(xiàn)的一系列波動(dòng)成分，這些波動(dòng)成分的頻率是電源頻率的整數(shù)倍。諧波波形可進(jìn)行傅里葉變換，得出非基波整數(shù)倍頻率的分?jǐn)?shù)諧波或間諧波。次諧波則是指頻率低于工頻基波頻率的分量。另外，諧波是穩(wěn)態(tài)、連續(xù)，具有周期性的現(xiàn)象（圖3）。

（2）間諧波

間諧波是指電網(wǎng)中的電流或電壓波形上出現(xiàn)的具有一定頻率的非整數(shù)級(jí)別波形。這些波動(dòng)成分的頻率和幅度會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，且波動(dòng)頻率與基波頻率呈現(xiàn)非線性關(guān)系。

（3）直流偏置

直流偏置是指在供電系統(tǒng)中，存在直流電壓或直流電流的成分現(xiàn)象。直流偏置過(guò)大會(huì)導(dǎo)致功耗增加，電動(dòng)汽車(chē)充電效率低；直流偏置過(guò)低則會(huì)降低放大器的效益。

（4）噪聲

噪聲是指在電網(wǎng)系統(tǒng)中，寬帶頻譜0～200 kHz范圍內(nèi)疊加在相線、中性線和信號(hào)線的無(wú)用信號(hào)。

電網(wǎng)噪聲的來(lái)源分為兩大類(lèi)。電網(wǎng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定、開(kāi)關(guān)的切換會(huì)產(chǎn)生噪聲，電網(wǎng)中的諧波和間諧波也會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

2.2.6電壓波動(dòng)和閃變

電壓波動(dòng)定義為電壓有效值一系列相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變的現(xiàn)象。其變化周期大于工頻周期。

引起電壓波動(dòng)的原因有多種，系統(tǒng)原因有大型整流設(shè)備的投切、系統(tǒng)發(fā)生短路，其中功率沖擊性波動(dòng)負(fù)荷的工作狀態(tài)變化會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的電壓波動(dòng)。實(shí)際運(yùn)行中認(rèn)為波動(dòng)性負(fù)荷是引起供電電壓波動(dòng)的主要原因。

配電系統(tǒng)中，電壓波動(dòng)現(xiàn)象有可能多次出現(xiàn)，電壓波動(dòng)的圖形隨機(jī)呈現(xiàn)跳躍形、斜坡形或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)形。

2.2.7電壓偏差

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的比值稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。

目前我國(guó)對(duì)35 kV及以下供電電壓規(guī)定了允許電壓偏差，具體情況如下：

（1）35 kV及以上供電電壓的正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱電壓的10%；

（2）10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓±7%；

（3）220 V單相供電電壓允許偏差上限為107%標(biāo)稱電壓、下限為90%標(biāo)稱電壓^[7]。

2.2.8電力系統(tǒng)頻率偏差

電力系統(tǒng)中正弦交變電壓的變化頻率為電力系統(tǒng)頻率。在發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，機(jī)組中所有發(fā)電機(jī)都在同步運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)電力系統(tǒng)處于同頻運(yùn)行狀態(tài)。但當(dāng)電力系統(tǒng)的某些部分發(fā)生故障時(shí)，可能引起整個(gè)系統(tǒng)的頻率變化，正常偏差允許值為0.2 Hz，當(dāng)電網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到3 GW時(shí)，頻率偏差可放寬到0.5 Hz^[9]。

3電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試方案建議

3.1電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試方案闡述

為適應(yīng)不同銷(xiāo)售地區(qū)的電網(wǎng)制式，充電產(chǎn)品需要全面考慮地區(qū)電網(wǎng)特性，在研發(fā)階段進(jìn)行充分驗(yàn)證。除此之外，在異常電網(wǎng)方面，需要針對(duì)市場(chǎng)電網(wǎng)質(zhì)量8類(lèi)異常狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，保障產(chǎn)品在不同方式的電網(wǎng)波動(dòng)，電網(wǎng)諧波下安全、高效工作。以下總結(jié)為電網(wǎng)制式、電網(wǎng)波動(dòng)、電網(wǎng)諧波以及組合波形測(cè)試5種測(cè)試方案。電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試臺(tái)架如圖4所示，交流電源與交流充電樁通過(guò)相線連接，充電槍插接在充電座上，提供給車(chē)端電壓與控制引導(dǎo)（Control Pilot，CP）信號(hào)。車(chē)載充電機(jī)低壓接口連接低壓電源與高壓負(fù)載，電腦通過(guò)控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）設(shè)備與車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行通信。在電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試中通過(guò)調(diào)節(jié)交流電源，模擬電網(wǎng)輸出端的不同電壓狀態(tài)，測(cè)試充電產(chǎn)品的適應(yīng)性。臺(tái)架測(cè)試中產(chǎn)品包括交流樁和車(chē)載充電機(jī)（圖5）。此外，也可以進(jìn)行直流充電樁測(cè)試、充電系統(tǒng)測(cè)試或?qū)嵻?chē)測(cè)試，待測(cè)充電實(shí)車(chē)示意如圖6所示。

3.2電網(wǎng)制式

針對(duì)銷(xiāo)往不同國(guó)家地區(qū)的車(chē)型，需要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)制式進(jìn)行測(cè)試。全球電網(wǎng)制式有16種，應(yīng)用窮舉法，列出所有制式電壓與頻率測(cè)試變量，編寫(xiě)測(cè)試方案。確定待測(cè)物為直流充電樁、交流充電樁、車(chē)載充電機(jī)與充電實(shí)車(chē)，搭建電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行全面驗(yàn)證，電網(wǎng)制式測(cè)試方案如表1所示。

3.3電網(wǎng)波動(dòng)

為了確保在電網(wǎng)波動(dòng)情況下充電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要過(guò)電網(wǎng)瞬變、電壓暫降、電壓陡升、短時(shí)電壓中斷、輸入電壓范圍以及電壓不平衡因素進(jìn)行有效保障。

3.3.1電網(wǎng)跌落

電網(wǎng)跌落測(cè)試包括電網(wǎng)丟波、電壓跌落、輸入緩慢降低、反復(fù)上電下電、相不平衡測(cè)試。

電網(wǎng)丟波測(cè)試為0～10 ms內(nèi)的周期性電網(wǎng)跌落，包括階梯波形丟失、1/8波形丟失、1/4波形丟失、3/8波形丟失、1/2波形丟失，如圖7、圖8所示。

電壓跌落測(cè)試為供電電壓有效值快速下降到跌落電壓，持續(xù)時(shí)間一段時(shí)間后恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值。參考電網(wǎng)波動(dòng)系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及電網(wǎng)波動(dòng)系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)^[7，9]，列出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的電網(wǎng)波動(dòng)值，使用等價(jià)類(lèi)劃分法與邊界值法綜合設(shè)計(jì)電壓暫降測(cè)試方案，總結(jié)得出以下電壓暫降測(cè)試點(diǎn)（以國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)單相供電電壓220 V為例）。除此之外，應(yīng)充分市場(chǎng)公用充電站與私人充電樁電壓暫降現(xiàn)狀^{[13，15，18，19]}，采集市場(chǎng)充電異常波形，進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，或保存異常波形，使用電網(wǎng)適應(yīng)性臺(tái)架模擬異常電網(wǎng)，電壓暫降測(cè)試方案如表2所示。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，確保充電系統(tǒng)能在不同環(huán)境下正常工作。

輸入緩慢降低測(cè)試是指輸入電壓按照一定速率緩慢降低（包括肯尼亞波形），緩慢降低到輸入欠壓點(diǎn)、欠壓點(diǎn)循環(huán)。其中欠壓點(diǎn)為電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)中各總成件輸入電壓下限值。

反復(fù)上電下電測(cè)試是指在各種不同的相位角進(jìn)行反復(fù)開(kāi)關(guān)機(jī)。采用等價(jià)類(lèi)劃分法整理電壓相位角域集合，并將其劃分成4部分，選取0°、45°、90°、135°典型值作為相位角變量，依據(jù)充電產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)策略選取5 s、30 s、60 s典型值作為時(shí)間變量，進(jìn)行反復(fù)上電下電測(cè)試，如表3所示。

相不平衡測(cè)試為模擬三相帶載不均或空開(kāi)跳閘導(dǎo)致相不平衡或者缺相，包括反復(fù)相不平衡（單相、2相、3相），和反復(fù)缺相（缺1組、2組、N線、PE線）。應(yīng)用等價(jià)類(lèi)劃分法與邊界值法相結(jié)合，開(kāi)發(fā)相不平衡度測(cè)試（表4）。除外應(yīng)充分考慮市場(chǎng)公用充電站與私人充電樁的相不平衡現(xiàn)狀，采集電網(wǎng)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試或仿真測(cè)試^{[16， 17， 20]}，確保充電系統(tǒng)能在不同環(huán)境下正常工作。

3.3.2電網(wǎng)陡升

電網(wǎng)陡升測(cè)試包括輸入緩慢升高、高壓波動(dòng)和瞬態(tài)高壓測(cè)試

輸入緩慢升高測(cè)試為輸入電壓按照一定速率緩慢升高，包括從零緩慢升高到額定電壓、過(guò)壓點(diǎn)循環(huán)。其中過(guò)壓點(diǎn)為電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)中各總成件輸入電壓上限值。

高壓波動(dòng)測(cè)試為供電電壓有效值快速上升至到陡升電壓，持續(xù)時(shí)間一段時(shí)間后恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值。參考電網(wǎng)波動(dòng)系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及電網(wǎng)波動(dòng)系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)^{[7， 9]}，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行總結(jié)整理，得出以下電壓暫降測(cè)試點(diǎn)（以國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)單相供電電壓220 V為例）。除此之外，應(yīng)按照市場(chǎng)公用充電站與私人充電樁電壓陡升現(xiàn)狀^[14]進(jìn)行測(cè)試，確保充電系統(tǒng)能在不同環(huán)境下正常工作，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中高壓波動(dòng)測(cè)試方案如表5所示。

瞬態(tài)高壓測(cè)試為模擬開(kāi)關(guān)尖刺或電網(wǎng)諧振過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、瞬態(tài)過(guò)壓、孟加拉波形、毛刺波形、半波陡升、多倍電壓、瞬態(tài)高壓高加速壽命試驗(yàn)（Highly Accelerated Life Test， HALT），如圖9、圖10所示。

3.4電網(wǎng)諧波測(cè)試

通過(guò)失真波形、市場(chǎng)諧波、IEC諧波^[10]、頻率變化、相位變化5類(lèi)電網(wǎng)諧波類(lèi)測(cè)試，保障各種異常電網(wǎng)諧波下充電系統(tǒng)能正常工作^[21]。

失真波形測(cè)試為模擬部分國(guó)家和地區(qū)因非線性帶載后導(dǎo)致的電網(wǎng)波形失真，主要測(cè)試手段為疊加諧波，包括方波、平頂波、平頂波、階梯波、梯形波、三角波，三角波示意如圖11所示。

市場(chǎng)波形測(cè)試為模擬市場(chǎng)真實(shí)存在的諧波，包括在公共充電站、私人充電樁采集的供電電網(wǎng)實(shí)際狀態(tài)及使得市場(chǎng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生故障失效的波形，如圖12、圖13所示。

IEC測(cè)試基于IEC標(biāo)準(zhǔn)中的諧波定義，模擬多種IEC諧波，包括1～6倍的IEC諧波失真。表6為IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試方案，測(cè)試方案參考IEC諧波試驗(yàn)等級(jí)3，截取2～10次諧波部分。其中諧波等級(jí)為基波頻率的整數(shù)倍，幅值為基波電壓的倍數(shù)。

頻率變化測(cè)試為模擬負(fù)載突變時(shí)，發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)慢，導(dǎo)致頻率變化，包括頻率緩慢變化、突變和頻率極限HALT。

相位變換測(cè)試為模擬發(fā)電機(jī)異常導(dǎo)致相位角發(fā)生變化，包括1相、2相、3相的相位角變化。

3.5組合波形測(cè)試

依據(jù)上述電網(wǎng)跌落、電網(wǎng)陡升和電網(wǎng)諧波測(cè)試方案，采用樹(shù)狀分支法進(jìn)行異常波形組合測(cè)試方案設(shè)計(jì)，保障電網(wǎng)異常波形組合工況下充電系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試后不出現(xiàn)故障。表7為組合波形測(cè)試建議方案。

其中3種工況測(cè)試方案通過(guò)異常波形導(dǎo)出，得出交流電壓隨時(shí)間變化的波形或經(jīng)過(guò)傅里葉變換后的幅值、相位與頻率信息，Wavy軟件疊加后進(jìn)行仿真，可以直接導(dǎo)入電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試臺(tái)架的交流電源設(shè)備中，進(jìn)行異常電網(wǎng)的模擬（圖14）。

4總結(jié)

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析全球電網(wǎng)制式，研究電能質(zhì)量現(xiàn)狀，總結(jié)異常電網(wǎng)現(xiàn)象與原理，電網(wǎng)質(zhì)量現(xiàn)狀對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)功能影響較大，為適應(yīng)電網(wǎng)制式差異與電能質(zhì)量現(xiàn)狀，提出了針對(duì)性的電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試技術(shù)。電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試方案分為2部分，一部分是正常電網(wǎng)測(cè)試，包括52種電網(wǎng)制式測(cè)試，保障覆蓋全球各個(gè)國(guó)家和地區(qū)。另一部分是異常電網(wǎng)測(cè)試，包括電網(wǎng)波動(dòng)、電網(wǎng)諧波以及波形組合。通過(guò)以上測(cè)試方案，保障充電系統(tǒng)產(chǎn)品出廠前的功能完善、質(zhì)量過(guò)關(guān)，降低市場(chǎng)故障頻率，助力電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)更加成熟可靠，滿足市場(chǎng)需求。

在未來(lái)發(fā)展中，隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)滲透率穩(wěn)步上升、保有量持續(xù)增長(zhǎng)以及電動(dòng)汽車(chē)放電功能逐漸成熟，越來(lái)越多的高開(kāi)關(guān)頻率設(shè)備接入供電網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)質(zhì)量將面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但目前電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于電網(wǎng)質(zhì)量現(xiàn)狀的適應(yīng)性研發(fā)測(cè)試成熟度不足，此外，標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善和充電安全問(wèn)題仍是該領(lǐng)域所面臨的重要挑戰(zhàn)。

因此，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)適應(yīng)性提出2點(diǎn)建議：

（1）建議新能源汽車(chē)企業(yè)在開(kāi)發(fā)階段充分考慮電網(wǎng)現(xiàn)狀和用戶充電工況，規(guī)避電網(wǎng)異常導(dǎo)致的用戶負(fù)面反饋，在驗(yàn)證階段搭建電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試臺(tái)架，對(duì)電網(wǎng)異常的測(cè)試用例進(jìn)行全面檢測(cè)，提升新能源汽車(chē)充電質(zhì)量。

（2）建議電力行業(yè)與汽車(chē)行業(yè)加強(qiáng)協(xié)同合作，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，以電網(wǎng)質(zhì)量現(xiàn)狀為載體，開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)充電適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)，保障充電過(guò)程安全，共建和諧充電生態(tài)。

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【作者簡(jiǎn)介】

劉元治，1988年出生，男，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)一汽新能源開(kāi)發(fā)院，主要研究方向?yàn)樾履茉雌脚_(tái)開(kāi)發(fā)工作。

E-mail：liuyuanzhi@faw.com.cn

宋希龍：1998年出生，男，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)一汽新能源開(kāi)發(fā)院，從事新能源平臺(tái)高壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作。

E-mail：songxilong1@faw.com.cn

王伯軍：1989年出生，男，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)一汽新能源開(kāi)發(fā)院，主要研究方向?yàn)樾履茉锤邏弘姎庀到y(tǒng)開(kāi)發(fā)。

E-mail：wangbojun@faw.com.cn

李威：1979年出生，女，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)一汽新能源開(kāi)發(fā)院，主要研究方向?yàn)樾履茉锤邏弘姎庀到y(tǒng)開(kāi)發(fā)。

E-mail：liwei6@faw.com.cn