電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì).

1、電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì) 摘要：隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的日趨成熟，電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)營(yíng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市開展，智能充電站系統(tǒng)成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域的重要課題。我們先對(duì)對(duì)電動(dòng)汽車充電站的結(jié)構(gòu)主要設(shè)備進(jìn)行闡述，然后拓展開，討論電動(dòng)汽車所具有的優(yōu)勢(shì)以及電動(dòng)汽車充電站所存在的問(wèn)題。接下來(lái)我們主要研究了電動(dòng)汽車的快速充電問(wèn)題和方法，最后對(duì)因充電站帶來(lái)的諧波問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)諧波治理采取有效的措施。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車充電站；快速充電；諧波節(jié)能、環(huán)保、緩解能源危機(jī)、改善人類生存環(huán)境和遏制大氣狀況繼續(xù)惡化是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問(wèn)題，也是其發(fā)展的方向傳統(tǒng)汽車消耗了大量?jī)?yōu)質(zhì)緊缺的石油天然氣，這使電動(dòng)汽車成為解決我國(guó)石油能源短缺的

2、根本出路以電動(dòng)汽車為代表，大力促進(jìn)其發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)交通能源的多元化并維護(hù)國(guó)家的能源安全。1. 概述面對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放造成的污染及其對(duì)石油資源的過(guò)度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問(wèn)題，電動(dòng)汽車(electric vehicle，EV)以其良好的環(huán)保、節(jié)能特性，成為當(dāng)今國(guó)際汽車發(fā)展的潮流和熱點(diǎn)之一。目前，電動(dòng)汽車電能供給方式主要有交流充電、直流充電和電池組快速更換3 種典型方式。1）交流充電方式。外部提供220 V 或380 V 交流電源給電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，由車載充電機(jī)給動(dòng)力蓄電池充電。一般小型純電動(dòng)汽車、可外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(plug in hybrid electric vehicl

3、e，PHEV)多采用此種方式。車載充電機(jī)一般功率較小，充電時(shí)間長(zhǎng)。2）直流充電方式。地面充電機(jī)直接輸出直流電能給車載動(dòng)力蓄電池充電，電動(dòng)汽車只需提供充電及相關(guān)通信接口。地面充電機(jī)一般功率大，輸出電流、電壓變化范圍寬。有些地面充電機(jī)還具備快速充電功能。3）電池組快速更換方式。電動(dòng)汽車與充電機(jī)無(wú)直接聯(lián)系，而是通過(guò)專用電池更換設(shè)備將車上少電的電池取下，換上充滿電的電池，這個(gè)過(guò)程所需時(shí)間短。電池由地面充電機(jī)充滿電，并放置在更換專用電池架上備取。 目前汽車燃油消耗已經(jīng)成為石油消耗的主體，據(jù)聯(lián)合國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在世界石油消耗中，航空耗油占12，海運(yùn)耗油占7，而汽車耗油占75。在我國(guó)，汽車的石油消耗已經(jīng)占到了

4、全國(guó)石油消耗總量的25，并且還將持續(xù)增長(zhǎng)下去，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2010年我國(guó)的汽車石油消耗將占全國(guó)石油消耗量的35，到2020年我國(guó)汽車對(duì)石油的消耗將達(dá)到全國(guó)石油消耗總量的55。 汽車在消耗大量石油資源的同時(shí)，還排放大量尾氣，是公認(rèn)的污染大氣的“頭號(hào)殺手。資料顯示，北京大氣中的有害氣體大多來(lái)自機(jī)動(dòng)車的排放污染，其所占比例為：碳?xì)浠衔?35、一氧化碳634、氮氧化物37。目前我國(guó)大中城市的空氣污染情況已經(jīng)達(dá)到了嚴(yán)重影響人民身心健康和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的程度。根據(jù)國(guó)家環(huán)保中心的預(yù)測(cè)，2010年我國(guó)汽車尾氣排放量將占空氣污染源的64。要緩解這兩個(gè)日趨嚴(yán)重的問(wèn)題，汽車工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔、節(jié)能的方向發(fā)展。

5、電動(dòng)汽車以電代油，能夠?qū)崿F(xiàn)“零排放”，噪音低，是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。以電動(dòng)汽車為代表的新一代節(jié)能與環(huán)保汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，城市高樓給充電帶來(lái)了很多的不方便，其他地方充電站也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，因此我們要加速建設(shè)汽車充電站，以滿足未來(lái)的市場(chǎng)需求。2. 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì) 面臨能源和環(huán)境的壓力，世界各國(guó)著名的汽車廠商都十分重視研究開發(fā)電動(dòng)汽車，發(fā)達(dá)國(guó)家不惜投入巨資進(jìn)行研究開發(fā)，并制定了一些相關(guān)的政策法規(guī)來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。 隨著中國(guó)汽車保有量進(jìn)一步擴(kuò)大，能源危機(jī)的問(wèn)題也在逐步臨近。因此，節(jié)約能源且環(huán)保的新型動(dòng)力的開發(fā)將是未來(lái)汽車發(fā)展的走向，清潔能源車的研發(fā)和推廣也被提升至前

6、所未有的高度。 在我國(guó)，通過(guò)近五年的努力，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車的小批量生產(chǎn)，開發(fā)的產(chǎn)品通過(guò)了國(guó)家汽車產(chǎn)品型式認(rèn)證，純電動(dòng)汽車在特定區(qū)域的商業(yè)化運(yùn)作廣泛開展。純電動(dòng)轎車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)已超過(guò)法國(guó)雪鐵龍公司等國(guó)外大型汽車生產(chǎn)企業(yè)研制的純電動(dòng)轎車和箱式貨車，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。在國(guó)家大量資金投入的前提之下，高校、大量的企業(yè)也參與到這場(chǎng)“新能源汽車秀中。電動(dòng)汽車的發(fā)展存在以下瓶頸。(1)技術(shù)爭(zhēng)議 當(dāng)前的電動(dòng)汽車技術(shù)還存在不少問(wèn)題，如蓄電池的使用壽命不長(zhǎng)而更換成本高；國(guó)產(chǎn)零部件尚未完全過(guò)關(guān)，關(guān)鍵元器件均需進(jìn)口；低溫條件下電池超快充電技術(shù)未根本解決等。只有關(guān)鍵技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)、關(guān)

7、鍵部件和傳統(tǒng)配件的全面發(fā)展，才能開發(fā)出先進(jìn)的、可以市場(chǎng)化的電動(dòng)汽車。(2)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 電動(dòng)汽車不受油價(jià)飛漲的影響。但純電動(dòng)汽車需要改變整個(gè)動(dòng)力體系，要花一部分額外的成本來(lái)裝電機(jī)、電池，而電機(jī)控制系統(tǒng)的成本較高，帶動(dòng)整車銷售價(jià)格的提高。在這種情況下，與同時(shí)也在不斷進(jìn)步的內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)相比，如果沒(méi)有政府的政策鼓勵(lì)性經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，用戶選擇購(gòu)買價(jià)格昂貴的純電動(dòng)汽車并不見得劃算。(3)基礎(chǔ)設(shè)施裝備 電動(dòng)汽車商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施包括充電站網(wǎng)絡(luò)、車輛維修服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、多種形式的電池營(yíng)銷、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。建立一定數(shù)量的公用充電站、配備專用電纜及插座等是延長(zhǎng)行駛里程、實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。 這里存在一個(gè)電力供應(yīng)問(wèn)題。目前

8、已有汽車企業(yè)與電網(wǎng)公司探討由電網(wǎng)公司制作標(biāo)準(zhǔn)化電池，利用波谷電將電蓄到電池，再將電池租給電動(dòng)汽車用戶、公交公司的方式。(4)政府政策支持 正因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車在技術(shù)上、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)上、基礎(chǔ)設(shè)施上還存在著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，所以需要政府相關(guān)政策支持，營(yíng)造市場(chǎng)啟動(dòng)階段的政策環(huán)境，推動(dòng)電動(dòng)汽車的商業(yè)化過(guò)程，順利完成示范宣傳政府主導(dǎo)的批量需求大批量生產(chǎn)國(guó)家逐漸淡出四個(gè)階段。3. 電動(dòng)汽車充電站結(jié)構(gòu) 汽車充電站按功能可劃分為四個(gè)子系統(tǒng)模塊。 充電站的功能決定充電站的總體結(jié)構(gòu)。為此，一個(gè)完整的充電站需要配電室、中央監(jiān)控室、充電區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護(hù)間等五個(gè)基本組成部分。 1)配電室。配電室為充電站提供所需的電源，

9、不僅給充電機(jī)提供電能，而且要滿足照明、控制設(shè)備的用電需求，內(nèi)部建有變配電所有設(shè)備、配電監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)的控制和補(bǔ)償設(shè)備。 2)中央監(jiān)控室。中央監(jiān)控室用于監(jiān)控整個(gè)充電站的運(yùn)行情況，并完成管理情況的報(bào)表打印等。內(nèi)部建有充電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、煙霧傳感器監(jiān)視系統(tǒng)主機(jī)、配電監(jiān)控系統(tǒng)通信接口、視頻監(jiān)視終端等。3)充電區(qū)。在充電區(qū)完成電能的補(bǔ)給，內(nèi)部建設(shè)充電平臺(tái)、充電機(jī)以及充電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)應(yīng)配備整車充電機(jī)。4)更換電池區(qū)。更換電池區(qū)是車輛更換電池的場(chǎng)所，需要配備電池更換設(shè)備，同時(shí)應(yīng)建設(shè)用于存放備用電池的電池存儲(chǔ)問(wèn)。5)電池維護(hù)間。電池重新配組、電池組均衡、電池組實(shí)際容量測(cè)試、電池故障的應(yīng)急處理等工作

10、都在電池維護(hù)間進(jìn)行。其消防等級(jí)按化學(xué)危險(xiǎn)品處理。 圖1 充電站功能系統(tǒng)劃分充電站各個(gè)部分之間及其之間的聯(lián)系如下圖：圖2 充電站總體布局在充電站的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們要考慮的東西有很多很多，做為一個(gè)用電大戶，我們要根據(jù)充電站規(guī)模等，對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，比如主接線設(shè)計(jì)、根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)備選型、充電站監(jiān)控的設(shè)計(jì)等等。在這里只對(duì)監(jiān)控作一個(gè)大概的說(shuō)明。充電監(jiān)控功能是充電站監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁和充電機(jī)的監(jiān)視與控制。1）對(duì)充電樁的監(jiān)控。監(jiān)視充電樁的交流輸出接口的狀態(tài)，如電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)等；采集與充電樁相連接的電動(dòng)汽車的基本信息；控制充電樁交流輸出接口的開斷。2）對(duì)充電機(jī)

11、的監(jiān)控。充電機(jī)作為被監(jiān)控對(duì)象，上送給監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包含2 類：充電機(jī)狀態(tài)信息，即輸入輸出電壓、電流、電量、功率因數(shù)、充電時(shí)間、當(dāng)前充電模式、充電機(jī)故障狀態(tài)等；電池狀態(tài)信息，即電池包基本信息、電池單體電壓、電池單體溫度、電池故障狀態(tài)、電池管理系統(tǒng)設(shè)置信息等。此外，在電池包狀態(tài)信息部分，系統(tǒng)還需根據(jù)采集到的電池單體電壓、溫度等計(jì)算出電池包內(nèi)單體最高電壓、最低電壓、最高溫度、最低溫度等統(tǒng)計(jì)信息，供限值統(tǒng)計(jì)、告警系統(tǒng)使用。對(duì)充電機(jī)的控制功能主要包括：對(duì)充電機(jī)充電開始、停止、緊急停止的控制；充電機(jī)充電模式的調(diào)整，即根據(jù)充電機(jī)連接電池的類型及其充電特性，操作人員可通過(guò)圖形畫面調(diào)整各階段充電參數(shù)，并下發(fā)

12、給充電機(jī)；向充電機(jī)及其連接的電池管理系統(tǒng)下發(fā)對(duì)時(shí)命令。配電監(jiān)控功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充電站配電設(shè)備的監(jiān)控，方便統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)共享?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)整站的總功率、總電流、總電量、功率因數(shù)、主變狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理設(shè)備的監(jiān)視和控制。煙感監(jiān)視功能。在充電站中，為了保障電池充電安全，除了通過(guò)電池管理系統(tǒng)監(jiān)視電池電壓、溫度外，在電池充電架中安裝了數(shù)量眾多的煙霧傳感器，用于探測(cè)鋰離子動(dòng)力電池因過(guò)充導(dǎo)致電池自燃而釋放出的煙霧。這些傳感器接入充電站監(jiān)控系統(tǒng)后，和充電監(jiān)控功能(特別是在電池管理系統(tǒng)失效時(shí))一起保障電池充電的安全。 電池維護(hù)監(jiān)控功能。在大型充電站中，需要通過(guò)專門的電池維護(hù)設(shè)備對(duì)電池進(jìn)行定期維護(hù)

13、。在維護(hù)過(guò)程中，系統(tǒng)將采集到的維護(hù)數(shù)據(jù)存入充電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成電池的完整數(shù)據(jù)檔案，便于對(duì)電池進(jìn)行整體評(píng)估。 快速更換設(shè)備監(jiān)控功能。在具備電池快速更換設(shè)備的充電站中，可通過(guò)充電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電池快速更換設(shè)備下發(fā)具體電池更換命令：讓快速更換設(shè)備在指定軌道位置更換電池架上指定位置的電池包。充電站監(jiān)控系統(tǒng)可采集快速更換設(shè)備當(dāng)前軌道位置、設(shè)備狀態(tài)等信息。數(shù)據(jù)交換與轉(zhuǎn)發(fā)功能。充電站要與上級(jí)集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，上送本地總加數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)信息以及電池系統(tǒng)充電歷史數(shù)據(jù)信息，以便對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行集中分析和評(píng)估。在監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)設(shè)計(jì)中，我們可以應(yīng)用一些比較直觀的圖形來(lái)表示，用各種組態(tài)軟件使整個(gè)監(jiān)控過(guò)程看上去直

14、觀、明了。4. 電動(dòng)汽車快速充電系統(tǒng) 電動(dòng)汽車用電池的快速充電是電動(dòng)汽車研究與開發(fā)過(guò)程中的重要課題。盡管許多實(shí)用化的充電設(shè)備或商用充電器具有快速充電及均衡充電的功能，但其通常是按事先設(shè)定的充電電流對(duì)電池進(jìn)行充電。這種方法不能根據(jù)電池充電過(guò)程中的具體情況對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)整，為了避免出現(xiàn)過(guò)充電，設(shè)定的充電電流通常偏小，因此充電時(shí)間仍然較長(zhǎng)，而且由于不具備自適應(yīng)能力，充電過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)充電現(xiàn)象，對(duì)蓄電池的壽命不利。為了在實(shí)現(xiàn)快速充電的同時(shí)又不影響電池壽命，關(guān)鍵是要使快速充電過(guò)程具有自適應(yīng)性，即根據(jù)電池的實(shí)際狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流的大小，使其始終保持在充電可接受電流的臨界值附近。為此，我們?cè)陔姵乜焖俪?/p>

15、電理論基礎(chǔ)上，對(duì)分段恒流充電方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以期實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的智能化快速充電和均衡充電。增大充電電流，電池極板上單位時(shí)問(wèn)內(nèi)恢復(fù)的活性物質(zhì)增多，充電時(shí)間就可縮短，但過(guò)大的充電電流會(huì)損害電池。電池可接受的充電電流是有限的，且會(huì)隨充電時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降理想化的電池快速充電過(guò)程是充電電流始終保持在電池充電可接受電流的極限值，即充電電流曲線與該電池的充電可接受電流曲線相重合。我們選擇容易實(shí)現(xiàn)的分段恒流充電方法，其關(guān)鍵是要確定適當(dāng)?shù)碾A段恒流充電終止判斷標(biāo)準(zhǔn)、恒流充電分段數(shù)和各階段恒流充電電流值。 充電時(shí)間參數(shù)控制方法簡(jiǎn)單，但電池型號(hào)不同、充電起始狀態(tài)不同，所需的充電時(shí)間也不一樣，如果單以充電時(shí)間來(lái)控制

16、階段恒流充電的結(jié)束，容易導(dǎo)致電池過(guò)充電或延長(zhǎng)充電時(shí)間。溫度參數(shù)控制方法的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)電池溫度過(guò)高保護(hù)，但是由于環(huán)境和傳感器響應(yīng)時(shí)間延遲的影響。如果僅以電池溫度參數(shù)作為階段恒流充電終止判斷標(biāo)準(zhǔn)，也容易造成電池的過(guò)充電。電壓參數(shù)控制被認(rèn)為是較好的階段恒流充電終止控制方法，但其不足也是顯而易見的，比如：不能識(shí)別因電池極板硫化而產(chǎn)生的充電電壓異常升高以及電池充電過(guò)程中出現(xiàn)的異常溫升等，從而導(dǎo)致電池充電時(shí)間延長(zhǎng)或電池的損壞喁。為了保證在各種情況下均能檢測(cè)電池的實(shí)際充電狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)較為理想的階梯形充電電流曲線，本文綜合了充電時(shí)間、電池溫度和終止電壓3個(gè)參數(shù)作為各階段恒流充電終止判斷依據(jù)，其控制流程如下圖所

17、示。圖3 分段恒流充電控制流程圖 分段恒流充電結(jié)束后再進(jìn)行一段時(shí)間的定壓充電，是為了確保電池能完全充足。3個(gè)控制參數(shù)的具體控制策略如下。 時(shí)間參數(shù)控制：根據(jù)電池容量和充電電流，預(yù)先設(shè)定某段恒流充電的時(shí)間，當(dāng)充電時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過(guò)定時(shí)器發(fā)出信號(hào)，結(jié)束該階段的恒流充電并自動(dòng)將充電電流減小，進(jìn)入下一段恒流充電。 溫度參數(shù)控制：設(shè)定某段恒流充電至可接受電流極限時(shí)的電池溫度最高值，根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的電池溫度來(lái)控制充電裝置。當(dāng)外界環(huán)境溫度較低、設(shè)置的電池最高溫度較高時(shí)，采取控制溫升法，當(dāng)電池的溫升達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溫控器使充電裝置停止充電，直到溫度下降至適當(dāng)值時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入下一階段恒流充電。電壓參數(shù)控制：

18、電池的絕對(duì)電壓可以反映電池的充電情況，設(shè)定某段恒流充電達(dá)到或接近充電可接受電流極限值的電壓，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，充電裝置便自動(dòng)結(jié)束本階段恒流充電，進(jìn)入下一階段。在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后，我們根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整后，可以得到如下比較令人滿意的分段恒流充電電流曲線。圖4 調(diào)整方案后的分段恒流充電電流曲線以上就是我們進(jìn)行快速充電的基本原理，具體設(shè)備以及程序的開發(fā)并不簡(jiǎn)單。5. 充電機(jī)的整流在介紹了以上的這些原理后，其實(shí)整流在充電機(jī)中是很重要的。 充電機(jī)是電動(dòng)汽車充電站的主要設(shè)備。目前電動(dòng)汽車充電機(jī)按工作原理分主要有3種：第一類充電機(jī)由工頻變壓器、不控整流器和斬波器組成，屬于早期產(chǎn)品。特點(diǎn)是體積大、電網(wǎng)側(cè)電流諧波

19、大和變換效率低。對(duì)電網(wǎng)注入的諧波電流過(guò)大，不適于接人公用電網(wǎng)。第二類充電機(jī)三相不控整流和高頻變壓器隔離DCDC變換器組成。特點(diǎn)是電網(wǎng)側(cè)電流諧波大(30左右)、變換效率低。這一類充電機(jī)雖然諧波含量高，但是成本低，是市場(chǎng)上的主流充電機(jī)?，F(xiàn)有的充電機(jī)研究成果多數(shù)也集中在這一類充電機(jī)上。有文獻(xiàn)用仿真或數(shù)學(xué)計(jì)算的方法得出了不控整流充電機(jī)單臺(tái)或多臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的5、7次諧波大小。第三類充電機(jī)由三相PWM整流器和高頻變壓器隔離DCDC變換器組成。特點(diǎn)是功率因數(shù)高，電網(wǎng)側(cè)電流諧波較小，注入電網(wǎng)的電流總畸變率叮以小于5。PWM整流充電機(jī)由于技術(shù)復(fù)雜性、可靠性和成本問(wèn)題，雖然市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)，但是目前使用較少，相

20、應(yīng)的研究成果也較少。充電機(jī)的工作原理框圖如下圖，三相交流電經(jīng)整流電路、濾波電路后，給功率變換電路提供直流輸入，功率變換電路的輸出經(jīng)過(guò)輸出濾波電路后，為車用動(dòng)力蓄電池允電。圖5 充電機(jī)的一般結(jié)構(gòu)框圖6脈波不控整流充電機(jī)。利用FFT諧波測(cè)量模塊可以測(cè)鼉各次諧波大小，及諧波含有率。結(jié)構(gòu)如下：圖6 6脈波不控整流充電機(jī) 對(duì)采用三相橋式不可控整流電路的充電機(jī)來(lái)說(shuō)，脈動(dòng)數(shù)P=6，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為6 k士1次，(k=1，2，3.)。經(jīng)過(guò)仿真我們測(cè)得的6脈波不控整流充電機(jī)接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)從基波到15次諧波電流的含有率，可見，充電機(jī)主要產(chǎn)生5，7，1 1，13次諧波，當(dāng)諧波在最大值時(shí)，高壓側(cè)5次

21、諧波含有率為269，7次諧波含有率為162，11次諧波含有率為9。 由仿真結(jié)果可以看出諧波變化的特點(diǎn)：諧波電流的大小隨著充電時(shí)間的變化而變化，首先是逐漸增大，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，諧波達(dá)到最大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)充電機(jī)輸出功率的最大值，之后快速減小，并在再過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到最小值。12脈波整流充電機(jī)。結(jié)構(gòu)如下：圖7 12脈波整流充電機(jī) 為使12脈波整流的2個(gè)整流橋輸出瞬時(shí)電壓在相位上錯(cuò)開30度，兩個(gè)橋式電路的電源由一臺(tái)三繞組變壓器供電，二次側(cè)的兩個(gè)繞組一個(gè)接成星形，一個(gè)接成三角形，模型如圖7所示。由于兩個(gè)變壓器繞組相差30度電角，同時(shí)并聯(lián)連接的兩個(gè)整流器的輸出電壓的瞬時(shí)值并不相等，會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)整流器因承受反壓

22、而關(guān)斷。故需增設(shè)電抗器以保證2臺(tái)整流器的同時(shí)導(dǎo)通。對(duì)采用12脈波不控整流電路的充電機(jī)來(lái)說(shuō)，脈動(dòng)數(shù)P=12，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為12 k1次，(k=1，2，3.)。我們仿真所測(cè)得的12脈波不控整流充電機(jī)接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)從基波到15次諧波電流的含有率，由仿真結(jié)果可知，充電機(jī)主要產(chǎn)生11，13次諧波，當(dāng)諧波在最大值時(shí)，高壓側(cè)11次諧波的諧波含有率為61，13次諧波的含有率34，少量其他次數(shù)諧波電流由變壓器等電力系統(tǒng)器件產(chǎn)生。充電機(jī)站變壓器高壓側(cè)在最大值時(shí)11次諧波的諧波電流的大小為089 A，13次諧波電流的大小為005 A。諧波電流曲線的變化趨勢(shì)與6脈波不控整流充電機(jī)的諧波電流變化趨勢(shì)

23、相同。PWM整流充電機(jī)。結(jié)構(gòu)如下：圖8 PWM整流充電機(jī) 控制電路采用達(dá)到功率因數(shù)正弦波電流的雙閉環(huán)控制。電流內(nèi)環(huán)的作用是按電壓外環(huán)輸出的電流指令進(jìn)行電流控制，為了達(dá)到較快的電流跟隨性能，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流PI調(diào)節(jié)器，電壓外環(huán)的作用是控制三相電壓型PWM整流器的直流側(cè)電壓，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能，按照典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器。 PWM整流充電機(jī)變壓器高壓側(cè)各次諧波含量。其中5次諧波的最大含有率為3，7次諧波為1.6，11次諧波的最大含有率為1.29，13次諧波為1.03。圖13為5次、7次諧波電流，5次諧波電流最大為0.12 A，7次諧波電流最大為0062 A，PWM整流充電機(jī)

24、的諧波隨著尺變化而變化的總體趨勢(shì)與上述兩種充電機(jī)相同，但是總體電流大小和變化數(shù)值都相對(duì)很小。我們又對(duì)不同時(shí)刻投入不同數(shù)量的充電機(jī)進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論。將不同臺(tái)數(shù)的充電機(jī)按照多種時(shí)間間隔投入系統(tǒng)，其仿真結(jié)果表明，當(dāng)充電機(jī)臺(tái)數(shù)一定時(shí)，同時(shí)投入系統(tǒng)的總電流大于間隔投入時(shí)的總電流；充電機(jī)投入系統(tǒng)的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，諧波電流最大值越小、總電流越小，但是充電時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于集中式、采用常規(guī)充電方式的大型充電站接入系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波污染，除了考慮加裝諧波治理裝置以外，還可以通過(guò)控制充電機(jī)的投入間隔對(duì)諧波起到一定的抑制作用，另外適當(dāng)降低起始充電機(jī)臺(tái)數(shù)，加大充電時(shí)間間隔，能夠降低充電站峰值功率，因此可以通過(guò)控制充電機(jī)

25、投人間隔釋放供電變壓器容量(即減小供電功率)。6. 充電站諧波的抑制與消除電動(dòng)汽車充電站諧波源主要為非車載充電機(jī)，非車載充電機(jī)由高頻開關(guān)電源模塊等元件組成，模塊采用全波整流方式。當(dāng)采用三相全波整流組成6脈沖整流裝置時(shí)，在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)h=6k1，k為正整數(shù)。三相全波整流產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)較小，脈動(dòng)頻率較高，與單相整流相比，不產(chǎn)生3次諧波。通過(guò)變壓器繞組的接線，使2組容量相同的6脈波整流裝置在輸入端經(jīng)30度移相構(gòu)成1套12脈波整流裝置，在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)h=12k1。利用變壓器繞組接線的相位的不同，可構(gòu)成多脈波的整流裝置。無(wú)論采用何種脈波整流方式，除特征諧波外，都還有少量的非特征諧波。

26、 充電站的服務(wù)對(duì)象是具有非車載充電機(jī)的電動(dòng)汽車，按照充電站在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中占有的重要程度，可劃分為2類性質(zhì)的電力用戶，即二級(jí)電力用戶和三級(jí)電力用戶。二級(jí)電力用戶的充電站宜由2回路高壓供電電源供電，2回路高壓供電電源宜引自不同的變電站，也可引自同一變電站的不同母線段。三級(jí)電力用戶的充電站由單回路供電電源供電，中壓系統(tǒng)宜采用單母線接線或單母線分段接線，低壓系統(tǒng)宜采用單母線或單母線分段接線。 為減小諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響，充電站內(nèi)的充電裝置具有不同相位的2路或多路交流輸入進(jìn)線應(yīng)均勻接人充電機(jī)高頻開關(guān)電源模塊上，以實(shí)現(xiàn)12或以上脈波整流。 為實(shí)現(xiàn)12脈波整流，在工程中常采用繞組接線形式為D、dO、ynll的整流變壓器或2臺(tái)繞組接線形式分別為D、ynll和Y、yn0的配電變壓器。 波消除的主要措施： 1)合理增大充電機(jī)的濾波電感值 合理增大充電機(jī)的濾波電感值，可降低充電機(jī)的電