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NC AH系列电能质量产品在湖南长沙某公交充电站应用案例

引言

        随着电力电子设备的普及应用,由非线性负载引起的谐波污染、电网功率因数低、三相不平衡等电能质量问题也得到越来越多用户的关注。对于功率因数降低和谐波增大的问题,过去通常采用配置无源电能质量治理装置来治理,如:无源滤波器、电容柜等,会增加客户的成本,并占用较大的安装空间,在无功补偿时还会存在过补偿或欠补偿的风险。现在市场上主要采用有源滤波器和静止无功发生器治理谐波和无功。

        电动汽车充电桩是一种非线性设备, 工作时会产生很高的谐波电流,对公用电网是一种污染,会造成电网电能质量降低等负面影响。而一个充电站, 通常有很多这样的充电桩会产生大量的谐波,为了消除和抑制谐波污染, 有必要对充电站产生的谐波进行治理。

        本文介绍上海能传电气有限公司的电能质量产品在湖南长沙某公交充电站的实际应用情况。

图1:公交充电站照片

公交充电站照片

充电桩的发展前景

       根据“关于2017-2022年新能源汽车应用推广财政支持政策的通知”(征求意见稿)以及“十三五规划”,2020年我国电动汽车保有量将达到500万辆,到2020年中国新能源汽车市场规模将超4000亿人民币,而与之相关的动力电池市场规模将达到人民币2000亿,充电基础设施规模1300亿元。市场规模迅速扩展,新能源汽车的推广也促进了充电桩的发展。

图3:我国充电桩安装数量

我国充电桩安装数量

       2018年,我国共新建充电桩33万余个,比2017年的新增量增长了36.8%,其中公用类充电桩增长同样迅速,超过了30%。到2018年,全国累计充电桩建设量约为77.7万个。根据有关机构报道,2019年,新能源汽车将迎来一次爆发式增长,销量将会超过160万辆。其中家用轿车依然是较大增长点,销量约为96万辆,占全部新能源汽车销量的60%。充电桩作为电动汽车的配套设施,必然也会迎来大的发展机遇。

       2019年,新建充电桩预计将达到48万个,其中公共充电桩约为12万个。同时其它的公共充电设施基础建设也将取得重大突破。


充电 充电桩带来的电能质量问题

      2015年12月28日国家相关部门针对新能源汽车和充电桩行业出台了新标准,新标准将行业更加规范化、标准化和统一化,这主要是针对户外设备系统,即充电桩接口等方面,没有对电能质量做一个要求,所以充电桩行业常常忽略了电能质量方面的问题,比如常见的无功、闪变、波动、谐波等,其中谐波污染最为严重。

图4:充电桩电能质量问题占比图

充电桩电能质量问题占比图

      充电桩系统是由变电与配电设备系统、充电设备系统、户外设备系统、监控层设备系统5大系统构成。而其中的充电系统一般采用可控硅构成的三相桥式整流电路,容易引发电网产生大量谐波污染。

       谐波污染对充电行业产生诸多危害:

    • 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰,特别容易造成费用计算错误,导致费用偏离实际

    • 谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁

    • 谐波引起继电保护和自动装置误动作,影响充电桩正常使用

    • 谐波使电气设备过热、绝缘老化、缩短设备使用寿命等问题

NC AH系列有源滤波器在湖南长沙某公交充电站的应用


      湖南长沙某公交充电站新增6个配电室,均采用能传电气的有源滤波器,用于治理由高频充电机中的6脉冲整流回路所产生的6k±1次谐波。现场各站点配置安装情况如下:


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      本项目是新建项目,设计院在设计阶段充分考虑到现场的谐波问题,需要配置相应的治理装置,能传电气根据项目要求,在各个充电站配置了足够容量的有源滤波器来治理谐波,图4是NC AH有源滤波器的放置现场。


图5:NCAH有源滤波器的放置现场

NC AH有源滤波器的放置现场

      现场安装的NC AH有源滤波器已经投入正常运行,负载侧的电流谐波畸变率在15%~45%,NC AH有源滤波器工作后,电源侧电流谐波畸变率控制在在1.5%~3.0%之间,补偿效果明显。图6为某充电站补偿前后的电流波形对比。

图6:NCAH有源滤波器现场补偿效果波形图

NC AH有源滤波器现场补偿效果波形图


结束语

       本文介绍了充电桩的电能质量问题,简述谐波的影响及NC AH有源滤波器在实际应用中的谐波治理效果。

       科技的进步加上政府政策的扶持促进了电动汽车的发展,充电桩的数量也会随之增加。而属于非线性负载的充电桩,电能质量问题不能忽视,针对充电桩产生的电能质量问题,上海能传电气有限公司提供了完美的解决方案,公司研发的电能质量产品包括:有源电力滤波器(NC AH系列),静止无功发生器(NC SVG系列),可以很好的解决电网存在的谐波和功率因素低的问题。未来,伴随着充电桩市场的发展,电能质量产品也将得到更广泛的应用。

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