淺聊供配電工程設計中充電樁的諧波治理
瀏覽次數：813更新時間：2024-08-06
摘要：隨著電動汽車的普及，充電樁在供配電工程中的應用日益廣泛。然而，充電樁的大量接入給電網帶來了諧波問題，嚴重影響了電網的電能質量和安全穩定運行。本文深入探討了充電樁產生諧波的原因和特點，詳細分析了諧波對供配電系統的危害，并提出了一系列有效的諧波治理措施，為供配電工程設計中充電樁的諧波治理提供了有益的參考。
一、引言
在全球能源轉型和環保要求的推動下，電動汽車作為一種綠色出行方式得到了迅猛發展。充電樁作為電動汽車的能源補給設施，其數量也在快速增長。然而，充電樁在工作過程中會產生大量的諧波電流，給供配電系統帶來了諸多不利影響。因此，研究供配電工程設計中充電樁的諧波治理具有重要的現實意義。
二、充電樁產生諧波的原因及特點
（一）原因
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電力電子器件的使用
充電樁內部的整流器、逆變器等電力電子設備在工作時會產生非正弦電流，從而導致諧波的產生。
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充電過程的非線性特性
充電樁的充電功率會根據電池狀態和充電需求不斷變化，這種非線性的充電過程也是諧波產生的重要原因。
（二）特點
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諧波次數較高
充電樁產生的諧波主要集中在 3 次、5 次、7 次等高次諧波。
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諧波含量不穩定
由于充電需求的隨機性和不確定性，充電樁產生的諧波含量會隨時間變化而不穩定。
三、諧波對供配電系統的危害
3.1增加線路損耗
諧波電流在電網中流動時，會使線路的電阻增大，從而導致線路損耗增加，降低電網的輸電效率。
3.2影響電力設備的正常運行
諧波會使變壓器、電動機等設備產生額外的損耗和發熱，縮短設備的使用壽命，甚至可能導致設備故障。
3.3引起繼電保護裝置誤動作
諧波會使繼電保護裝置的測量誤差增大，可能導致保護裝置誤動作，影響電網的安全穩定運行。
3.4降低電能質量
諧波會導致電壓波形畸變，使電壓波動和閃變增加，影響電能質量，給用戶帶來不良影響。
四、充電樁諧波治理措施
4.1無源濾波器
無源濾波器是由電感、電容和電阻組成的諧振電路，通過對特定諧波頻率形成低阻抗通路，實現對諧波的吸收和抑制。其優點是結構簡單、成本低，但存在濾波效果受系統阻抗影響較大、容易發生諧振等缺點。
例如，某充電站采用了無源濾波器進行諧波治理，在一定程度上降低了諧波含量，但由于系統阻抗的變化，濾波效果有時不夠理想。
4.2有源濾波器
有源濾波器通過實時檢測電網中的諧波電流，并產生與之大小相等、方向相反的補償電流，從而實現對諧波的動態補償。其優點是濾波效果好、適應性強，但成本較高。
比如，某大型商業停車場的充電樁系統采用了有源濾波器，有效地解決了諧波問題，提高了電能質量。
4.3混合型濾波器
混合型濾波器結合了無源濾波器和有源濾波器的優點，既能降低成本，又能提高濾波效果。
以某工業園區的充電樁項目為例，采用混合型濾波器后，諧波得到了有效治理，同時降低了投資成本。
4.4優化充電樁設計
從源頭減少諧波的產生，如采用多電平變換技術、軟開關技術等。
4.5合理規劃充電樁布局
通過合理分布充電樁，減少諧波的集中注入，降低對電網的影響。
五、供配電工程設計中充電樁諧波治理的注意事項
5.1諧波測量與分析
在進行諧波治理前，需要對充電樁產生的諧波進行準確測量和詳細分析，為治理方案的制定提供依據。
5.2治理設備的選型
根據諧波的特點、電網的參數以及治理要求，合理選擇諧波治理設備的類型和容量。
5.3與其他設備的協調配合
諧波治理設備應與供配電系統中的其他設備（如變壓器、電容器等）協調配合，避免相互影響。
5.4運行維護
定期對諧波治理設備進行檢測和維護，確保其正常運行，保證治理效果的持續性。
六、安科瑞諧波治理產品選型
6.1功能介紹
ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。
ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。
6.2產品選型
6.3技術參數
七、總結
綜上所述，在非線性負載投入使用的比重逐步上升后，諧波已經在充電樁配電工程中產生較大影響，充電樁配電工程的電能質量及諧波治理問題逐漸重視起來。有源電力濾波器的投入使用，便是解決諧波治理問題的重要開端，隨著科技水平的不斷進步，治理電網諧波必定會更加迅速，更加達到效果。
【參考文獻】
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[4] 安科瑞電能質量監測與治理選型手冊.2019.11版
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