第3章 电动汽车充电站电能质量分析
由于电动汽车充电站内的充电机是一种非线性设备,工作时会产生很高的谐波电流并从电网吸收无功,引起严重的电能质量问题[33]。并会造成充电站测量仪表不准确,易损坏大容量电容器,加重的负荷使电力导线过热,保护装置误报警等不良后果。为了更好的治理电动汽车充电站的电能质量,必须对电动汽车充电站谐波和无功的特点进行分析。
3.1 电动汽车充电站谐波和无功的分析
上述电动汽车充电机模型的建立为电动汽车充电站谐波和无功的分析打下了良好的基础。接下来将分别搭建单台和多台电动汽车充电机的仿真模型,对电动汽车充电站的谐波和无功的特点进行分析。
3.1.1 单台充电机谐波和无功分析
根据式2.1分析可知:电动汽车的充电功率和电阻是密切相关的,小电阻对应大功率充电,大电阻对应小功率充电。充电功率与其等效电阻的对应关系见表 2-1。【1】
本文搭建单台电动汽车充电机的仿真模型如图3.1,仿真得到了各次谐波电流含量随充电功率变化图如图3.2。由图分析可知:单台电动汽车充电机工作时,5、7次谐波含量随功率的降低均呈增加趋势,11、13等高次谐波含量随功率变化不大,并且谐波次数越高其含有率就越低。【2-3】
电流总谐波畸变率随充电功率的变化规律如图3.3,由图分析可知:单台充电机工作时,充电功率等效电阻值越大,即充电功率越小,电流总谐波畸变率越大,即电流总谐波畸变率随充电功率的增大而减小。【4】
功率因数随充电功率的变化规律如图3.4。从图可以看出:单台充电机工作时,充电机等效电阻值越大,即充电功率越小,功率因数则越小,即功率因数随充电功率的增大而增大。【5】
3.1.2 多台充电机谐波和无功分析
多台充电机工作时的仿真模型如图3.5。由于每台电动汽车充电机工作时产生不同的谐波电流相位角,因此,各台充电机单独工作时产生的谐波电流之和并不等于多台充电机工作时产生的电网谐波电流。不同充电机工作时产生的电流谐波可能出现互相补偿,甚至互相抵消的现象,随着充电机台数的增加,可能使各次谐波含量和电流总谐波畸变率减小。下面将对多台电动汽车充电机工作时的谐波和无功情况进行分析。【6】
多台充电机工作时各次谐波电流含量随充电机台数的变化如图3.6。由图分析可知:随着充电机台数的增加,各次谐波电流含量呈减小趋势。这个仿真结果同理论分析多台充电机工作时产生的谐波会相互抵消的结论相一致。【7】
当充电机台数N }k 1-15变化时,分别对小功率充电和大功率充电两种情况下的功率因数进行了分析如图3.7和3.8。对图分析可知:当小功率充电时,功率因数随着充电机台数的增加呈增加的趋势;当大功率充电时,功率因数随着充电机台数的增加呈减小趋势。【8-9】
3.2 仿真结论
利用Matlab/Simulin模块分别对单台和多台电动汽车充电机工作时谐波和无功的特点进行了仿真。仿真结果表明:单台充电机工作时,随功率的增加,5、7次谐波含量呈下降趋势,11、13等高次谐波含量变化不大,且谐波含量随着谐波次数的升高而降低;随充电功率的增大,电流总谐波畸变率呈下降趋势;功率因数随充电功率的增大功率因数呈上升趋势。多台电动汽车充电机工作时,随充电机台数的增加电流总谐波畸变率呈下降趋势,且充电功率越大,电流总谐波畸变率下降幅度越大。而功率因数的变化则由充电功率与充电机数目的亲合机制决定。并且,由于多台充电机的间隔投入和的非线性变化,在整个充电的过程中,电网侧谐波呈现出不规则的特点。
3.3 本章小结
本章利用Matlab/Simulin模块搭建了电动汽车充电站的仿真模型。由于单台和多台充电机工作时谐波和无功的情况是不同的,因此,分别对单台和多台充电机工作状态下进行了仿真,仿真结果表明:大功率充电时,随着充电机台数的增加,各次谐波电流含有率呈减小的趋势,小功率充电时,随着充电机台数的增加,各次谐波含有率变化较平缓;电流总谐波畸变率随充电功率的增大和充电机台数的增加呈减小趋势,而功率因数的变化则由充电功率与充电机数目的称合机制决定。为下面电能质量的治理打下了良好的基础。
