电动汽车充电谐波对电能计量影响的仿真分析

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1、电动汽车充电谐波对电能计量影响的仿真分析　　摘要：环境污染的日益严重，使得电动汽车成为新能源交通领域发展的必然趋势。电动汽车事业发展必须以完备、大规模的电动汽车充换电设施为基础。而电动汽车充电机属于新型大功率、高度非线性的用电设备，会产生谐波，将对电能质量造成污染，导致电能计量误差。电能计量的准确性和合理性关系到电力公司、用户和充电运营商的利益，因此电动汽车充电对电能计量的影响研究具有十分重要的意义。　　关键词：充电机；谐波；电能表；电压互感器；电流互感器；计量误差　　1概述　　随着一次能源的枯竭和环境污染的日益加剧，进行能源革命势在必行。

2、能源革命的实质是清洁能源逐步替代化石能源[1]，最终淘汰化石能源，而电动汽车可以很好的实现电能替代，因此在交通领域大力推广使用电动汽车是能源革命的一项重要举措。电动汽车数量的激增能够使清洁能源转化来的电能得到有效利用，有助于解决环境问题。但同时，充电机作为一种新型大功率、高度非线性的用电设备，接在城市电网和电动汽车之间会对电网产生谐波污染，影响电网的电能质量和电能计量系统的计量准确性，而电能计量问题关乎电力公司、用户和充电运营商利益，所以研究电动汽车充电机对电能计量系统的影响具有重要的理论意义和实际价值。　　作为一个谐波功率源，电动汽车充电

3、机对电网及电网计量的影响备受关注。文献[2]通过设计充电机仿真模型研究了三种不同类型充电机的谐波电流大小，结果表明不同类型的充电机对谐波的抑制作用各不相同，充电机投入的同时性对谐波电流也有影响，但没有研究谐波对电能计量装置的影响。文献[3]为能够有效的解决电能计量的检定及溯源等问题研究了实现电动汽车充电站电能准确计量的方法及装置，研究成果具有良好的现场应用效果，但没有考虑互感器等的测量误差。文献[4]首先对电动汽车充电机进行分类，分析了各类充电机产生的谐波特征，根据实际运行中充电站的实测数据，对充电站的配电变压器安装点、容量、充电站的监测管

4、理，谐波抑制等提出一些具体的建议。文献[5]研究了影响电能表计量的因素，并在Matlab/Simulink环境下建立不同种类充电机的完整模型，对不同种类充电机在不同情况下对计量合理性和准确性影响进行分析。　　针对电能计量，相关研究注重于谐波畸变下电能表计量的准确性和计量方式的改进，往往忽略了电能计量装置中与电能表配合使用的互感器所带来的影响。文献[6]在仿真谐振型和速饱和型两种类型的CVT的频率特性曲线基础上，通过电能质量扰动装置，分析了CVT的谐波测量误差。文献[7]对在直流分量和谐波条件下电流互感器的传变特性做了系统和全面的分析，但因电

5、压畸变率较小，在分析谐波电能计量的过程中没有考虑电压互感器在非正弦下的传变特性所带来的影响。文献[8]建立了考虑线路阻抗及配电变压器在内的完整充电机模型，分析了电动汽车充电机对电能计量的影响，重点研究了充电机恒流大功率充电、脉冲充电对计量准确性的影响。考虑了合理配置充电机充电功率，线路阻抗，谐波抑制装置等确保计量的合理性，但未考虑对整个计量系统的影响。文献[9]提出了一种对普遍的电动汽车充电对配电系统谐波电压水平的影响的统计方法，该方法使用非线性负载电流的统计模型，以产生特定的谐波电压水平的概率。通过电动汽车集中产生的谐波电流的统计模型的不

6、确定性和不断变化的充电器开始时间和初始电池状态的充电介绍了谐波的消除。　　电力系统的电能计量装置是由电压互感器、电流互感器、电能表和计量的二次回路组成，每个组成单元虽在基波条件下的误差能满足其设计要求，但在谐波情况下，各部分的工作状态将发生变化，导致计量误差增加，从而使电能计量系统的计量误差递增。本文对电动汽车充电谐波对电能计量装置的影响进行了理论分析和仿真研究，并在PSCAD/EMTDC软件中搭建了电动汽车充电模型、计量装置仿真模型，以固定负载下的充电谐波对计量合理性和?嗜沸杂跋旖?行分析。　　2电动汽车充电机的谐波特性分析　　采用了现代

7、电力电子器件的电动汽车充电机是高度非线性的用电设备，接入电网后会产生一定谐波污染，对电能计量造成影响[10-13]。　　目前，主要使用和研究的电动汽车充电机的结构如图1所示，三相桥式不控整流电路对三相电进行整流，滤波后为高频DC-DC功率变换电路提供直流输入，功率变换电路的输出经过输出滤波电路后，为动力蓄电池充电。　　图1中的高频功率变换器建模比较复杂，且计算量大，不利于观察整个充电过程电流的变化情况，因此设想将其近似等效。相对于工频周期（0.02s）来说，动力蓄电池充电过程所需时间很长（4-6h），则在一个至几个工频周期内，都可以认为充电

8、机的输出电流I0和输出电压U0是恒定的直流，即高频功率变换电路工作于恒功率状态，当输入电压升高时，输入电流必须相应的降低，可以用一个非线性电阻RC来近似模拟高频功率变换电路的等效