电动汽车充电站建模与谐波分析

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1、[技术应用]电动汽车充电机(站)建模与谐波分析(1)2009-03-0214:37:40  作者：黄少芳黄梅万航羽  来源：赛尔电气应用总第78期  【文章转载请注明出处】·　　电动汽车（EV）充电机为非线性负荷，会产生谐波，对电网是一种污染。在建设充电站前，有必要对充电站接入电力系统的谐波进行仿真预测，以决定是否配置谐波抑制和无功补偿设备。本文利用某一型号充电机参数建立充电机（站）的MATLAB仿真模型，然后采用快速傅立叶变换（FFT）对仿真数据进行谐波分析，结果表明所建充电机（站）接入系统运行能够满足国家谐波标准。该研究方法同样适用于其他类型、规模的充电机（站）接入电力系统的谐波分析。

2、关键字：电动汽车充电机[1篇]充电站[5篇]谐波分析[2篇]　　2006年至今，国际油价跌宕起伏，整体走势向上，不可预测的政治因素对国际油价影响越来越大，导致各国政府都非常重视其能源政策和战略，纷纷采取措施寻求和开发各种新能源和可再生能源，同时注重提高能源效率和节约能源，以保障本国的能源安全。节能、环保、缓解能源危机、改善人类生存环境是汽车工业可持续发展面临的首要问题，也是其发展的方向。传统汽车消耗了大量优质紧缺的石油天然气，这使电动汽车成为解决我国石油能源短缺的根本出路。以电动汽车为代表，大力促进其发展，有助于实现交通能源的多元化并维护国家的能源安全。　　　　电动汽车需要通过充电机补充电

3、能。采用电力电子技术的充电机是一种非线性设备，会产生谐波电流，对公用电网是一种污染。因此，在建设充电站前，有必要对充电站注入电力系统的谐波进行仿真预测，判断是否满足国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的要求，决定是否配置相应的谐波抑制和无功功率补偿设备。　　　　本文直接针对“电动汽车充电机（站）规范研究”科研课题，根据某一型号充电机参数及北京西黄庄电动汽车示范站的运行数据，利用Matlab搭建充电机（站）的仿真模型，对充电机（站）接入电力系统的谐波进行了仿真分析，为充电机（站）的建设提供参考。　　　　1充电机（站）仿真模型　　　　首先根据某一型号充电机搭建单台充电机的仿

4、真模型，在此基础上搭建充电机（站）的MATLAB仿真模型。　　　　1.1充电机仿真模型　　　　电动汽车充电机（站）采用的大功率高频充电机的一般结构框图如图1所示，由三相桥式不可控整流电路对输入三相交流电进行整流，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，为车用动力蓄电池充电。　　　　图1高频充电机的一般结构框图　　　　相对于工频周期来说，动力蓄电池充电过程所需时间很长，则在一个至几个工频周期内，都可以认为充电机的输出电流和输出电压是恒定的直流，即认为图1中的I0、U0均为常数。这样，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

5、相应的降低。因此在工频范围内，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输入阻抗，并且可以取得较好的近似效果。电阻可以近似表示为(1)　　　　式中η——充电机效率　　　　UB——功率变换电路的输入电压，单位V；　　　　II——功率变换电路的输入电流，单位A；　　　　UO——功率变换电路的输出电压，单位V；　　　　IO——功率变换电路的输出电流，单位A。　　　　从而，高频充电机的等效模型如图2中所示。其中，Rf为线路及电感Lf等的等效电阻，电阻值一般较小，可忽略不计。仿真采用15kW的某型号充电机，它的输出功率P0随动力蓄电池充电过程而变化（见图3），根据公式（1）可知，RC也

6、随着动力蓄电池充电过程而发生变化，如图4所示。　　　　图2充电机等效模型　　　　图3充电机输出功率P0曲线　　　　图4充电过程中RC变化曲线　　　　1.2充电站仿真模型　　　　在本文仿真算例中，充电（机）站公共连接点（PCC）处电压等级为10kV，通过10/0.4kV变压器降为0.4kV，给充电机提供电能。其中变压器采用Dyn11接线组别的配电变压器。假设充电机（站）多台充电机处于相同工作状态，在Matlab/Simulink环境下建立充电机（站）的仿真模型，如图5所示。　　　　图5充电机（站）的仿真模型　　　　仿真采用某城市拟建充电站的设计数据如下：　　　　（1）充电机功率。考虑到充电机

7、成本，充电站配置15kW的充电机。　　　　（2）充电机台数。拟建充电站充电车辆有8台大型车辆、24台中型车辆、15台小型车辆。每辆大型车需要2台充电机并联充电，共需16台；每辆中型车需要2台充电机并联充电，共需48台；每辆小型车需要1台充电机充电，共需15台。如果48辆车都需要充电，并且要充分利用低电价时段，则充电站可采取先充满所有中型车（48台充电机同时工作）、再充小型车和大型车（31台充电机同时工作）的充电顺序。这样