多拓扑结构的电动汽车充电桩对电网谐波影响与研究

林 旭

（广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510030）

0 引 言

众所周知，目前电动汽车都在推行快速充电。这种快速充电桩内部含有整流装置，它的作用是将交流电转换为直流电，为电动汽车的车载蓄电池充电。整流装置就是一个重要的谐波污染源，因此电动汽车充电桩会造成对于供电系统的谐波污染，进而导致功率因数降低。这在一定程度上会影响供电系统电能质量，还会在用电高峰的情况下，进一步增加供电系统负担。

1 电动汽车充电桩多拓扑结构设计

图1为多拓扑结构纯电动充电桩结构设计示意图。

图1 多拓扑结构纯电动充电桩结构设计示意图

2 电动汽车充电桩谐波分析模型

在传统的谐波模型构建中，一般是借助简化电路结构来实施对于整流中的充电桩谐波特点分析，但是其对于充电桩在功率变换环节中存在的大量非线性元件没有有效的把握和分析，一般将其视为电阻等效，这样就会将这个环节对于谐波产生的影响忽略，此次研究的电动汽车充电桩谐波分析模型，是对于两种不同的拓扑结构的充电桩谐波进行对比分析。

因此，尝试对于传统模型进行改造，主要是采取相应的谐波分析方法进行改进，将充电桩的整流和功率变换中的谐波影响考虑在内，构建多拓扑结构充电桩模型，这里主要用的是快速傅里叶变换法开展谐波影响分析。

此次分析的多拓扑结构主要是针对不控整流+高频DC/DC 变换器类型组合和PWM 整流+高频DC/DC变换器类型组合两类，对于这两种结构的充电桩在应用中产生的电网谐波影响情况进行分析。在构建好相应的谐波分析模型后，下一步就是采取仿真实验来验证相关谐波影响情况。

3 仿真实验

依照多拓扑结构充电桩谐波分析模型，借助相应的平台构建两种拓扑结构的仿真模型，考虑到充电桩在不同充电阶段会出现不同的谐波影响，因此在仿真实验中也设置了不同电压以及电流，满足相关充电桩的谐波特点分析需求。

鉴于电动汽车充电桩在不同充电阶段产生的谐波特点差异性，设置相应的谐波产生环境，分别就不同电流、电压以及充电功率下的谐波产生情况进行设置，设置的3 种不同仿真工况分别是：第一，电压、电流以及充电功率分别为180 V、60 A、16 kW；第二，电压、电流以及充电功率分别为200 V、180 A、32 kW；第三，电压、电流以及充电功率分别为500 V、180 A、40 kW。 最终的仿真结果统计中发现（见表1），在3 种不同工况中，充电功率不断增长，这两类拓扑结构充电桩在配电变压器高压侧总谐波电流畸变率不断降低。

根据仿真实验可知，第一种拓扑结构充电机的总谐波电流畸变率依然超过两成，而第二种拓扑结构充电机的总谐波电流畸变率要比第一种拓扑结构充电机的数值小很多。

表1 不同拓扑结构在3 种不同仿真工况下总谐波电流畸变率

4 结 论

设置不控整流+高频DC/DC 变换器类型组合以及PWM 整流+高频DC/DC 变换器类型组合两种拓扑结构充电桩，对于不同工况下两类充电桩具体对电网产生的谐波影响进行仿真实验分析。在具体的实验分析中发现，PWM 整流+高频DC/DC 变换器的拓扑结构充电桩在不同工况充电中，总谐波电流畸变率要比不控整流+高频DC/DC 变换器的拓扑结构充电桩的数值小很多。因此，PWM 整流+高频DC/DC 变换器拓扑结构充电桩更具有使用的优势，市场价值更大，值得应 用推广。