7 电能质量

7 电能质量
7.0.1 根据充电站用电设备容量大小的不同，充电站可选择高压供电或低压供电。如用电设备容量在100kW以上的充电站可采用高压供电，用电设备容量在100kW及以下的可直接采用220V单相低压供电。供电电压必须满足现行国家标准《电能质量 供电电压偏差》GB／T 12325的要求，即10kV(20kV)及以下三相供电的电压偏差为标称电压的±7％，220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％。
7.0.2 通过正确选择供电元件和系统结构，就可以在一定程度上减小电压偏差。由于电网各点的电压水平高低不一，合理选择变压器的变压比(如选35±2×2.5％／10.5的变压比或38.5±2×2.5％／10.5的变压比)和电压分接头，即可将供配电系统的电压调整在合理的水平上。但这只能改变电压水平而不能缩小偏差范围。
    供电元件的电压损失与其阻抗成正比，在技术经济合理时，减少变压级数、增加线路截面、采用电缆供电可以减少电压损失，从而缩小电压偏差的范围。
    合理补偿无功功率可以缩小电压偏差的范围，但过补偿也是不合理的。在三相四线制中，如果三相负荷分布不均(相线对中性线)将产生零序电压，使零点移位，造成一相电压降低，另一相电压升高，最终增大电压偏差。由于Y，yn0接线变压器零序阻抗较大，不对称情况较严重，因此应尽量使三相负荷分布均匀。同样，线间负荷不平衡会引起线间电压的不平衡，从而增大电压偏差。
7.0.4 电动汽车充电机为非线性负荷，充电站中多个充电机一起充电所产生的电压波动和闪变对电网电能质量具有一定的损害。根据充电站充电设备和用电设备的特点，由于不含有大型冲击性设备，因此产生的电压波动和闪变比较小。在电压波动和闪变超过限值的情况下，可以采用动态补偿或调节装置直接对波动电压和电压闪变进行动态补偿或调节，以达到快速改善电压的目的。
    动态无功补偿装置是在原静止无功补偿装置的基础上，采用成熟、可靠的晶闸管控制电抗器和固定电容器组(即TCR+FC的典型结构)，准确迅速地跟踪电网或负荷的动态波动，对变化的无功功率进行动态补偿。动态无功补偿装置克服了传统的静态无功补偿装置响应速度慢及机械触点经常烧损等缺点，动态响应速度快(小于20ms)，控制灵活，能进行连续、分相和近似线性的无功功率调节，具有提高功率因数、降低损耗、稳定负载电压、增加变压器带载能力及抑制谐波等优点。动态电压调节装置(DVR，Dynamic Voltage Regulator)也称作动态电压恢复装置(Dynamic Voltage Restorer)，是一种基于柔性交流输电技术(Flexible Alternating Current Transmission Systems，简称FACTS)原理的新型电能质量调节装置，主要用于补偿供电电网产生的电压跌落、闪变和谐波等，能有效抑制电网电压波动对敏感负载的影响，从而保证电网的供电质量。
    另外，由于充电站用电容量过高，电压波动不能满足限制要求时，宜选用更高电压等级的电网供电，但在电压波动能满足限制要求时，应选用一次电压较低的变压器，这样有利于发挥断路器的频繁操作性能。
7.0.5 电动汽车充电机的充电过程为非线性的负荷变化过程，充电站中的充电设备由数个非车载充电机、充电桩等组成，现有研究表明，充电站对电网最主要的电能质量影响即为造成谐波和引起电网功率因数的下降。谐波对电网造成极大的危害，为了抑制谐波以保证较好的电能质量，必须对充电站产生的谐波进行限制。
7.0.6 传统的线性负载电流／电压只含有基波(50Hz)，没有或只有极少的谐波成分，而非线性负载会在电力系统中产生可观的谐波。谐波与电力系统中的基波叠加会造成波形的畸变，畸变的程度取决于谐波电流的频率和幅值。非线性负载会产生陡峭的脉冲型电流，而不是平滑的正弦波电流，这种脉冲中的谐波电流会引起电网电压畸变形成谐波分量，进而导致与电网相连的其他负载产生更多的谐波电流。非线性负载产生的谐波电流会影响电力系统的多个工作环节，包括变压器、中性线、电动机、发电机和电容器等。谐波电流会导致变压器、电动机和备用发电机的运行温度(K参数)严重升高。中性线上的过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高造成绝缘损坏，而且会在三相变压器线圈中产生环流导致变压器过热。无功补偿电容器会因电网电压谐波畸变而过热，谐波将导致严重过流。另外，电容器还会与电力系统中的电感性元件形成谐振电路，这将导致电容器两端的电压明显升高，引致严重故障。照明装置的启辉电容器对由高频电流引起的过热也是十分敏感的，启辉电容器的频繁损坏表明电网中存在谐波的影响。谐波还会引起配电线路的传输效率下降、损耗增大，并干扰电力载波通信系统的工作，如电能管理系统(EMS)和时钟系统。谐波还会使电力测量表计、有功需量表和电度表的计量误差增大。
    在电力系统中，对谐波的抑制主要有以下三个方面的措施：
    (1)降低谐波源的谐波含量。如增加整流器的脉动数、脉宽调制法、三相整流变压器采用Y／△或△／Y接线法。
    (2)在谐波源处吸收谐波电流。如采用无源滤波器、有源滤波器、静止无功补偿装置或采取限制电容器投入量等措施。
    (3)改善供电环境。如确保三相平衡、采用专门线路供电等。
    在充电站中，可以采取以下若干措施来改善谐波：
    (1)通过增大单台充电机的滤波电感降低单台充电机电流谐波的总畸变率。
    (2)采用功率因数校正手段(PFC)抑制或消除谐波电流。
    (3)采用PWM整流器获得直流母线电压，为一台或多台充电机提供直流输入。
    (4)安装滤波器以抑制谐波电流。
    (5)根据负荷特点合理配置无功补偿装置，在用户高峰负荷时使变压器高压侧功率因数不低于0.95。
7.0.7 充电站中的用电设备大多为三相用电，预计其对公用电网产生的三相电压不平衡度比较小，通常均可满足现行国家标准的限值要求。但对于一些采用低压单相充电机的小容量充电站，可能会产生三相电压不平衡度超过限值的问题，可以考虑采用对三相负荷进行调整的办法使之平衡，如将不对称负荷尽可能分散地接到不同供电点，避免集中连接造成不平衡度超标，或将不对称负荷接到更高电压等级上供电，使连接点的短路容量足够大，或采用三相平衡化装置提高分相调节能力。