电动汽车充电站谐波对电网安全的危害
性及治理措施
摘要：在一次能源加剧消耗，能源危机与环境污染程度持续加重的背景下，电动汽车作为一种新能源交通工具而备受重视。电动汽车以电能为动力，在节约传统燃油、减轻一次能源危机等方面发挥出了作用。但大规模的电动汽车接入电网充电，也会使电网安全受到影响。本文运用文献法、调查法等对电动汽车充电站谐波对电网安全的危害性展开分析，并就如何减轻或消除谐波危害进行探究论述，以供借鉴参考。
关键词：电动汽车；谐波特性；危害；治理措施
电动汽车是以电能为动力的一种新型交通工具，这类交通工具的产生与发展与现今能源资源枯竭、生态环境恶化有很大关系。汽车方便了人们的出行，但以燃油为动力源的汽车在给人们带来便捷的同时也加重了能源危机与环境负担。在此情况下，人们开始发展一种更绿色环保的交通工具--电动汽车。近几年电动汽车生产规模持续扩大，数量不断增多，与此同时，电动汽车充电站建设数量也不断增加【1】。在的引领、扶持及各方的努力下，我国与企业充电基础设施建设发展快速，但随之也出现了一些问题，具体分析如下。
1电动汽车充电站结构简述
按系统功能划分，可将电动汽车充电站分为配电、充电、电池管理调度与监控这四个子系统。按系统区域布局划分，可将电动汽车充电站划分为五个基本区域，分别是配电区域、监控区域、充电区域、电池更换与电池维护区域。五个区域功能不同但彼此之间密切合作，为充电站的稳定运行提供保障。
电动汽车充电站的配电子系统主要负责保障充电站正常工作的用电。充电子系统作为整个系统的核心构成，主要是为用户提供多种方式的充电服务，如有快速充电、阶段充电等。电池调度子系统以电池相关参数为依据，对电池更换电管
理做出调度，为电动汽车的正常应用提供保障。监控子系统负责各项监控任务，包括对安全设备的监控、对充电系统的监控，对配电系统及电池调度系统的监控等。监控子系统在保障电动汽车充电站稳定运行方面发挥着重要作用【2】。
2电动汽车充电站谐波对电网安全的危害分析
电动汽车充电站在运行过程中会产生一定量的谐波，谐波电流及谐波电压会对配电网的安全构成威胁。少量谐波可能会造成配电网中相关设备运行不稳，大量谐波会导致配电网电气设备受到破坏，使配电网无法正常运行。下面对电动汽车充电站谐波危害做具体分析。
2.1使其他电力用户耗损增加
电动汽车充电站在充电过程中产生的谐波会给公共电网系统带来负面影响，导致公共电网中的用户损耗增加，使配电网中输电设备、发电设备及配电设备的效率降低，损耗增加。谐波会影响配电网中电线、电缆及绝缘器等的安全。调研发现，当配电网中电线上流过过大的含有三次谐波的电流时，电线温度会迅速升高，线路绝缘老化加速，甚至直接引起线路起火，引发巨大的财产损失与严重的人员伤亡【3】。
2.2危害电气设备
谐波对配电网中电气设备具有干扰作用，大量谐波会严重影响电气设备的运行，使电气设备运行效率降低，损耗增加，进而引起用户用电异常，使用户的生活与生产受到影响。如当配电网中有大量谐波流过时，变压器某些部件会出现异常过热现象，变压器的老化速度会加快，运行状态会大不如前。
2.3引起电网谐振
研究表明，电动汽车充电站充电过程中产生的大量谐波还会引起电网谐振现象。谐波电流在通过电网时有可能产生放大现象，还有可能出现线路过流问题，而一旦产生线路过流，线路上的电抗器、电容器等装置就会严重受损，电容器等装置的可用年限会大大缩短，甚至直接被损毁【4】。
2.4导致电气保护元件失灵
谐波会对配电网中继电保护设备产生干扰，引起继电保护设备误操作，进而引发严重的电力事故。除此之外，谐波还会干扰电气测量仪器，造成测量数据失准，进而使有关方的利益受损。
3电动汽车充电站谐波危害性治理措施 3.1两种治理措施
针对电动汽车充电站谐波对配电网的诸多危害，提出两种治理措施：主动治理与被动治理。主动治理措施是根据电动汽车充电站谐波特性及危害，从源头入手对谐波加以抑制，将变电站谐波对配电网的危害降到最低。被动治理不是从源头入手治理谐波危害，而是借助滤波装置来减小或消除谐波危害，达到保护配电网的目的。利用滤波装置治理谐波危害时，要科学确定滤波装置的加装位置。研究表明，将滤波装置加设在谐波源接入电网的接线处，能获得最佳的治理效果。
这两种治理方法各有优缺点，也有各自的适用情形。如主动治理措施适合用在电动汽车充电站的设计与建设阶段。在充电站未建成之前就引进谐波治理理念，充分考虑谐波对配电网的危害并通过改进电动汽车充电站结构、更换充电站内相关设备等措施抑制谐波的产生，最终达到治理谐波危害，保障配电网安全的目的。
主动治理措施不适合用在已建成的电动汽车充电站中，因为主动治理措施主要是通过改变结构、更换充电设备等方式来减少谐波的产生，所以用在已建成的充电站中不是十分的经济可行，不利于谐波治理成本的降低。被动治理措施的适用范围要相对广泛，其不仅可用在未建成的电动汽车充电站谐波治理工作中，而且还适用于已建成的电动车充电站谐波治理任务中。主要原因是，电动汽车充电站谐波主要产生于充电机的整流装置，因此采用被动治理措施能够取得较好的治理效果【5】。
3.2充电站有源滤波器选择
有源滤波器是当前抑制电动汽车充电站谐波的最主要装置，主要有并联型有源滤波器与串联型有源滤波器两种。这两种类型的滤波器接入配电网的方式不同，
所以抑制谐波的方式也有所不同，且两种滤波器的适用情况也存在差异，具体分析如下。
并联型有源滤波器以并联的方式与负载连接，并以谐波补偿的方式将电动汽车充电站谐波电流对配电网的危害消除，确保配电网的安全稳定运行。在配电网中，串联型滤波器以串联的方式通过变压器与负载连接。串联型滤波器在接入配电网后，能够产生与电动汽车充电站谐波电压极性相反而大小相等的谐波电压，来抵消对配电网有负面影响的谐波电压，以此抑制谐波危害，消除谐波影响，保护配电网安全。
以上两种有源滤波器以连接方式不同、补偿方式不同，所以适用情形或者说针对补偿的对象也有差别。研究可知，在配电网中接入串联型有源补偿器后，因等效阻抗较大，对于有源补偿器对谐波补偿电压的要求较高，为达到这一要求，就需要在配电网中使用具有更高耐压性能的元器件，而这势必会造成谐波治理成本的增加。因此在解决汽车充电机直流侧电感滤波的整流电路的谐波问题时，
不适合选用串联型有源滤波器。研究可知，不管补偿对象是否为理想谐波源头，
并联型有源滤波器都能达到较好的补偿效果。 4结语
综上所述，电动汽车充电站谐波对配电网的危害较大，大量的谐波会干扰配电网运行，损坏配电网电气设备，使配电网的安全性与可靠性大大降低。针对电动汽车充电站谐波对配电网的危害，本文提出主动治理与被动治理两种治理措施。主动治理是在电动汽车充电站规划建设阶段，通过优化充电站结构，更换充电机的整流装置等抑制谐波的产生，进而降低谐波危害。被动治理措施是在配电网中接入滤波装置，通过滤波装置的抵消、补偿等功能降低谐波影响，维护电网正常运行。
参考文献
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