电动汽车充电机谐波机理及其抑制分析
江明
(国网南京供电公司，江苏 南京210019)
电动汽车充电负荷作为一种非线性负载，研究充电机接入电网后产生的谐波及其抑制具有重要意义。通过建立并简化典型的单台电动汽车充电机模型，分析单台和多台充电机运行中产生谐波的理论过程。利用MATLAB Simulink工具建模仿真，得到输出功率曲线和电流FFT分析结果，畸变率在国标范围内。最后比较了当前通用的谐波抑制方式，建议采用并联型有源滤波器（APF）为规模化应用后大量入网的电动汽车充电机提供谐波治理。
电动汽车充电站（桩）配置的充电机是采用三相整流桥、DC/DC功率变换单元等结构组成的非线性电力电子设备，其在接入配电网工作时，作为电网非线性负载，必然产生谐波电流，因而降低电网功率因数，污染公用电网。因此在建设电动汽车充电站（桩）前，通过对充电机进行仿真预测，计算注入电力系统的谐波，参照国家标准GB/T 14549.93《电能质量公用电网谐波》，以判断选择的设备是否合理、是否需要配置谐波抑制单元。
1充电机谐波分析
1.1充电机原理和模型
以常规充电方式下充电机为例。常规充电方式指采用小电流恒压或恒流充电，充电电流较低，一般在15A左右。电网输入的三相交流电流通过整流电路，经滤波电路为高频DC/DC功率变换单元提供直流输入，功率变换电路的输出经滤波电路为车用动力电池充电，原理图如图1所示，图中Lf表示滤波电感，Cf表示滤波电容［1-2］。
图1高频充电机一般结构图
高频功率变换器建模较复杂且计算量大，不利于观察整个充电过程电流的变化情况，因此将其近似等效。目前电池充电策略常采用典型的两阶段充电方法，即前半段恒流限压、后半段恒压限流。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），在数个工频周期内，都可近似假定充电机输出电流IO和输出电压UO是恒定直流的，即高频功率变换电路工作在恒功率状态，当输入电压升高时，输入电流须相应降低。故在完整的充电过程中，可以用非线性变化的电阻Rc近似模拟高频功率变换电路等效输入阻抗。［3］Rc=UI/II=U2I/PI=η×U2I/PO=η×U2I/UOIO(1)
式中：UI，II，PI分别是高频功率变换电路输入电压、电流和功率；UO，IO，PO分别是输出电压、电流和功率；η是功率变换模块效率。
充电机近似等效模型如图2所示，Rc是代替功率变换单元的非线性电阻。
图2充电机简化等效模型
1.2充电机谐波分析
系统三相平衡时，三相电流波形相同，相位依次相差120°。以二极管三相桥式整流电路作为高......
作者简介：江明（1987—），男，江苏南京人，国网南京供电公司助理工程师，主要从事电动汽车充换电设施的建设和运营工作。
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