不同类型充电机组成充电站接入系统的谐波研究

摘要

电动汽车已经成为未来新能源汽车的主要发展方向,而电动汽车充电站是电动汽车配套设施中一个非常重要的组成部份,必须大量布置充电站以满足电动汽车的正常行驶需求和提高电池的充电速度。
　　 充电机是一种由整流器、直直变换器等装置组成的电力电子设备,接在城市电网和电动汽车之间会对电网产生谐波污染。不同类型充电机的选择和充电站供电方式的选择会影响充电站建设的经济问题。因此有必要分析各种充电机的谐波、功率因数、功率损耗,以及充电站的供电方式。
　　 本文结合课题《电动汽车充电站作为能量存储设施的可行性研究》的研究合同,使用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC,研究6脉波不控整流充电机、12脉波整流充电机和PWM整流充电机。课题属于充电站建设前期的设计部分所要做的工作。课题研究内容主要包括如下三点:
　　 (1)建立了三种充电机的PSCAD模型,研究了三种充电机的谐波电流大小,功率因数大小和整流装置效率。
　　 (2)设计了针对三种充电机的充电站仿真模型,模型能够满足同时投入充电机的仿真研究和不同时投入充电机的仿真研究。测量了充电站的谐波电流大小。
　　 (3)对直流母线供电的充电站和交流母线供电的充电站进行了仿真分析。对比分析了交流供电和直流供电方式下,充电站的线路损耗和整流桥损耗。
　　 研究表明:6脉波不控整流充电机含有大量5、7次谐波,功率因数为0.84;12脉波整流充电机对谐波的抑制效果很好,功率因数为0.86。PWM整流充电机谐波含量少,功率因数为0.986,但是效率较低。有多台充电机同时运行时,6脉波不控整流充电机同时投入5台时,5次谐波电流大小超过谐波电流限制标准;12脉波整流充电机投入19台充电机时11次谐波电流超过谐波限制,而PWM整流充电机则在同时投入20台时还没有超过谐波电流限制。间隔投入充电机能够降低相同台数充电机时产生的谐波峰值及谐波峰值持续时间,有利于降低总电流。使用直流母线供电方式的充电站,当直流输电线大于500米时,使用PWM整流充电机损耗最小,当线路长度为0到500米时,使用12脉波整流充电机的损耗最小。使用交流母线供电时损耗最小的是6脉波不控整流充电机。
　　 论文的研究方法和仿真模型同样适用于其他充电站问题的仿真研究。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 课题的研究现状

1.2.1 电动汽车的发展现状

1.2.2 电动汽车充电机的发展现状

1.2.3 电动汽车充电站的发展现状

1.3 课题的研究内容及方案

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究的内容

1.3.3 研究的方案

2 充电机(站)接入系统产生的谐波理论分析

2.1 谐波对电力系统的影响

2.2 非正弦电路的谐波与功率因数分析

2.2.1 6脉波整流器网侧电流的谐波分析

2.2.2 12脉波整流器网侧电流的谐波分析

2.3 本章小结

3 不同类型充电机比较

3.1 充电机等效模型的建立

3.1.1 充电机原理

3.1.2 功率变换模型

3.2 6脉波与12脉波整流充电机模型的建立

3.2.1 6脉波不控整流充电机

3.2.2 12脉波不可控整流充电机

3.3 PWM整流充电机

3.3.1 主电路和控制电路模型

3.3.2 PWM整流充电机接入系统分析

3.4 仿真模型的验证

3.5 本章小结

4 多台充电机组成充电站接入系统的谐波分析

4.1 充电站仿真模型的建立

4.2 6脉波不控整流充电机

4.3 12脉波整流充电机

4.4 PWM整流充电机

4.5 本章小结

5 不同供电方式的充电站仿真研究

5.1 独立交流供电充电站

5.1.1 模型的建立

5.1.2 6脉波不控整流充电机

5.1.3 12脉波整流充电机

5.1.4 PWM整流充电机

5.2 直流母线供电充电站

5.2.1 模型的建立

5.2.2 6脉波不控整流充电机

5.2.3 12脉波整流充电机

5.2.4 PWM整流充电机

5.3 本章小结

6 总结

参考文献

附录:充电站系统一次主接线图

索引

作者简历

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