电动汽车充电机对电能计量的影响

作     者：覃阳 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付志红

授予年度：2014年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电动汽车 充电机 计量 谐波功率 能耗 

摘      要：为保障能源安全以及温室气体减排，我国将电动汽车列入国家“十二五规划，作为向产业化推进的战略性新兴产业予以扶持。按照国家规划，至2020年新能源汽车要达到500万辆。新能源汽车以电动汽车为主，如此大规模的电动汽车发展需要大量充电站配合，而充电机属于新型大功率、高度非线性的用电设备，是谐波功率源，由此引发的电能质量污染、动态特性等引起的计量问题需要深入研究。电能计量涉及电力公司、用户和充电运营商利益，计量的准确性和合理性研究，是一项摆在我们面前的紧迫课题。 本文首先对引起电能表计量误差的因素和谐波对电能计量合理性造成的影响进行分析。在Matlab/simulink环境下建立不同种类充电机的完整模型，其中包括配电线路阻抗、配电、变压器、三相不控整流电路、实现零电压开关的移相控制零电压全桥变换电路、基于双闭环控制系统的三相电压型PWM整流电路等模块。 然后根据充电机快速充电时特性，分析不同种类充电机在恒流充电、充电电流变化时的谐波和谐波功率，对充电机计量时存在的合理性问题进行评估。建立充电机等值模型，阐明对充电机产生谐波功率的机理。分析不同种类充电机的能耗，为充电站采取合理的电能计费方式提供参考。最后分析充电机在脉冲充电时的谐波和计量产生的误差。 得到主要结论如下: ①常规充电对计量影响：三相不控整流加DC/DC充电机注入的谐波占基波功率百分比随着充电功率的增大而增加，随线路短路容量的增大而减小，总体上占基波功率的比值很小（0.012%），对计量合理性造成的影响有限。PWM整流加DC/DC充电机因电流畸变小，注入电网的谐波功率很小，可忽略不计。充电机谐波电流通过线路阻抗和变压器漏抗上造成输入电压畸变，产生谐波功率。充电功率变化时的充电机的谐波电流与谐波功率，充与恒流充电时的情况非常接近。 ②充电机能耗：PWM整流加DC/DC充电机整体效率低于三相不控整流加DC/DC充电机;充电机的电能损耗在2.5%以上。 ③脉冲充电对计量影响：充电机恒流充电时因采样频率不足而引起的误差在0.1%左右，能够满足0.5S级的要求。以较高频率脉冲充电时（12Hz、48Hz、86Hz），充电机谐波电流还有大量间谐波和偶次谐波，并随着充电频率的上升，谐波成分越加复杂。脉冲充电时计量误差可达到0.5%以上，超过《国家电网电动汽车充电站典型设计》中建议的交流侧0.5S级准确度。