主要内容 电动汽车充电设施概述 ☞ 电动汽车充电设施典型设计 ☞ 谐波检测及治理 ☞

第一部分 电动汽车充电设施概述 ☜ 电动汽车发展概述 ☞ 电动汽车对电网的影响 ☞ 电动汽车充电设施现状 ☞ 充电设施国际/国内相关标准 ☞

1.1 电动汽车的分类 纯电动汽车：完全由蓄电池提供动力的汽车，它以车载可充电电池作为储能方式，用电动机来驱动车辆 ☞ 混合动力汽车：指装有两种或两种以上的动力源的汽车，当前混合动力汽车一般是指用内燃机车和电动机驱动的混合动力汽车 ☞ 可外接充电混合动力汽车：以电力驱动同时搭配汽油或柴油内燃机引擎，并可外接电源对汽车进行充电 燃料电池汽车：采用燃料电池作为动力源的电动汽车 ☞

1.1 电动汽车的分类---纯电动汽车 ☜

1.1 电动汽车的分类---混合动力汽车 ☜

1.1 电动汽车的分类---燃料电池汽车 ☜

1.2 新能源汽车的性能比较 燃料电池电动汽车 混合动力汽车 纯电动汽车 驱动系统 能源系统 能量来源 特点 主要问题 电机 内燃机 蓄电池 内燃机单元 能量来源 氢气、汽油 甲醇、乙醇 加油站 电网 特点 无废气排放 不燃烧石油 行驶里程长 成本高 仍处于发展中 废气排放少 燃烧石油 车价较高 已批量生产销售 零排放 续航里程短 电池成本高 已小批量生产销售 主要问题 燃料电池价格昂贵 燃料处理器技术复杂 缺少燃料加注基础设施 多能源管理 能量控制系统复杂 价格高 电池价格高 电池性能有待提高

1.3 电动汽车发展的意义 能源安全：优化能源结构，破解我国能源战略安全难题的重要解决方案 节能减排：实现零排放，发展低碳经济的重要手段。 调整优化产业结构：促进产业升级‘增加就业机会

1.5 我国电动汽车的发展状况 ☜

2.1 电动汽车充电方式---交流充电 交流充电 采用交流电源对具有车载充电机的小型乘用车进行充电 多安装在住宅小区停车场、公共停车场等场合

2.1 电动汽车充电方式---直流充电 直流充电 采用大电流直流充电用于给不具备车载充电机的电动车的蓄电池进行充电。 大电流充电对电池寿命有一定影响，对电网有一定冲击

2.1 电动汽车充电方式---电池更换 更换电池 已更换电池组的方式对电动车实现能源的快速供给 初始成本很高；所需要的场地空间较大；电池箱的物理尺寸和电气参数尚无统一标准

2.2 电动汽车能源供给系统

2.3 电动汽车充电接口 充电接口 提供非车载充电用传导方式为电动汽车蓄电池提供电能回路，同时提供充电机和电动汽车BMS系统之间的通讯回路等辅助功能 目前国内外尚无统一的电动汽车充电接口，标准化工作正在推进之中

2.4 电动汽车充电对电网影响 至2009 ，我国发电量为8.3亿千瓦，同时汽车保有量超过7000万辆，假定每辆电动汽车充电功率为10千瓦，则全国所有汽车变成电动汽车，同时充电总功率将达到7亿千瓦。 电动汽车作为用电负荷的影响将日益增大： 电动汽车在电网负荷低谷时段充电发挥移峰填谷作用 电动汽车充电将影响电网的电能质量，增加电网的谐波含量

2.5 充放电与电网的关系 ☜ V0G:即接（入电网）即充方式，无任何充电控制 TC：时间控制方式，具体时刻的确定可通过程序设定或其它设备发信号的方式来触发 V1G：充电受电网控制方式，与电网进行实时通信，可在电网允许时刻进行充电 V2G:与电网的能量管理系统通信，可实现电动汽车的充电（从电网获取电能），放电（电动汽车车将存储在自身电池上的电能反馈给电网）

3.1 电动汽车充电设施---充电桩

3.2 电动汽车充电设施---充电站

3.2 电动汽车充电站---典型设计充电站

3.3 电动汽车充电设施---其他设施 ☜

4.1 IEC相关标准情况

4.2 JEVS相关标准情况

4.3 国内相关标准情况

4.4 国网公司企业标准情况

4.5 正在制定的相关标准 ☜

第二部分 电动汽车充电设施典型设计 ☜ 充电设施综述 ☞ 交流充电桩设计 ☞ 立体充电站设计 ☞ 平面充电站设计 ☞

1.1典型设计内容

1.2 典型设计范围 ☜

2.1 交流充电桩设计

2.2 交流充电桩设计---功能规范 1.AC220V/5kW供电能力 2.具备漏电、短路、欠压。过流等保护功能 3.具备现实。操作等必须的人机接口 4.交流充电计量计费，设置刷卡接口，提供票据打印功能 5.具备充电接口ide链接状态判断、联锁。控制导引等完善的保护控制逻辑

2.3 交流充电桩设计---标识 ☜

3.1 立体充电站设计概述 设计思路 技术难点 基于各种类型的立体停车车库的具体特点，在停车位上安装供电装置，解决停车未上车辆的充电问题 如何解决电源系统的安全可靠接入（尤其是对机械式活动停车位）以及监控，计费的实现方式

3.2 立体充电站设计

3.3.1 立体充电站设计---自行式，升降横移式

3.3.2立体充电站设计---垂直升降式

4.1平面充电站充电系统---换电池充电 设计步骤 第一、了解换电站服务的电动汽车数量、备用电池数量等； 第二、明确电动汽车的电池组参数，如电池容量、尺寸等； 第三、根据电池箱的尺寸、单辆电动汽车电池箱的数目等参数选择电池充电架； 第四、根据电池组相关参数，选择充电机的型号； 第五、根据电动汽车数量和运营要求，确定电池充电架和充电机的数量

4.1.1 平面充电站充电系统---换电池充电 优点：实现电动汽车快速补充电能；减少电动汽车在充电站内的等待时间,可对电网的削峰填谷起到辅助作用。 缺点：初始成本高；场地空间要求大、蓄电池尺寸和电气参数尚无统一标准

4.1.2 平面充电站子系统---充电站监控系统 监控系统功能 监控系统目的 充电信息管理；车辆及电池组合帐管理；充电站智能负荷调控；数据采集、处理及储存；控制和调节；事件记录；报警处理；人机界面；用户及权限管理；报表及打印；通讯功能 监控系统目的 根据电网对充电站负荷调控的要求实现充电过程的智能管理，同时也为未来营运系统提供安全准备的计量数据，从而保障充电站安全、可靠、经济运行。

4.1.3 平面充电站子系统---计量计费系统 计量计费功能 计费计量目的 对时功能；运行状态管理；数据查询；点能量统计（电能量曲线数据、日用电量、月用电量、用电量汇总）；电能质量分析；充电控制联动功能 计费计量目的 通过精确计量准确计费，为电动汽车充电站提供安全、准确、可靠的收费依据

4.2 谐波对电网的影响 谐波对变压器的影响 ☞ 谐波对输电线路的影响 ☞ 谐波对电感电容的影响 ☞ 谐波对通信线路的影响 ☞

4.2.1 谐波对变压器和旋转设备的影响 ☜ 谐波电流使变压器的铜耗增加，引起局部过热，振动，噪声增大，绕组附加发热等 谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加，当系统运行电压偏高或三相不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力增大，影响绝缘的局部放电和介质增大。对三角形连接的绕组，零序性谐波在绕组内形成环流，使绕组温度升高 变压器励磁电流中含谐波电流，引起合闸涌流中谐波电流过大，这种谐波电流在发生谐振时的条件下对变压器的安全运行将造成威胁

4.2.2 谐波对输电线路的影响 ☜ 高次谐波能使电网的电压和电流波形畸变，另外相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低了低电网电压，增加线路损耗，浪费电网容量 谐波污染增加了输电线路的损耗。输电线路中的谐波电流加上集肤效应的影响，将产生附加损耗，使得输电线路损耗增加。特别是在电力系统三相不对称运行时，对中性点直接接地的供电系统线损的增加尤为显著 谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。在低压配电网络中，零序电流和零序性的谐波电流（3次，6次、9次……）不仅会引起中性线电流大大增加，造成过负荷发热，使损耗增加，而且产生压降，引起零电位漂移，降低了供电的电能质量

4.2.3 谐波对电感电容的影响 ☜ 当配电系统非线性用电负荷比重较大，并联电容器组投入时，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷而严重影响其使用寿命，另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大使电容器过热而导致损坏。因此，电压谐波和电流谐波超标，都会使电容器的工作电流增大和出现异常

4.2.1 谐波对通信线路的影响 ☜ 在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏

4.3 谐波检测方法 ☜ 最普遍的方法：傅里叶变换法，瞬时无功功率法 其他推广和应用的方法：模拟测量法，自适应法，小波变换法

4.3.1 谐波检测方法 傅里叶分解法：间谐波分量往往很难确定其波形周期，因此对含有间谐波分量的信号，传统FFT算法就无可避免因非同步采样而引起的频率泄露和栅栏效应而造成的误差。基于加窗插值的快速傅里叶修正算法可减少泄漏并有效地抑制谐波之间的干扰和杂波及噪声的干扰，能较精确测量到各间谐波的幅值及相位。基于加窗插值的FFT算法不足之处是分析窗的宽度一般要达几十个信号周期，当间谐波和谐波频率大小相接近时，要能准确检测出间谐波成分，分析窗宽度还需进一步增加，参数估计的实时性也因此会变差 瞬时无功功率法：1983年，日本学者H.Akagi等提出瞬时无功功率理论，此理论定义了瞬时实功率P和瞬时虚功率Q，后又补充定义瞬时有功功率ip和瞬时无功电流iq等物理量。瞬时无功功率理论中的概念都是在瞬时值的基础上定义的,在此基础上，提出了两种电流的检测方法：p-q法和ip-iq法，当电网电压对称且无畸变时，这两种方法都能准确地测量对称的三相三线制电路的谐波值，并且各电流分量（基波正序无功分量，不对称分量及高次谐波分量）的测量电路比较简单，具有较好的实时性，延时最多不会超过一个电源周期。当电源电压畸变或电网电压不对称时，由于ip-iq法运算方式时只读取sinwt和coswt参与运算，畸变电压的谐波成分在运算中不出现，因而此时它在也能准确地检测出谐波电流，而使用p-q法测量电网电压畸变时的谐波会存在较大误差，故ip-iq法适用范围比p-q法更广，此法检测三相电路谐波电流的原理框图如下 ☞

4.3.1 谐波检测方法 ☜

4.3.1 谐波检测方法 模拟测量法：模拟测量法是一种较为原始的谐波测量方法，其手段是将待测信号输入模拟带通或带阻滤波器，再将处理过的信号送入多路显示器，即可得到待测量中的谐波成分。模拟谐波测量法原理框图如下（☞），这种方法优点是原理与电路结构简单，造价低，能滤除一些固定频率的谐波，但其缺点也很明显：误差大，检测实时性差，这在电网谐波频率变化时尤为明显。其次这种方法对电路元件十分敏感，电子器件参数随环境变化而变，会引起滤波器中心频率变化，这对检测效果影响明显，难以获得理想的幅频和相频特性。另外，这种方法检测出的谐波电流中含有较多基本分量，会引起有源滤波器不必要的损耗。 自适应法：此方法基于源自信号处理领域的自适应干扰消除原理，该原理将检测系统的输入划分为原始输入s+n0和参考输入n1,其中s是有效信号，n0是噪声，s与n0不相关，和n1也不相关，但n0和n1相互关联。为把有效信号s从噪声n0中分离出来，使检测系统始终工作在最优状态，可对n1进行自适应滤波，将原始输入与自适应滤波器输出的差值e反馈给自适应滤波器。自适应滤波器通过最小方差算方法自动调整自身响应，使得误差信号e达到最小值，即使得滤波器输出n0无限接近于噪声信号n0,从而可以抵消n0。可以证明当自适应滤波器调节完成时，其输出信号n0是噪声信号n0的最最小方差估计，此时E{e2}达到最小值。这种方法对信号和噪声的先验知识不需要了解很多，通过自适应滤波器就可估计出n0,从而在系统输出得到s。

4.3.1 谐波检测方法 基于单小波变换的谐波检测方法原理：小波变换可以确定突变时间，滤除干扰信号，并且有较好的实时性。故选用小波变换对原始信号进行分解，滤波与重构，以实现谐波的检测。小波变换的尺度函数有许多种，对同一待分析信号，不同的尺度函数及其衍生的小波函数所产生的滤波效果也不同。常用于滤波并且存在快速算法的蒸饺小波主要包括：Db系列，Sym系列，coif系列和样条系列小波。前三者都是具有一定阶数消失矩的紧支数小波。其中，Db系列小波具有紧支集性，正交性和连续性（N=1时的Haar小波除外），但是不具有对称性，当N较大，即小波滤波器系数较多时，Db小波也有很好光滑性，能够使滤波效果明显提高。由于此种小波不具有对称性，即滤波器不具有线性相位或广义线性相位，所以将分解结果重构时会产生一定相位偏移，使滤波产生失真。样条小波是对称的，连续的并且光滑性也很好，但不是紧支集得。由于其具有对称性，即具有广义线性相位，即对信号进行滤波处理时，可以避免失真。然而，样条小波的滤波器hmk的个数不是有限的，即样条小波不具有紧支集性，实际应用中要根据数据精度需要截取有限个hmk，这对滤波效果不得不产生负面影响。基于单小波变换的谐波检测原理图如下（☞)，基于小波变换的谐波检测一般分为三步：首先对信号进行小波分解，则各次谐波被分解到高频频带中，其次根据需要以门限阀值形式对小波系数进行处理，如只想得到基频部分，则令高频系数全部为零。最后对处理过的系数进行重构即可得到相应次数谐波的时域波形。

4.3.1 谐波检测方法 ☜

4.3.1 谐波检测方法 ☜

4.4 解决电能谐波的技术措施

4.4.1 解决电能谐波的技术措施