電動(dòng)汽車充電樁對(duì)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境的影響

王 亮，湯佩文，顏 偉，高 翔，王恩榮

（1.江蘇科能電力工程咨詢有限公司，南京 210036；2.南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，南京210042）

電動(dòng)汽車充電樁對(duì)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境的影響

王 亮1，湯佩文2，顏 偉2，高 翔2，王恩榮2

（1.江蘇科能電力工程咨詢有限公司，南京 210036；2.南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，南京210042）

通過研究電動(dòng)汽車充電原理，分別建立了交流和直流充電樁電路模型，分析了多臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)對(duì)電流諧波畸變率和功率因數(shù)的影響；建立了電動(dòng)汽車充電樁傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲模型，分析了噪聲生成機(jī)理及其傳輸路徑。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著充電臺(tái)數(shù)的增加，交流充電樁的電流諧波畸變率增大、功率因數(shù)不變，直流充電樁的電流諧波畸變率不變、功率因數(shù)增大，且直流充電樁頻段在25 Hz～1 kHz和5～50 kHz時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的EMI噪聲。

電動(dòng)汽車；充電樁；電能質(zhì)量；傳導(dǎo)EMI噪聲；輻射EMI噪聲

隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)不斷推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展以及充電站和充電樁的建設(shè)。然而，電動(dòng)汽車充電時(shí)，由于大功率電能變換器中的開關(guān)管不斷切換通斷狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波和高頻噪聲，嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境［1-5］。

針對(duì)上述問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了廣泛研究。文獻(xiàn)［6］提出了一種電動(dòng)汽車充電樁的帶有無功補(bǔ)償裝置的三相不可控整流器；文獻(xiàn)［7］提出了基于有源電力濾波的交流充電樁方案；文獻(xiàn)［8］研究了一種基于新型四開關(guān)逆變器的集成式電動(dòng)汽車充電器，提出了電力拖動(dòng)模式和電池充電模式的控制策略；文獻(xiàn)［9］研究了三相不可控整流充電機(jī)各次諧波電流與諧波電壓的耦合關(guān)系，提出了一種充電站集電母線電流諧波放大程度的量化方法；文獻(xiàn)［10］發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電機(jī)產(chǎn)生的高次諧波流入電網(wǎng)后，存在明顯的放大現(xiàn)象；文獻(xiàn)［11］發(fā)現(xiàn)電流總諧波畸變率隨充電功率的增大和充電機(jī)臺(tái)數(shù)的增加呈減小趨勢，而功率因數(shù)的變化則由充電功率與充電機(jī)數(shù)目的耦合機(jī)制決定；文獻(xiàn)［12］提出一種帶有源電磁干擾EMI（electromagnetic interference）濾波器的數(shù)字信號(hào)處理DSP（digital signal processing）控制電動(dòng)汽車DC/DC變換器，能夠有效降低傳導(dǎo)EMI噪聲；文獻(xiàn)［13］提出了一種大功率LLC諧振電路的電動(dòng)汽車充電裝置；文獻(xiàn)［14］建立了包含雜散參數(shù)的絕緣柵極雙極型晶體管和三相電壓型脈寬調(diào)制逆變器的等效電路模型；文獻(xiàn)［15］通過增大功率器件導(dǎo)熱片與散熱器之間導(dǎo)熱硅脂的厚度，增大開關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗，從而有效降低傳導(dǎo)EMI噪聲。然而，上述研究缺乏交流和直流充電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的對(duì)比研究，及其產(chǎn)生傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲的機(jī)理研究。

本文在前期研究基礎(chǔ)上，通過分析交流和直流充電樁電路模型，研究不同充電樁和不同數(shù)量電動(dòng)汽車充電時(shí)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。建立了電動(dòng)汽車傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲，分析了噪聲生成機(jī)理與傳輸路徑，為后續(xù)電動(dòng)汽車充電時(shí)電網(wǎng)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境治理提供理論依據(jù)。

1 電動(dòng)汽車充電樁與充電電路原理分析

電動(dòng)汽車充電樁是一種電能變換裝置。10 kV配網(wǎng)通過變壓器降壓至三相380 V/單相220 V，再經(jīng)過充電樁將交流電直接輸送至電動(dòng)汽車充電連接端子，或者經(jīng)過充電樁內(nèi)置的電能變換器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娸斔椭岭妱?dòng)汽車充電連接端子。當(dāng)充電樁向電動(dòng)汽車直接輸出交流電時(shí)，稱為交流充電樁；當(dāng)充電樁向電動(dòng)汽車直接輸出直流電時(shí)，稱為直流充電樁。

1.1 交流充電樁

交流充電樁的電路原理如圖1所示，充電樁只提供電力輸出，需要通過車載電能變換器為電動(dòng)汽車充電，只起到控制電源的作用。車載電能變換器包括雙向AC/DC和雙向DC/DC兩個(gè)裝置，雙向AC/DC將單相交流220 V變換為直流電，再經(jīng)過雙向DC/DC升壓，為電動(dòng)汽車的蓄電池充電。其中，雙向AC/DC通常采用單相三電平全橋電路、瞬態(tài)電流控制策略和正弦脈寬調(diào)制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）方式；雙向DC/DC采用能夠切換控制的Boost和Buck電路。由于交流充電樁的充電電流相對(duì)較小，充電速度相對(duì)較慢。

圖1 交流充電樁原理Fig.1 Circuit principle of AC charging pile

由于充電過程中，雙向DC/DC工作原理與Boost電路相同，可采用Boost電路直接建模，重點(diǎn)分析研究單相三電平AC/DC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略，如圖2所示。單相三電平AC/DC整流電路應(yīng)提供平直穩(wěn)定直流電，能夠在4個(gè)象限運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電源變換和功率交換，并保證電源電流不發(fā)生畸變，盡量減小供電網(wǎng)側(cè)諧波及其沖擊性影響。

圖2 單相三電平AC/DC整流電路及其等效電路Fig.2 Topology and its equivalent circuit of single phase three-level AC/DC converter

圖2中，該整流器的電路方程為

式中：uN為變壓器二次側(cè)電壓；iN為變壓器二次側(cè)電流；uab為整流器調(diào)制電壓；RN為變壓器二次側(cè)等效電阻；LN為變壓器二次側(cè)等效電感。若uab的相位滯后于uN時(shí)，充電樁從母線吸收電能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池充電；若uab的相位超前于uN時(shí)，充電樁向母線回饋電能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池放電。此外，值得注意的是，一般情況下變壓器RN＜＜LN，整流器運(yùn)行在單位功率因數(shù)，故可以忽略式（1）等號(hào)右邊的第1項(xiàng)，即RNiN項(xiàng)。

單相三電平整流器均采用SPWM調(diào)制方式，實(shí)際應(yīng)用中，為了產(chǎn)生開關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)SA和SB，A相載波包括正相載波Uca+和負(fù)相載波Uca-，同樣地，B相載波包括正相載波Ucb+和負(fù)相載波Ucb-。若A相調(diào)制波Ua與B相調(diào)制波Ub相位相差180°，則A相載波與B相載波也應(yīng)相差180°，以降低高次諧波。據(jù)此，重新定義SA和SB為

為了實(shí)現(xiàn)快速、有效的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，整流器一般采用瞬態(tài)電流控制技術(shù)，即通過整流器直流側(cè)電壓閉環(huán)和前饋電流閉環(huán)的調(diào)節(jié)，計(jì)算單相三電平整流器SPWM調(diào)制所需要的調(diào)制波，表示為

1.2 直流充電樁

直流充電樁的電路原理如圖3所示，直流充電樁通過內(nèi)置的電能變換器將三相交流380 V直接轉(zhuǎn)換為直流電，為電動(dòng)汽車的蓄電池充電。充電樁內(nèi)置的電能變換器也包括雙向AC/DC和雙向DC/ DC兩個(gè)裝置，雙向AC/DC將三相交流380 V直接變換為直流電，再經(jīng)過雙向DC/DC升壓，為電動(dòng)汽車的蓄電池充電。其中，雙向AC/DC通常采用三相三電平全橋電路和SVPWM脈寬調(diào)制方式；雙向DC/DC采用能夠切換控制的Boost和Buck電路。直流充電樁能夠提供足夠功率，輸出電壓和電流調(diào)整范圍較大，充電速度相對(duì)較快。

圖3 直流充電樁原理Fig.3 Circuit principle of DC charging pile

三相三電平AC/DC通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷狀態(tài)，可以將三相380 V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，作為雙向DC/DC的輸入，最終為電動(dòng)汽車的電池快速充電，其電路原理如圖4所示。圖中，A、B、C相橋臂上的4個(gè)開關(guān)管有3種工作狀態(tài)：P狀態(tài)、O狀態(tài)和N狀態(tài)。其中，P模式是指Ti1和Ti2（i=a、b或c）導(dǎo)通，Ti3和Ti4關(guān)斷；O模式是指Ti2和Ti3導(dǎo)通，Ti1和 Ti4關(guān)斷；N模式是指 Ti3和 Ti4導(dǎo)通，Ti1和 Ti2關(guān)斷，在工作模式轉(zhuǎn)換過程中必須經(jīng)過O狀態(tài)。

圖4 三相三電平AC/DC整流電流電路Fig.4 Circuit topology of three-phase three-level AC/DC converter

三相三電平AC/DC全橋整流電路的矢量狀態(tài)如圖5所示，SVPWM調(diào)制需要經(jīng)過大區(qū)判斷、小區(qū)判斷、矢量狀態(tài)時(shí)序和矢量狀態(tài)時(shí)間分配4步。

圖5 矢量狀態(tài)Fig.5 Vectors states

2 電動(dòng)汽車充電樁傳導(dǎo)EMI噪聲機(jī)理分析

電動(dòng)汽車充電過程中電能變換器的開關(guān)管通斷狀態(tài)高速切斷，會(huì)產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)EMI噪聲，并通過電源線傳輸至電網(wǎng)中，影響網(wǎng)內(nèi)其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。以單相三電平AC/DC的L線為例，由O狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镻狀態(tài)時(shí)，Ta1由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，Ta3由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，由于切斷瞬間電流上升沿和下降沿較為陡峭，通過傅里葉分析可以得到電流頻譜，其中含有高頻噪聲；由O狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镹狀態(tài)時(shí)，Ta2由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，Ta3由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，切換瞬間依然會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。上述高頻噪聲會(huì)按照“最小阻抗原則”傳輸，如通過整流器傳輸至N線，或者通過散熱器、寄生電容等方式直接傳輸至地線。根據(jù)噪聲產(chǎn)生機(jī)理與傳輸路徑不同，傳導(dǎo)EMI噪聲包括共模噪聲和差模噪聲，其中共模噪聲是指相線和地線間傳輸?shù)脑肼?，差模噪聲是指相線間傳輸?shù)脑肼?。?duì)于電能變換器而已，傳導(dǎo)EMI噪聲主要是由于開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷過程引起的，同時(shí)還存在散熱器浮地和接地不良等問題，且主要以共模噪聲為主，

其共模UCM和差模UDM噪聲分別為

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢測設(shè)備人工電源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和式（4）所示，可以得到共模噪聲和差模噪聲的傳輸路徑及其等效電路，如圖6所示。其中，UCM為共模噪聲源，25 Ω為共模等效測試阻抗，即由2個(gè)50 Ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗并聯(lián)形成；UDM為差模噪聲源，100 Ω為差模等效測試阻抗，即由2個(gè)50 Ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗串聯(lián)形成；ZCM為共模噪聲源內(nèi)阻抗，ZDM為共模噪聲源內(nèi)阻抗，尚待進(jìn)一步確定。

圖6 傳導(dǎo)EMI噪聲傳輸路徑與等效電路Fig.Transmission path and its equivalent circuit of the conducted EMI noise

因浮地或接地不良引起的傳導(dǎo)EMI噪聲電路模型如圖7所示。圖7（a）中，其負(fù)載上檢測到的噪聲電壓Uload為

如圖7（b）所示，當(dāng)PCB電路接地不良時(shí)，浮地與地之間存在一個(gè)寄生電容C，因此等效負(fù)載為Zload與寄生電容C串聯(lián)，即為ZL，傳導(dǎo)EMI噪聲變?yōu)椋?/p>

由式（5）、式（6）可知，在共模噪聲源UCM，共模噪聲源內(nèi)阻抗ZCM以及負(fù)載阻抗Zload確定的條件下，大于Uload，而ΔUload為因浮地或接地不良引起的傳導(dǎo)EMI噪聲增量，即

圖7 因接地不良引起的傳導(dǎo)EMI噪聲電路模型Fig.7 Circuit model of conducted EMI noise generated by not-well grounding

3 電動(dòng)汽車充電樁輻射EMI噪聲機(jī)理分析

如圖2和圖4所示，交流和直流充電樁向電動(dòng)汽車充電時(shí)，單相和三相整流器開關(guān)管的通斷狀態(tài)會(huì)發(fā)生高速切換，引起電源線和電路板中電流時(shí)域波形瞬態(tài)突變，進(jìn)而產(chǎn)生大量的高頻噪聲。上述高頻噪聲不僅會(huì)沿著線纜或?qū)Φ丶纳娙輦鬏?，還會(huì)通過電路板中的等效偶極子天線向周圍空間發(fā)射電磁波，形成輻射EMI噪聲，如圖8所示。當(dāng)高頻電流通過較長的直導(dǎo)線或開放型線纜時(shí)，可以等效為電偶極子共模輻射EMI噪聲；當(dāng)高頻噪聲通過PCB電路內(nèi)大環(huán)型線路時(shí)，可以等效為磁偶極子差模輻射EMI噪聲。

圖8 輻射EMI噪聲生成機(jī)理Fig.8 Radiated EMI noise mechanism

如圖8（a）所示，根據(jù)麥克斯韋方程組及電偶極子輻射理論，則共模輻射場可表示為

式中：H為磁場強(qiáng)度，A/m；E為電場強(qiáng)度，V/m；I為開關(guān)管引起的高頻電流噪聲，A；Idl為電偶極子的電矩，A·m；k為波矢，rad/m，其模表示波數(shù)，方向表示波的傳播方向；r為測試距離，m；ε0為真空介電常數(shù)，F(xiàn)/m；φ和θ分別為球坐標(biāo)系中電場強(qiáng)度的方向角和仰角。

如圖8（b）所示，根據(jù)麥克斯韋方程組及磁偶極子輻射理論，則差模輻射場可表示為

式中，IdS為磁偶極子的磁矩，A·m2。

若電源線長度與高頻噪聲波長為同一數(shù)量級(jí)時(shí)，偶極子輻射模型已不再適用，需采用天線模型，其輻射EMI噪聲為

式中：｜E｜max為最大輻射EMI噪聲；Rrad為天線輻射阻抗；U為電源線中的高頻噪聲電壓。

按，“希”，《全宋詞》作“稀”?！盎o節(jié)”，《全宋詞》作“花無郎病”，查唐圭璋先生所據(jù)八千卷樓本作“花無郎”。按律此句應(yīng)為四字，或唐先生據(jù)意或參他本添。

4 仿真結(jié)果分析

以某型電動(dòng)汽車為例，仿真分析其充電過程對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境產(chǎn)生的影響。電動(dòng)汽車電池電壓為650 V，交流充電電流為5 A、直流充電電流為50 A；配網(wǎng)母線電壓為AC 10 kV，主變?nèi)萘繛? MVA，線損為0.4 Ω。

4.1 電動(dòng)汽車充電樁對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

4.1.1 交流充電樁

交流充電樁的電路原理如圖1和圖2所示，當(dāng)多臺(tái)電動(dòng)汽車交流充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率和功率因數(shù)如圖9所示。仿真結(jié)果表明，1臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流約為1.4 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率小于0.01，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.99；2臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流約為2.6 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率為0.12，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.99；3臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流約為5.5 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率為0.23，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.99。

圖9 交流充電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響Fig.9 Influence of AC charging mode on grid power quality

如圖2所示，交流充電樁取配網(wǎng)三相電中的兩相作為輸入電源，輸入功率較小，考慮到電動(dòng)汽車電池電壓基本不變，其充電電流較小。同時(shí)，由此產(chǎn)生的開關(guān)管和線損功率也相對(duì)較小，且單相三電平整流器采用瞬態(tài)電流控制策略和SPWM脈寬調(diào)制方式，因此電流諧波較小，功率因數(shù)較高。隨著電動(dòng)汽車充電臺(tái)數(shù)的增加，電流諧波存在一定的疊加作用，故有電流諧波畸變率有明顯增加，但變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)幾乎不變。

4.1.2 直流充電樁

直流充電樁的電路原理如圖3和圖4所示，當(dāng)多臺(tái)電動(dòng)汽車直流充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率和功率因數(shù)如圖10所示。仿真結(jié)果表明，1臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)相電流有效值約為7 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率為0.28，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為0.97；2臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)相電流有效值約為10.6 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率為0.28，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為0.9；3臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，網(wǎng)側(cè)相電流有效值約為15.6 A，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率為0.28，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為0.9。

圖10 直流充電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響Fig.10 Influence of DC charging mode on grid power quality

如圖4所示，直流充電樁取配網(wǎng)三相電作為輸入電源，輸入功率較大，考慮到電動(dòng)汽車電池電壓基本不變，其充電電流較大。因此，由此產(chǎn)生的開關(guān)管和線損功率也相對(duì)較大、功率因數(shù)較低。同時(shí)，直流充電樁的整流器采用SVPWM脈寬調(diào)制方式，雖然考慮到輸入端的三相電勵(lì)磁問題，但較難實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)電流控制。隨著電動(dòng)汽車充電臺(tái)數(shù)的增加，電流諧波畸變率并沒有大幅增加，但變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)卻有明顯降低。

4.2 電動(dòng)汽車充電樁對(duì)電磁環(huán)境的影響

根據(jù)交流和直流充電樁的電路原理，直流充電樁的充電電流較大，開關(guān)管切換瞬間引起的電流時(shí)域波形突變也較大，因此電動(dòng)汽車直流充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電流諧波畸變率以及傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲，故本文僅分析電動(dòng)汽車直流充電樁產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲。

電動(dòng)汽車電能變換器屬于大功率開關(guān)裝置，傳導(dǎo)EMI噪聲主要集中在低頻段。根據(jù)GJB151B中的CE101，重點(diǎn)仿真分析單臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)25 Hz～10 kHz的傳導(dǎo)EMI噪聲和多臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)10 kHz～10 MHz的輻射EMI噪聲。仿真結(jié)果表明，由于直流充電樁的充電電流較大，電流諧波畸變率較高，因此其產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲較大，尤其是25～1 kHz和5～50 kHz。

圖11 直流充電對(duì)電磁環(huán)境的影響Fig.11 Influence of electromagnetic environment on DC charging mode

5 結(jié)論

本文通過研究電動(dòng)汽車充電原理和充電模型，分別建立了交流充電和直流充電模型，分析了電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量和電磁環(huán)境的影響，結(jié)論如下：

（1）通過研究交流和直流充電樁電路原理，分析了1臺(tái)、2臺(tái)和3臺(tái)電動(dòng)汽車充電時(shí)，變壓器一次側(cè)電流波形、電流諧波畸變率和功率因數(shù)；

（2）交流充電樁隨著電動(dòng)汽車充電臺(tái)數(shù)的增加，電流諧波畸變率有明顯增加，但變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)幾乎不變；直流充電樁隨著電動(dòng)汽車充電臺(tái)數(shù)的增加，電流諧波畸變率基本不變，但變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)卻有明顯降低；

（3）電動(dòng)汽車直流充電樁產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射EMI噪聲較大，尤其是25～1 kHz和5～50 kHz。

［1］Farhadi M,Mohammed O.Energy storage technologies for high-power applications［J］.IEEE Transactions on Industry Applications,2016,52（3）：1953-1961.

［2］Gray M K,Morsi W G.Power quality assessment in distribution systems embedded with plug-in hybrid and battery electric vehicles［J］.IEEE Transactions on Power Systems, 2015,30（2）：663-671.

［3］Jiang Chen,Torquato R,Salles D,et al.Method to assess the power-quality impact of plug-in electric vehicles［J］. IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29（2）：958-965.

［4］Zhang Xi,Kan Tianze,You Chenwen,et al.Modeling and analysis of AC output power factor for wireless chargers in electric vehicles［J］.IEEE Transactions on Power Electronics,2017,32（2）：1481-1492.

［5］Saber C,Labrousse D,Revol B,et al.Challenges facing PFC of a single-phase on-board charger for electric vehicles based on a current source active rectifier input stage［J］.IEEE Transactions on Power Electronics,2016,31（9）：6192-6202.

［6］Zhou Niancheng,Wang Jiajia,Wang Qianggang,et al.Measurement-based harmonic modeling of an electric vehicle charging station using a three-phase uncontrolled rectifier［J］.IEEE Transactions on Smart Grid,2015,6（3）：1332-1340.

［7］張?jiān)剩懠颜?，李?利用有源濾波功能的新型電動(dòng)汽車交流充電樁［J］.高電壓技術(shù)，2011，37（1）：150-156. Zhang Yun,Lu Jiazheng,Li Bo.New electric vehicle AC charge spots using active power filter［J］.High Voltage Engineering,2011,37（1）：150-156（in Chinese）.

［8］宣圣謝賢，高強(qiáng).基于新型四開關(guān)逆變器的集成式電動(dòng)汽車充電器［J］.電源學(xué)報(bào)，2017,15（1）：69-74. Xuan Shengxiexian,Gao Qiang.A novel integrated battery charger based on a four-switch inverter for electric vehicles［J］.Journal of Power Supply,2017,15（1）：69-74（in Chi-nese）.

［9］劉敏，周曉霞，陳慧春，等.采用三相不可控整流充電機(jī)的電動(dòng)汽車充電站諧波放大效應(yīng)分析與計(jì)算［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（4）：36-43. Liu Min,Zhou Xiaoxia,Chen Huichun,et al.Analysis and calculation on harmonic amplification effect of electric vehicle charging station using three-phase uncontrolled rectification charger［J］.Power System Protection and Control, 2016,44（4）：36-43（in Chinese）.

［10］趙偉，姜飛，涂春鳴，等.電動(dòng)汽車充電站入網(wǎng)諧波分析［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（11）：61-66. ZhaoWei,JiangFei,TuChunming,etal.Harmoniccurrentsof grid-connected EV charging station［J］.Electric Power Automation Equipment,2014,34（11）：61-66（in Chinese）.

［11］張謙，韓維健，俞集輝，等.電動(dòng)汽車充電站仿真模型及其對(duì)電網(wǎng)諧波影響［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27（2）：159-164. Zhang Qian,Han Weijian,Yu Jihui,et al.Simulation model of electric vehicle charging station and the harmonic analysis on power grid［J］.Transactions of China Electrotechnical Society,2012,27（2）：159-164（in Chinese）.

［12］Hamza D,Pahlevaninezhad M,Jain P K.Implementation of a novel digital active EMI technique in a DSP-based DC-DC digital controller used in Electric Vehicle（EV）［J］. IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28（7）：3126-3137.

［13］Shafiei N,Ordonez M,Craciun M,et al.Burst mode elimination in high-power LLC resonant battery charger for electric vehicles［J］.IEEE Transactions on Power Electronics, 2016,31（2）：1173-1188.

［14］郭彥杰，王麗芳，廖承林.電動(dòng)汽車用IGBT及逆變器的電磁兼容性分析［J］.高電壓技術(shù)，2014，40（6）：1732-1737. Guo Yanjie,Wang Lifang,Liao Chenglin.Analysis of EMC characteristics on IGBT and inverter in electric vehicles［J］.High Voltage Engineering,2014,40（6）：1732-1737（in Chinese）.

［15］汪泉弟，安宗裕，鄭亞利，等.電動(dòng)汽車開關(guān)電源電磁兼容優(yōu)化設(shè)計(jì)方法［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（9）：225-231. Wang Quandi,An Zongyu,Zheng Yali,et al.Electromagnetic compatibility optimization design for switching power supply used in electric vehicle［J］.Transactions of China Electrotechnical Society,2014,29（9）：225-231（in Chinese）.

Influence on Power Quality and Electromagnetic Environment to Electric Vehicle Charging Pile

WANG Liang1,TANG Peiwen2,YAN Wei2,GAO Xiang2,WANG Enrong2
（1.Jiangsu Keneng Electric Power Engineering Consulting Co.Ltd.,Nanjing 210036,China; 2.School of Electrical&Automation Engineering,Nanjing Normal University,Nanjing 210042,China）

The circuit models of AC and DC charging piles have been proposed by studying the charging principle in the paper.The influence on the total current harmonic distortion（TCHD）and power factor（PF）have been analyzed while many electric vehicles were charging simultaneously.Moreover,the conducted and radiated EMI noise models have been established and the noise mechanism and paths have also been analyzed.The theoretical analysis and simulation results show that with the electric vehicle increasing,the TCHD increasing and PF unchanging in AC charging pile;while the TCHH unchanging and PF decreasing in DC charging pile.And the serious electromagnetic interference（EMI）noises will be generated due to the DC charging pile,especially 25 Hz～1 kHz and 5～50 kHz.

electric vehicle;charging pile;power quality;conducted electromagnetic interference（EMI）noise;radiated EMI noise

王亮

10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.91

：TM 461；TN 03

：A

王亮（1979-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電氣工程，E-mail：wangliang@js pdi.com.cn。

湯佩文（1993-），男，碩士研究生，研究方向：電氣工程，E-mail：642690487@qq. com。

顏偉（1986-），男，通信作者，博士，講師，研究方向：電氣工程，E-mail：61197@nj nu.edu.cn。

高翔（1985-），男，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電氣工程，E-mail：61188@njnu.edu.cn。

王恩榮（1962-），男，博士，教授，院長，研究方向：電氣工程，E-mail：erwang@ njnu.edu.cn。

2016-11-15

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51475246）；江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（BK20131032；BK20161019）

Project Supported by National Natural Science Foundation of China（51475246）;National Science Foundation of Jiangsu Province（BK20131032;BK20161019）