電動汽車用交流充電樁電網(wǎng)適應(yīng)性測試分析

【摘" 要】隨著電動汽車的大規(guī)模普及，其充電設(shè)施的安全可靠性備受企業(yè)和用戶關(guān)注。對充電設(shè)施進(jìn)行電網(wǎng)適應(yīng)性測試，能有效判斷其在不同場景下的可靠性。為此，文章梳理電動汽車充電過程中，因各類電網(wǎng)異常所導(dǎo)致的充電失效現(xiàn)象，選取不同諧波電壓波形、過零點及任意相位點電壓振蕩、交流供電零電位偏移，以及全球典型異常電網(wǎng)波形適應(yīng)性這4種工況，對某國產(chǎn)品牌交流充電樁展開電網(wǎng)適應(yīng)性測試，并分析試驗結(jié)果，旨在為行業(yè)覆蓋更多充電工況、提升充電設(shè)施工作品質(zhì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動汽車；充電設(shè)施；電網(wǎng)適應(yīng)性；交流充電樁

中圖分類號：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0060-03

Test Analysis of Power Grid Adaptability of AC Charging Piles for Electric Vehicles*

SUN Tian，GAO Yanwan，LI Quanrong，ZHAO Qianran

（China Automotive Technology Research Center Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China；

New Energy Vehicle Inspection Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】With the large-scale popularization of electric vehicles，the safety and reliability of their charging facilities are concerned by enterprises and users. Network adaptability test of charging facilities can effectively judge their reliability in different scenarios. To this end，the paper sorted out the charging failure phenomena caused by various power grid anomalies in the charging process of electric vehicles，and selected four working conditions： different harmonic voltage waveforms，voltage oscillations at zero crossing and arbitrary phase points，zero potential offset of AC power supply，and the adaptability of typical abnormal global power grid waveforms，and conducted grid adaptability tests on a domestic brand AC charging pile. The test results are analyzed to provide reference for the industry to cover more charging conditions and improve the working quality of charging facilities.

【Key words】electric vehicle；charging facilities；power grid adaptability；AC charging pile

0" 前言

近年來，隨著電動汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，其充電問題引發(fā)了廣泛關(guān)注[1-4]。為解決充電難、充電慢等實際問題，整車企業(yè)與充電樁企業(yè)紛紛投身于車樁充電可靠性研究。充電樁依賴電網(wǎng)供電，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)異常，就會影響充電樁的正常工作，進(jìn)而導(dǎo)致充電異常。劉元治等人[5]經(jīng)過梳理，提出針對電網(wǎng)制式、電網(wǎng)跌落、電網(wǎng)陡升以及電網(wǎng)諧波方面開發(fā)覆蓋用戶充電工況的測試方案，以此規(guī)避潛在的電網(wǎng)異常相關(guān)的充電問題。吳忠強(qiáng)等人[6]以減少配電網(wǎng)負(fù)荷波動、滿足充電站功率需求為目標(biāo)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并提出基于多智能體的分布式充電協(xié)議，用于求解電動汽車的最優(yōu)充電功率。不僅在新能源汽車行業(yè)，其他儲能或電氣設(shè)備領(lǐng)域的專家也開展了電網(wǎng)適應(yīng)性相關(guān)研究。例如，劉浩芳等人[7]以新能源機(jī)組為研究對象，提出了關(guān)于新能源機(jī)組的系統(tǒng)強(qiáng)度適應(yīng)性及其暫態(tài)響應(yīng)特性的測試方法。胡斌[8]構(gòu)建了考慮輸入電流控制器的電源變換系統(tǒng)小信號模型，并基于線性二次型調(diào)節(jié)性能設(shè)計了母線電壓控制器。

本文聚焦國產(chǎn)交流充電樁的電網(wǎng)適應(yīng)性研究，基于不同諧波電壓波形、過零點及任意相位點電壓振蕩、交流供電零電位偏移、全球典型異常電網(wǎng)波形這4種工況，對交流充電樁進(jìn)行測試，并深入分析測試結(jié)果，以期為提高充電設(shè)施的可靠性提供行業(yè)參考。

1" 交流充電樁電網(wǎng)適應(yīng)性測試方案

本文提出一種交流充電樁測試方案，該方案利用可編程交流源作為電源輸入端，通過上位機(jī)編寫腳本，能夠精準(zhǔn)地向電路中注入各類異常電網(wǎng)工況，以此模擬現(xiàn)實中可能出現(xiàn)的復(fù)雜電網(wǎng)狀況。交流電源將電能輸出至充電樁端，與此同時，專門預(yù)留功率分析儀、示波器等數(shù)據(jù)采集裝置的通道，以便實時、準(zhǔn)確地記錄整個過程中的數(shù)據(jù)變化。在充電樁后端，配備了電子負(fù)載，用于模擬車端動力電池的特性。不僅如此，通過上位機(jī)編程，還能向電子負(fù)載注入各種設(shè)定的模式參數(shù)，或者模擬故障信息，進(jìn)一步拓展測試的全面性與復(fù)雜性。在整個能量流動過程中，同樣為功率分析儀和示波器等數(shù)據(jù)采集裝置預(yù)留通道，保證對數(shù)據(jù)的高精度采集。上位機(jī)在整個系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的整合角色。它不僅與交流電源、電子負(fù)載實現(xiàn)遠(yuǎn)程集成控制，能夠方便快捷地設(shè)置交流電源和電子負(fù)載的相關(guān)模式參數(shù)，還與功率分析儀、示波器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行同步集成。通過這種全方位的集成方式，成功構(gòu)建起一套具備強(qiáng)大功能的面向充電樁的電性能測試試驗?zāi)芰w系，為后續(xù)的深入研究提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與技術(shù)保障。詳細(xì)的測試方案可參考圖1。

2" 交流充電樁電網(wǎng)適應(yīng)性測試方法及結(jié)果分析

2.1" 不同諧波電壓波形試驗

在電力領(lǐng)域，諧波指的是電流里頻率為基波整數(shù)倍的電量。當(dāng)正弦電壓作用于非線性負(fù)載時，基波電流很容易發(fā)生畸變，進(jìn)而產(chǎn)生諧波。所以，一旦電氣設(shè)備受到干擾，諧波電壓就極有可能出現(xiàn)，從而影響電網(wǎng)回路的正常運行。在本次試驗項目中，聚焦于研究不同諧波電壓波形對充電樁正常工作的影響，具體通過調(diào)節(jié)諧波含量來實現(xiàn)?；趯嶋H使用場景中的大量數(shù)據(jù)積累，獲取了30組高頻出現(xiàn)的電壓諧波含量，詳見表1。本項目設(shè)定的規(guī)則是：當(dāng)諧波含量低于5%時，在試驗過程中若交流充電樁報故障急停并停止整車充電，只要恢復(fù)后整車充電功能不受損壞，仍能正常進(jìn)行充電操作，就符合要求。在具體試驗操作時，先開啟交流電源和電子負(fù)載，待交流充電樁進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，接著按照表1中所列的電壓諧波含量，將相關(guān)參數(shù)分別注入交流電源，以此調(diào)節(jié)交流充電樁輸入電壓的諧波電壓波形，模擬真實充電狀態(tài)，進(jìn)而檢查交流充電樁的充電狀態(tài)。

交流充電樁在不同諧波電壓波形的試驗結(jié)果見圖2。在該30組不同諧波電壓波形試驗中，交流充電樁均未出現(xiàn)報警現(xiàn)象，均可進(jìn)入正常充電狀態(tài)，電子負(fù)載亦有功率輸出。

2.2" 過零點及任意相位點電壓振蕩試驗

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動時，會產(chǎn)生振蕩電壓，而振蕩電壓的出現(xiàn)會影響電路穩(wěn)定性。為深入探究振蕩電壓在不同相位時對電路穩(wěn)定性的影響，本試驗項目將振蕩電壓分別設(shè)置在0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和 315°這8個相位下，考察交流充電樁在不同相位振蕩電壓下的工作穩(wěn)定性。試驗要求在過程中交流充電樁可以發(fā)生停止充電現(xiàn)象，但恢復(fù)后不應(yīng)損壞，仍可正常充電。試驗過程中，打開交流電源使交流充電樁處于待機(jī)狀態(tài)，分別使振蕩電壓發(fā)生在上述相位，進(jìn)行充電測試以檢查交流充電樁的工作充電狀態(tài)。結(jié)果表明，在這8組不同相位點發(fā)生振蕩電壓，均未影響交流充電樁正常工作，其均能正常輸出。

2.3" 交流供電零電位漂移試驗

在交流電路中，電器元件故障、電路漏電、環(huán)境溫濕度異常、電網(wǎng)電壓波動等因素都可能造成零電位漂移現(xiàn)象。零電位漂移會危害用電回路，很可能損壞用電電器。本試驗項目進(jìn)行零電位漂移測試，分別設(shè)置零電位漂移量50V和-50V進(jìn)行兩組測試，驗證不同零電位漂移對交流充電樁正常工作的影響。試驗時，交流電源以220V正常供電使交流充電樁處于待機(jī)狀態(tài)，分別設(shè)置零電位50V和-50V進(jìn)行交流充電樁輸出測試。在這兩組不同交流供電零電位漂移測試中，交流充電樁未受零電位漂移影響，試驗過程中未出現(xiàn)故障急停，且能按額定功率滿載輸出。

2.4" 全球典型異常電網(wǎng)波形適應(yīng)性試驗

由于部分使用場所供電設(shè)備老化或工作環(huán)境極端，極易出現(xiàn)電網(wǎng)波形異?，F(xiàn)象，而這會影響交流充電樁正常工作。因此，本項目以全球14種典型異常電網(wǎng)波形對交流充電樁進(jìn)行測試，驗證其在此電網(wǎng)波形環(huán)境下充電前和充電中的充電狀態(tài)，14種全球典型異常電網(wǎng)波形描述見表2。試驗要求在中國異常電網(wǎng)波形環(huán)境下（表2中波形1～波形11），交流充電樁能夠進(jìn)入正常充電流程。在非中國電網(wǎng)波形環(huán)境下（表2中波形12～波形14），試驗過程中允許交流充電樁停止充電，但待電網(wǎng)恢復(fù)后，交流充電樁應(yīng)無任何損壞，經(jīng)授權(quán)后可重新正常充電。

交流充電樁在14組全球典型異常電網(wǎng)波形測試中，均未出現(xiàn)任何故障及停止充電現(xiàn)象，交流充電樁均可正常工作。

3" 結(jié)論

1）當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常狀況時，交流充電樁極易受到前端電網(wǎng)異常的影響，從而致使工作失能，出現(xiàn)急停情況，無法正常為電動汽車充電，這無疑會嚴(yán)重降低電動汽車用戶的使用體驗，給用戶帶來極大不便。

2）本文精心挑選某國產(chǎn)交流充電樁作為測試驗證的目標(biāo)對象，針對性地選取了4種常見的電網(wǎng)異常工況，即不同諧波電壓波形、過零點及任意相位點電壓振蕩、交流供電零電位偏移以及全球典型異常電網(wǎng)波形，以此全面開展對該充電樁電網(wǎng)適應(yīng)性能的試驗。

3）試驗結(jié)果顯示，這款國產(chǎn)交流充電樁展現(xiàn)出了良好的電網(wǎng)適應(yīng)性。即便在電網(wǎng)出現(xiàn)異常時，它依然能夠維持正常的輸出工作。值得一提的是，本文所選取的電網(wǎng)異常工況以及對應(yīng)的試驗方法，具有很強(qiáng)的代表性。這不僅為提升充電樁本體的工作可靠性提供了有力的研發(fā)驗證依據(jù)，而且相關(guān)的測試方法和得出的結(jié)果，能夠為電動汽車及充電樁行業(yè)的同行們提供極具價值的參考。

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（編輯" 伏凌波）

收稿日期：2024-08-16

*基金項目：大功率充電設(shè)施關(guān)鍵測試技術(shù)研究（XNYZLKT017）。