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原创 技术经验

【技术经验】对充电站无功补偿的探讨

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井底蛙
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-17 13:57:14
感觉充电站的无功补偿存在着不合理的地方,在此提出,供大家探讨。

      在某电动汽车充电站,看到为充电系统供电的电力系统中,存在无功功率电容补偿,心存疑问,在此作些探讨。
      为使大家印象深刻,对于如下探讨,本文没有使用与现场情况相一致的系统进行论证,也许更容易说明问题。
      对于开关电源,牵涉功率因数的电路结构,大约有三种情况:一是二极管整流,电容滤波;一种是使用LC滤波,通过L进行无源PFC(功率因数)校正;第三种是有源PFC校正。
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图1 整流滤波电路
      如图1所示,是非常常见的全桥整流滤波电路。图2是整流电路的电压电流波形,为观察方便,图中的电流幅值放大了10倍。
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图2  整流电路的电压电流波形
      在图2中,整流滤波电路的电流起始点滞后了电压信号(23.7ms-20ms)/10ms×180°=66.6°,其功率因数为cosφ=cos66.6°= 0.397,相当地低。
      但是,应该注意到,整流电路的低功率因数,与电力系统的低功率因数的性质有所不同,其危害的性质也有所不同。电力系统的感性负载,通常不改变电流波形的正弦形状,只是改变其相对电压波形的相位,所产生的无功功率,增大了系统的视在功率,随即增大了线路上的传输电流,造成线路损耗,用户端电压降低。而整流电路的低功率因数,则主要是极大地增大了电源电流的峰值,如本文示例,在图2中可看到,电容滤波电路是阻性负载电路电流峰值的351.8A/30.8A=11.4倍,这个电流峰值,比正常的电机启动电流(7倍)还要大,会造成供电线路上断路器的误动跳闸,影响正常供电。同时,对于电力变压器来说,过大的电流峰值和非正弦畸变,会带来变压器饱和和谐波干扰,严重降低变压器的实际输出能力,干扰电力系统的正常运行。
      这里提请大家注意,不要以为一台小小的充电机(特别是小功率充电机),相对于整个电力系统来说,翻不起什么大浪。也许你会误以为,当许多充电机同时工作时,由于开关电源驱动信号的不同步,电流峰值很大程度上会相互抵消。其实不是这样的,对于所有的整流电路,其峰值都会在每半个周期的大约同一时间(中间区域,电压峰值附近)同时出现,形成叠加,其力量是巨大的,不可小视的。
      那么,对于功率因数进行电容补偿,不就解决问题了吗?我们看一下仿真结果,见图3、图4所示。
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图3 增加电容C2补偿的整流电路
     由图4可以看出,当试图用电力电容对整流电路进行功率因数校正时,对电力电源的供电电流相位没有任何的改变,即并没有改变功率因数;对因为电容滤波而导致的峰值电流,不仅没有抑制,反而有所增大;同时又带来了容性电流,增加了无功损耗。总的来看,徒增成本,且纯害无益。
     那么,对于充电站来说,如何进行功率因数校正,进行无功补偿呢?最根本的办法是:充电电源内部进行无源或有源功率因数校正,将自身的功率因数提高。其实,对于电动客车用的大功率充电设备,内部已经进行了相当先进的有源PFC技术,其功率因数在大多数的情况下,都可以保证在0.95以上,许多时候超过0.99,根本无需考虑无功补偿,除非是对站内的其它感性用电设备(通常用电量很小)。否则,真有些画蛇添足了。
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图4 对于整流电路进行电容补偿的情况分析
      另外需要提出的是,目前市场上存在大量的低速电动车充电器,为了获得低成本,通常是不使用功率因数校正的。当这个群体足够大时,对于电网的影响,不可忽视,希望有关部门能够及早地重视起来。这个问题,个人觉得,应该由国家标准来解决比较合适。

对充电站无功补偿的探讨.doc

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xkw1cn
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  • 2017-4-17 14:03:26
 
是否有PFC,与技术无关。
这些是非法产品流入市场的督查问题。
admin
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管理员
  • 2017-4-17 14:59:12
 
可以把内容展开发帖哈,方便大家浏览
YTDFWANGWEI
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  • 2017-4-17 15:41:42
 
好多年前做过简单的无功补偿,无功补偿不是简单的加个电容那么简单。
nc965
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  • 2017-4-17 15:45:07
 
充电站还有无功补偿的问题?想钱想疯了吧?贪官项目?
chaos2008
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LV8
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  • 2017-4-17 16:22:55
 
可能设计院设计的人根本不知道充电机自带PFC
nc965
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  • 2017-4-17 16:24:49
  • 倒数9
 
设计院?电力部门的设计院吧?他们是一家。
nc965
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  • 2017-4-17 16:23:42
  • 倒数10
 
有人展开看见原文了,试着点评一下:
1、充电站,既然叫站,那就一定有规模,起码应该是电动汽车集中充电的地方,那种挂在墙上给三五辆电动自行车充电的铁皮箱子应该不算充电站吧?也算?也要无功补偿?
2、某些小区车库确有集中停放电动自行车的场合,可能有更大规模的充电装置,也许勉强能算做充电站,楼主说的是这个?
3、如果是这种情况,旁边放了一个无功补偿装置,很正常。但这并不是充电站的标配,应该是位置碰巧在一个机房。他是为整个小区配置的,说到底是为小区内存在的空调这样较大功率且感性的负载配置的,电网自己的减少无功损耗的设备。既与空调用户无关(不必掏钱),更与你的充电站没有半毛钱关系,你揽自己身上,就是冤大头了。
4、如果是电动汽车充电集中地,大家说需要不需要?国家没规范?国家对充电桩的APFC没规范?这个规范对电力部门无效?制定这些规范会没有电力部门的人员参加?
5、无功补偿是统称,随着负载的时代变化,分为无源相位补偿和有源谐波补偿两种不同的装置,价格相差很大,是很大的商业陷阱,用户一般不会辨别,很容易掉进去。首先这些装置是电网的配电需要,其技术装备价值(投入和产出)体现的是网侧的利益,并不是用户的利益,装与不装用户电表一样的转速。

井底蛙
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-17 16:30:29
  • 倒数7
 
电动公交充电站,还是很有规模的。
nc965
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  • 2017-4-17 16:41:25
  • 倒数5
 
电动汽车公交站建设,一定有规范,其中有谐波规范(A),这个规范是要验收的,供电部门也是验收方之一,他也要遵守这个规范。
电力部门有通用的无功补偿规范(B),就是对多大的负载和负载性质(工业、商用、民用等)的配电有无功补偿配置上的要求,你这个充电站他多半是按最有利于他的条款实施解释权,而对其他可能性选择性地失言。猫腻很大哈。
你唯一能做的,就是找到规范A,要求他执行,才能奏效。
问题在于,有没有规范A?新兴事物往往来不及规范,如果没有,那就需要找到已经建成的案例的官方验收文件(C),哪怕多找几家,对不利于你的案例也选择性失言,然后让他参照执行。但最好赶在设计审批之前(意思是不要催设计进度)。
gxg1122
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LV8
副总工程师
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  • 2017-5-26 16:38:32
  • 倒数1
 
这个规范没法获得,除非是参与项目的
YTDFWANGWEI
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  • 2017-4-17 16:27:38
  • 倒数8
 
其实,如果是补偿整流电路的功率因数,应该不是加电容补偿。加电容补偿的是电机类的感性负载。
井底蛙
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-17 16:32:01
  • 倒数6
 
是的。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-4-17 16:46:28
  • 倒数4
 
你是整流型负载,你仍通过加电容试图进行补偿,逻辑本身就是错误,得出的结论自然就是错误的。
井底蛙
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LV8
副总工程师
  • 2017-4-17 16:55:27
  • 倒数3
 
我是在现场看到了这样的实际运行情况,才在这里提出质疑并仿真说明其不合理性的。
nc965
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  • 2017-4-17 16:57:22
  • 倒数2
 
你给他说这些没用,可参考我12楼的意见,这些人只认官方文件,跨专业工程师的质疑人家是不屑一顾的。
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