杜学东
云南能投智慧能源股份有限公司 云南昆明 650100
摘要：电动汽车不但是世界汽车产业转型升级的一个重要方向，同时也是解决环境污染问题及不可再生能源消耗的一个重要途径。目前电动汽车的研究进行得如火如荼，不管是国内还是国外都在致力于其中。无功补偿在电网中起到提高电网功率因数的作用，同时可在电能的变压和传输过程中降低电力损耗功率并提高电网质量，因此无功补偿装置在供配电系统中不可或缺。本文中，主要针对电动汽车充电桩无功补偿研究展开分析概述。
关键词：电动汽车；充电站；无功补偿；
引言
在能源大革命的背景下，发展新能源汽车已成为我国重点发展的战略之一，其中因电动汽车可达到“以电代油”的目的，在减少温室气体排放和实现能源资源优化配置等方面具有巨大优势，对推进能源消费革命具有重要意义，使其得到世界各国广泛关注。电动汽车充电站类似于机动车加油站。随着电动汽车的普及，必将使得电动汽车充电站大力发展。因此，针对电动汽车充电站无功补偿展开研究，对开展电动汽车与电网的良好互动，提高电网安全稳定经济运行将起到正面积极的作用。
1电动汽车在我国发展现状
根据中国汽车工业协会的数据，在2018年中国新能源汽车产销超70万辆，同比增长超70%，在2020年新冠疫情的冲击下，燃料汽车的总销量严重下降，而电动汽车的销售额却在逐月增加，在我国电动汽车的种类主要分三种：纯电动汽车（BEV)、混合动力汽车（HEV)、燃料电池汽车（FCEV)。
伴随着国家能源战略和可持续发展战略落实以及各项法律法规的实施，作为新世纪宠儿的电动汽车日益受到人们的关注，电动汽车比传统内燃机交通工具主要有以下优点：
（1）污染小，无噪音。不像内燃机汽车工作时产生的废气，电动汽车不产生尾气污染，对保护环境和提高空气质量是十分有益的，可以说电动汽车几乎是“零污染”。
（2）能效高，多样性强。停止的电动汽车不消耗电能，甚至在制动过程中，有些电动车还可将减速中的电动机转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。根据一些相关的研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此电动汽车的普及有利于节约能源和减缓温室效应。
（3）局限性小。电动汽车的动能来源于可多次充放电的蓄电池，诸如煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源可转化为电力能源向其供电，因此电动汽车的应用将有效地减少交通工具对石油资源的依赖，而有限的石油资源可利用在国防建设等更为重要的领域。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。
（4）机械构造简单方便维修。较内燃机汽车结构简单，电动汽车运转、传动部件少，维修养护工作量小。当电动汽车动能装置采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车方便驾驶。
除此之外，如果夜间向电动汽车充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少电网维护费用。
2无功补偿概述
无功补偿是电力行业对无功功率补偿的别称，无功补偿在电力系统中能够提高电网的功率因数，同时可在电网中电能的变压和传输过程中降低电力损耗功率，起着调节供电环境的作用，因此无功补偿装置在供电系统中不可或缺。为了尽可能地降低电网的损耗功率，改善电网质量，需要选择合适的无功补偿装置。而如果不能合理选择并应用无功补偿装置，则可能使供电系统中的电压产生波动并增大其谐波。
无功功率补偿技术就是通过将容性和感性负载设备进行互相连接，使电能可以在这两类负载之间自动转换，避免因非线性负载增多而导致电流在电网输送线路中被来回输送，得以降低电网中无功功率的损耗。
3开展电动汽车充电站无功补偿研究必要性
随着技术的进步，电动汽车充电装置越来越成熟，并能在充电效率上得到极大的提高，然而技术的发展基于大量电力电子器件以及储能元件的应用，产生了大量的无功损耗和谐波危害，这无疑给电网安全运行以及周边设备的正常工作带来威胁。
充电系统中的消耗无功功率的负载元件主要是容性的，因此在输送有功功率时要保持供电端和需求端电压一定的相位差，这在电能传输中是可以实现的；而在很窄的范围内实现输送无功功率时两端的电压有一定的幅值差。充电站中充电设备的运行消耗有功功率的同时也消耗了大量的无功功率，而实际电力系统运行中这些无功功率从就地补偿设备中获得最为有效。
无功补偿装置在充电站的应用主要有以下三点作用：
（1）提高电动汽车充电站供、用电系统功率因数，降低系统设备容量，降低系统功率损耗。
（2）提高电能质量，稳定电动汽车充电站供给和输出电端及输电线路的电压。在长距离输电线路适合的位置安装动态无功补偿装置可以提高输电系统的稳定性，增强系统的输电能力。
（3）在充电系统正常或者不正常三相不平衡负载的场合，准确的无功补偿可以平衡有功和无功负载，提高充电系统的稳定性。
4电动汽车充电站静止无功补偿装置应用
4.1静止无功补偿装置（SVC）
静止无功补偿装置（SVC）除了少量的用于负载的无功功率补偿之外，其主要在输电线路波阻抗补偿以及远距离输电的分段补偿中得到了较为广泛的应用。其具有代表性的是晶闸管控制电抗器+固定电容器（TCR+FC）。晶闸管投切电容器（TSCr）也一些领域得到了一定的应用。静止无功补偿装置的重要特性是它的补偿装置的无功功率连续调节性。这种连续调节是通过调节TCR中晶闸管的触发延迟角α的大小得以实现的。
TSC不能连续调节无功功率，只能分组投切，而且它只有和TCR配合使用，才能实现补偿装置对补偿对象整体无功功率的连续调节，如图1所示。
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图1 SVC 的补偿策略图
a）TCR、b）TSC、c）TCR/TSC、d）TCR+FC
由于对SVC无功补偿的调节具有连续性和响应迅速的特性，因此其可以对设备的无功功率进行实时补偿，使补偿点的电压接保持恒定。采用相控原理的TCR装置，在动态调节基波无功功率的同时，也产生了大量的谐波危害电网的安全运行，所以固定电容器和电抗器串联构成LC滤波器，以滤出TCR中的谐波。
4.2静止无功发生装置（SVG）
静止无功发生装置（SVG）又称自换相的电力半导体桥式变流器动态无功补偿装置。静止无功发生器的主要元件是并网元件、逆变器和直流源，根据逆变器直流源侧直流元件的不同，可将静止无功发生器分为电流型SVG和电压型SVG两种。电流型SVG直流侧采用电感为直流储能元件，逆变器采用三相全桥电流源逆变器，是将直流侧电流逆变成交流电流通过并联电网上电容器输送进电网，电容器还起到了对电网用电系统低频电压的滤波作用。电压型SVG的直流侧采用电抗器为直流储能元件，逆变器采用的是三相全桥电压源逆变器，它是将直流侧电压逆变成交流侧电流通过电抗器并联到电网上，电抗器起到了阻尼过流，滤出纹波的作用。
结束语
综上所述，电动汽车的发展具有广阔的未来与前景，电动汽车充电桩充放电必然会对电网产生剧烈影响，因此加强电动汽车充电桩无功补偿研究对于促进其发展具有重要意义。同时，我国对电动汽车的发展中也应充分考虑经济、能源、环境等各方面的因素，促进我国电动汽车的产业化、规模化、科学化发展。
参考文献
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