AHF για Σταθμούς Φόρτισης Ηλεκτρικών Οχημάτων: Αρμονικές και Ασυμμετρία Φάσης

Σύνοψη. Ένα ενεργό αρμονικό φίλτρο για σταθμό φόρτισης EV λύνει ένα πρόβλημα που η συμβατική διόρθωση συντελεστή ισχύος δεν μπορεί: το φορτίο είναι ταυτόχρονα παραμορφωμένο, μη ισορροπημένο και διαλείπον. Οι ταχυφορτιστές DC αντλούν μη γραμμικό ρεύμα μέσω ανορθωτών έξι παλμών ή ενεργού μετώπου εισόδου, οι φορτιστές AC σε μονοφασικές τροφοδοσίες δημιουργούν ουδέτερο ρεύμα και ανισορροπία φάσης, και το φορτίο του χώρου κυμαίνεται από σχεδόν μηδέν έως πλήρη χωρητικότητα μέσα σε λίγα λεπτά. Αυτός ο οδηγός εξηγεί πώς οι τοπολογίες φόρτισης διαμορφώνουν το αρμονικό φάσμα, γιατί η ανισορροπία και το τρεμόπαιγμα έχουν σημασία όσο και το THDi, πώς να υπολογίσετε την αντιστάθμιση σε ένα κόμβο με μικτές πρίζες AC και DC, και τι αναμένουν πλέον οι εταιρείες κοινής ωφέλειας στον τροφοδότη του φορτιστή. Ολοκληρώνεται με έναν πίνακα μεγέθους και μια λίστα ελέγχου θέσης σε λειτουργία για τους χειριστές κόμβων και τους εργολάβους EPC.

Τι Παραμόρφωση Παράγει Πραγματικά ένας Κόμβος Φόρτισης EV;

Ο εξοπλισμός φόρτισης ανήκει σε δύο οικογένειες με διαφορετικές υπογραφές. Οι φορτιστές AC είναι ουσιαστικά ελεγχόμενες πρίζες: ο ενσωματωμένος φορτιστής του οχήματος εκτελεί τη μετατροπή AC σε DC, οπότε το αρμονικό ρεύμα εξαρτάται από το όχημα παρά από τον φορτιστή, και οι μονοφασικές μονάδες σε τριφασικό δίκτυο δημιουργούν ανισορροπία φάσης και ουδέτερο ρεύμα. Οι ταχυφορτιστές DC μετατρέπουν εντός του θαλάμου, συνήθως μέσω ανορθωτή έξι παλμών με παθητικό φίλτρο ή στάδιο ενεργού μετώπου εισόδου, και παρουσιάζουν ένα αρμονικό φάσμα που κυριαρχείται από τάξεις 5ης, 7ης, 11ης και 13ης, με κυμάτωση μεταγωγής σε υψηλότερες συχνότητες.

Ο κύκλος λειτουργίας είναι το δεύτερο χαρακτηριστικό. Ένας κόμβος με οκτώ πρίζες μπορεί να αντλεί 5% της χωρητικότητας κατά τη διάρκεια της νύχτας και 90% το μεσημέρι, και οι μεμονωμένες πρίζες ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται καθώς συνδέονται οχήματα. Το αρμονικό ρεύμα, επομένως, βηματίζει παρά μεταβάλλεται ομαλά, και οποιαδήποτε συσκευή αντιστάθμισης πρέπει να ανταποκρίνεται εντός χιλιοστών του δευτερολέπτου για να είναι σχετική. Μια σταθερή τράπεζα πυκνωτών σχεδιασμένη για μέσες συνθήκες θα είναι λανθασμένη και στα δύο άκρα του εύρους.

Το τρίτο χαρακτηριστικό είναι η αλληλεπίδραση με την τροφοδοσία. Οι κόμβοι φόρτισης είναι συχνά το μεγαλύτερο φορτίο σε έναν μετασχηματιστή διανομής, και συχνά εγκαθίστανται σε δίκτυα που σχεδιάστηκαν για εμπορική ή οικιακή χρήση. Ο συνδυασμός υψηλού αρμονικού ρεύματος, ανισορροπίας φάσης και γρήγορων βημάτων φορτίου παράγει τρεμόπαιγμα τάσης που παρατηρούν οι γειτονικοί πελάτες, γι' αυτό οι εταιρείες κοινής ωφέλειας καθορίζουν όλο και περισσότερο απαιτήσεις ποιότητας ισχύος στον τροφοδότη του φορτιστή παρά στην είσοδο του χώρου.

Τέλος, η συμπεριφορά τεσσάρων καλωδίων έχει σημασία. Ένας κόμβος με μονοφασικούς φορτιστές AC, φωτισμό και τερματικά πληρωμής μπορεί να μεταφέρει ουδέτερο ρεύμα μεγαλύτερο από οποιοδήποτε ρεύμα φάσης. Τα φίλτρα αρμονικών τριών καλωδίων δεν μπορούν να αντισταθμίσουν αυτή τη διαδρομή, οπότε η προδιαγραφή πρέπει να δηλώνει τη διαμόρφωση καλωδίωσης από την αρχή.

Τα χαρακτηριστικά του τροφοδότη ενισχύουν ή απορροφούν το πρόβλημα. Ένας κόμβος στο τέλος ενός μακριού τροφοδότη βλέπει υψηλότερη σύνθετη αντίσταση πηγής, οπότε το ίδιο αρμονικό ρεύμα παράγει μεγαλύτερη παραμόρφωση τάσης και πιο ορατό τρεμόπαιγμα. Ένας κόμβος με σύντομη, άκαμπτη σύνδεση μπορεί να εμφανίζει αποδεκτή ποιότητα τάσης, ενώ εξακολουθεί να αποτυγχάνει στα όρια αρμονικού ρεύματος στη συμφωνία σύνδεσης. Και οι δύο ποσότητες πρέπει να αξιολογηθούν, επειδή η λύση διαφέρει: τα προβλήματα τάσης μπορεί να χρειάζονται υποστήριξη αντίδρασης ή μεγαλύτερο φίλτρο, ενώ τα προβλήματα ρεύματος επιλύονται με αντιστάθμιση ρεύματος.

Γιατί η Αντιστάθμιση Δεν Είναι Προαιρετική σε Σύγχρονους Χώρους Φόρτισης

1. Απελευθερώνεται η χωρητικότητα του μετασχηματιστή. Ένας μετασχηματιστής 630 kVA που εξυπηρετεί έναν κόμβο μπορεί να χάσει ένα ουσιαστικό μερίδιο της χρησιμοποιήσιμης χωρητικότητας λόγω θέρμανσης από αρμονικές. Η φιλτράρισμα του ρεύματος αποκαθιστά αυτή τη χωρητικότητα, η οποία συχνά αναβάλλει μια αναβάθμιση μετασχηματιστή που διαφορετικά θα καθυστερούσε τον χώρο.

2. Η συμμόρφωση με τις εταιρείες κοινής ωφέλειας επιβάλλεται πλέον στον τροφοδότη. Οι χειριστές λαμβάνουν όρους σύνδεσης που καθορίζουν όρια αρμονικής εκπομπής, συντελεστή ισχύος και τρεμοπαίγματος. Ένα AHF σταθμού φόρτισης παρέχει τα μέσα για την επίτευξή τους και, με καταγραφή, τα αποδεικτικά στοιχεία για την επίδειξή τους.

3. Αποφεύγονται παράπονα για τρεμόπαιγμα. Τα γρήγορα βήματα φορτίου σε έναν κόμβο παράγουν διακυμάνσεις τάσης που επηρεάζουν γειτονικές εγκαταστάσεις. Η γρήγορη αντιστάθμιση μειώνει το ορατό αποτέλεσμα και προστατεύει την άδεια λειτουργίας του χειριστή.

4. Μειώνονται οι απώλειες καλωδίων και διακοπτών. Το αρμονικό ρεύμα ρέει μέσω κάθε αγωγού μεταξύ του φορτιστή και του μετασχηματιστή. Η αντιστάθμιση κοντά στους φορτιστές μειώνει τις απώλειες I²R σε ολόκληρη την εγκατάσταση, κάτι που φαίνεται στον λογαριασμό ηλεκτρικής ενέργειας κάθε μήνα.

5. Η ανισορροπία φάσης διορθώνεται, όχι απλώς μετράται. Μια συσκευή τεσσάρων καλωδίων με δυνατότητα εξισορρόπησης αναδιανέμει το ρεύμα μεταξύ των φάσεων, μειώνοντας το ουδέτερο φορτίο και βελτιώνοντας την ισορροπία τάσης στις πρίζες. Αυτό βελτιώνει επίσης τη διαθεσιμότητα του φορτιστή, επειδή ορισμένες μονάδες μειώνουν την απόδοσή τους σε ανισορροπία τάσης.

6. Ο χώρος παραμένει επεκτάσιμος. Οι κόμβοι κατασκευάζονται σε φάσεις. Ένα αρθρωτό πλαίσιο όπως ένα AHF τοίχου 50A 480V μπορεί να παραλληλιστεί καθώς προστίθενται πρίζες, οπότε η αντιστάθμιση αυξάνεται με τα έσοδα παρά μπροσροστά τους.

7. Οι χρεώσεις ζήτησης και η δομή τιμολόγησης επιβραβεύουν την καθαρή λειτουργία. Πολλά εμπορικά τιμολόγια χρεώνουν για τη μέγιστη ζήτηση και, σε ορισμένες αγορές, για την αντιδραστική ισχύ. Το μη ισορροπημένο και παραμορφωμένο ρεύμα διογκώνει την εμφανή ζήτηση για την ίδια παραδοθείσα ενέργεια. Η διόρθωση και των δύο μειώνει τη χρεωμένη ζήτηση και, σε αγορές με χρέωση αντίδρασης, αφαιρεί μια ποινή που διαφορετικά αυξάνεται με τη χρήση του χώρου.

Πώς να Υπολογίσετε και να Διαμορφώσετε την Αντιστάθμιση για έναν Κόμβο Φόρτισης

Βήμα 1 — Ταξινομήστε τους φορτιστές πριν υπολογίσετε οτιδήποτε. Καταγράψτε τον αριθμό των πριζών AC και DC, τις ονομαστικές τους ισχύς, εάν οι μονάδες DC χρησιμοποιούν ανορθωτές έξι παλμών ή ενεργού μετώπου εισόδου, και πώς ο ελεγκτής του χώρου τις ακολουθεί σε σειρά. Ένας κόμβος με έξι φορτιστές DC 120 kW συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά από δώδεκα μονάδες AC 22 kW.

Βήμα 2 — Επιθεωρήστε σε περίοδο αιχμής, όχι κατά την θέση σε λειτουργία. Μετρήστε το φάσμα ενώ φορτίζονται πολλά οχήματα. Οι επιθεωρήσεις θέσης σε λειτουργία με ένα όχημα συνδεδεμένο υποτιμούν τόσο το αρμονικό ρεύμα όσο και την ανισορροπία, και ο προκύπτων υπολογισμός μεγέθους είναι κρυφά ανεπαρκής από το πρώτο πολυάσχολο Σάββατο.

Βήμα 3 — Υπολογίστε με βάση τη σύμπτωτη ζήτηση. Οι φορτιστές σπάνια λειτουργούν όλοι στην ονομαστική ισχύ ταυτόχρονα, αλλά οι ελεγκτές του χώρου μπορούν να δημιουργήσουν σχεδόν σύμπτωτες κορυφές. Υπολογίστε με βάση το μετρούμενο μέγιστο σύμπτωτο αρμονικό ρεύμα και προσθέστε 25% περιθώριο για αύξηση πριζών και περιβαλλοντική μείωση απόδοσης.

Βήμα 4 — Τοποθετήστε την αντιστάθμιση ώστε να ταιριάζει στη διάταξη. Μια ενιαία κεντρική μονάδα στον πίνακα χαμηλής τάσης είναι η απλούστερη συντήρηση· οι κατανεμημένες μονάδες κοντά σε ομάδες φορτιστών μειώνουν τις απώλειες. Πολλοί κόμβοι χρησιμοποιούν ένα ντουλάπι 75A στον κύριο πίνακα και μια μονάδα 30A σε ένα δευτερεύον σημείο διανομής.

Βήμα 5 — Συντονιστείτε με τον ελεγκτή του χώρου και τυχόν ηλιακή ενέργεια. Η ακολουθία των φορτιστών, η διαχείριση φορτίου και οι μετατροπείς PV αλλάζουν την κυματομορφή του ρεύματος. Επιβεβαιώστε ότι ο χρόνος απόκρισης του φίλτρου είναι ταχύτερος από τον βρόχο ελέγχου του χώρου και ότι ο μετατροπέας και το φίλτρο δεν προσπαθούν και τα δύο να ρυθμίσουν την ίδια ποσότητα.

Βήμα 6 — Επαληθεύστε στην αιχμή και τεκμηριώστε. Εκτελέστε μια μέτρηση επαλήθευσης κατά τη διάρκεια μιας πολυάσχολης περιόδου, καταγράψτε THDi, ανισορροπία, PF και ουδέτερο ρεύμα, και κρατήστε την αναφορά για την εταιρεία κοινής ωφέλειας και για σκοπούς εγγύησης.

Μια πρακτική σκέψη για τους χειριστές κόμβων: η αντιστάθμιση πρέπει να περιλαμβάνεται στον αρχικό ηλεκτρολογικό σχεδιασμό, όχι να προστίθεται μετά το πρώτο παράπονο για τρεμόπαιγμα. Η εκ των υστέρων τοποθέτηση ενός φίλτρου σε έναν ολοκληρωμένο κόμβο κοστίζει περισσότερο από την προδιαγραφή του κατά την κατασκευή και μπορεί να απαιτήσει διακοπή λειτουργίας που έρχεται σε σύγκρουση με τα έσοδα από τη φόρτιση. Ελέγξτε την πλήρη σειρά AHF σε σχέση με τη διάταξη του χώρου πριν παραγγελθεί ο πίνακας διανομής και επιβεβαιώστε τη διάταξη μέτρησης με την εταιρεία κοινής ωφέλειας, ώστε το σημείο συμμόρφωσης και η θέση του φίλτρου να συμπίπτουν.

Τι να γράψετε στην προδιαγραφή του EPC. Δηλώστε το σημείο συμμόρφωσης και τα όρια, την απαιτούμενη κλάση χρόνου απόκρισης, τη διαμόρφωση καλωδίωσης και την ονομαστική τιμή ουδέτερου, τις αρμονικές τάξεις που πρέπει να αντισταθμιστούν, το πρωτόκολλο παρακολούθησης και τη διαδικασία επαλήθευσης, συμπεριλαμβανομένης της συνθήκης φορτίου κατά τη δοκιμή. Αυτά τα έξι στοιχεία αφαιρούν σχεδόν όλη την ασάφεια που διαφορετικά εμφανίζεται κατά την παράδοση, όταν ο χώρος είναι πολυάσχολος και κανείς δεν θέλει να προγραμματίσει μια επαναληπτική επιθεώρηση.

Τρία λάθη που επαναλαμβάνονται σε έργα φόρτισης. Ο υπολογισμός μεγέθους από το THDi της πινακίδας του φορτιστή χωρίς παράγοντα σύμπτωσης παράγει μια υπερμεγέθη μονάδα που δεν λειτουργεί ποτέ πάνω από μισό φορτίο. Ο υπολογισμός μεγέθους από μια επιθεώρηση θέσης σε λειτουργία με ένα όχημα συνδεδεμένο παράγει το αντίθετο. Και η προδιαγραφή μιας μονάδας τριών καλωδίων για έναν κόμβο με μονοφασικές πρίζες AC αφήνει το ουδέτερο ρεύμα αλώβητο, που είναι ο πιο συνηθισμένος λόγος που ένας χειριστής αναφέρει ότι το φίλτρο "δεν έλυσε το πρόβλημα".

Λάβετε υπόψη την καμπύλη μείωσης απόδοσης του φορτιστή. Ορισμένοι φορτιστές DC μειώνουν την έξοδο όταν η τάση εισόδου είναι παραμορφωμένη ή μη ισορροπημένη, κάτι που μειώνει άμεσα τα έσοδα ανά πρίζα. Οι χειριστές σπάνια συνδέουν τα δύο, αλλά ένας κόμβος με κακή ποιότητα ισχύος μπορεί να παραδίδει δέκα έως δεκαπέντε τοις εκατό λιγότερη ενέργεια ανά ώρα από έναν πανομοιότυπο χώρο με καθαρή τροφοδοσία. Η οργάνωση μιας ομάδας πριζών πριν και μετά την αντιστάθμιση είναι ένας απλός τρόπος ποσοτικοποίησης του οφέλους με εμπορικούς όρους παρά με μηχανικούς όρους.

Κρατήστε τη μέτρηση ορατή στις λειτουργίες. Ένα φίλτρο που καταγράφει αλλά διαβάζεται μόνο στην ετήσια επιθεώρηση συνεισφέρει λίγο. Εκθέστε τις βασικές τιμές — THDi, PF, ουδέτερο ρεύμα, κατάσταση μονάδας — στον υπάρχοντα πίνακα ελέγχου του χειριστή και ρυθμίστε έναν συναγερμό για αυξανόμενο ουδέτερο ρεύμα, που είναι ο νωρίτερος δείκτης νέου μονοφασικού φορτίου ή μιας μονάδας που αποτυγχάνει.

Συντονιστείτε με την εταιρεία κοινής ωφέλειας πριν την ενεργοποίηση. Όπου η συμφωνία σύνδεσης περιλαμβάνει όρια αρμονικών ή τρεμοπαίγματος, ειδοποιήστε την εταιρεία κοινής ωφέλειας για την προτεινόμενη αντιστάθμιση και τη σκοπούμενη δοκιμή θέσης σε λειτουργία. Ορισμένα δίκτυα απαιτούν να παρακολουθηθεί η δοκιμή, και η γνώση αυτού εκ των προτέρων αποφεύγει μια δεύτερη επίσκεψη. Επίσης, δίνει στον χειριστή μια κατονομασμένη επαφή για το πρώτο πολυάσχολο Σαββατοκύριακο, όταν είναι πιο πιθανό να προκύψουν ερωτήσεις σχετικά με το τρεμόπαιγμα ή παράπονα για την τάση.

Προϋπολογίστε την επαναμέτρηση μετά από δώδεκα μήνες. Οι χώροι φόρτισης αλλάζουν ταχύτερα από τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις: προστίθενται πρίζες, αλλάζει το μείγμα οχημάτων και οι ελεγκτές του χώρου λαμβάνουν ενημερώσεις υλικολογισμικού που αλλάζουν τη συμπεριφορά σύμπτωσης. Μια ετήσια μέτρηση κοστίζει πολύ λίγο και λέει στον χειριστή εάν το αρχικό μέγεθος εξακολουθεί να ταιριάζει, ή εάν πρέπει να προστεθεί μια άλλη μονάδα πριν από την επόμενη καλοκαιρινή αιχμή.

Συχνές Ερωτήσεις

Χρειάζονται τα φίλτρα αρμονικών στους φορτιστές AC;

Μπορούν, ειδικά σε αριθμό. Ο ενσωματωμένος φορτιστής καθορίζει το φάσμα, και οι μονοφασικές μονάδες δημιουργούν ουδέτερο ρεύμα και ανισορροπία. Ένας κόμβος με πολλούς φορτιστές AC συχνά χρειάζεται αντιστάθμιση τεσσάρων καλωδίων, παρόλο που κάθε μεμονωμένος φορτιστής φαίνεται αβλαβής.

Τι χρόνο απόκρισης χρειάζεται ένας κόμβος φόρτισης;

Η γρήγορη απόκριση έχει σημασία επειδή οι πρίζες ενεργοποιούνται σε δευτερόλεπτα. Μια μονάδα στην κλάση 5 ms ακολουθεί τα βήματα, ενώ οι πιο αργές συσκευές διορθώνουν μόνο τον μέσο όρο και αφήνουν παροδική παραμόρφωση που εμφανίζεται ως τρεμόπαιγμα στο σημείο σύνδεσης.

Μπορεί ένα AHF να εξυπηρετήσει τόσο φορτιστές AC όσο και DC;

Ναι, αν είναι τεσσάρων καλωδίων και έχει υπολογιστεί με βάση το συνδυασμένο σύμπτωτο αρμονικό ρεύμα. Όπου οι ομάδες AC και DC τροφοδοτούνται από ξεχωριστούς πίνακες, οι κατανεμημένες μονάδες συνήθως δίνουν καλύτερα αποτελέσματα από μια ενιαία κεντρική μονάδα.

Πώς μπορώ να εκτιμήσω το αρμονικό ρεύμα πριν υπάρξει ο χώρος;

Χρησιμοποιήστε τα στοιχεία THDi των φύλλων δεδομένων του φορτιστή πολλαπλασιασμένα με το ονομαστικό ρεύμα εισόδου, αθροίστε σε RMS κατά μήκος των πριζών με έναν παράγοντα σύμπτωσης από την προδιαγραφή του ελεγκτή του χώρου, και στη συνέχεια προσθέστε 25% περιθώριο. Επαληθεύστε κατά τη θέση σε λειτουργία και προσαρμόστε.

Αλλάζει η ηλιακή τέντα την απαίτηση;

Αλλάζει την κατεύθυνση του ρεύματος και προσθέτει αρμονικές μετατροπέα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το φίλτρο πρέπει να παραμένει σταθερό κατά την εξαγωγή του χώρου, και οι αντιδραστικές ρυθμίσεις πρέπει να αποφεύγουν την αντιπαράθεση με τον δικό του έλεγχο τάσης του μετατροπέα.

Τι γίνεται αν η εταιρεία κοινής ωφέλειας καθορίζει όρια στον μετασχηματιστή, όχι στον πίνακα;

Τότε το σημείο συμμόρφωσης βρίσκεται ανάντη των φορτιστών και τυχόν μη αντισταθμισμένων φορτίων. Τοποθετήστε CTs για να μετρήσετε τα πάντα σε αυτό το όριο, ή αποδεχτείτε ότι η τοπική αντιστάθμιση στον κόμβο μπορεί να μην ικανοποιεί μια μέτρηση που λαμβάνεται στον δευτερεύοντα του μετασχηματιστή.

Συμπέρασμα

Οι κόμβοι φόρτισης συνδυάζουν τρία προβλήματα που ο τυπικός εξοπλισμός αντιστάθμισης χειρίζεται άσχημα: γρήγορα βήματα, ανισορροπία φάσης και ένα ουδέτερο που μεταφέρει τριπλό ρεύμα. Προδιαγράψτε ένα φίλτρο τεσσάρων καλωδίων, γρήγορης απόκρισης, υπολογισμένο με βάση τη σύμπτωτη ζήτηση με περιθώριο ανάπτυξης, επιθεωρήστε κατά τη διάρκεια μιας πολυάσχολης περιόδου αντί για τη θέση σε λειτουργία, και τεκμηριώστε το αποτέλεσμα για την εταιρεία κοινής ωφέλειας. Η συμπερίληψη της αντιστάθμισης στον αρχικό σχεδιασμό είναι υλικά φθηνότερη από την εκ των υστέρων τοποθέτηση μετά το πρώτο παράπονο.

Σχεδιάζετε έναν κόμβο ή κάνετε εκ των υστέρων τοποθέτηση σε υπάρχοντα χώρο;Στείλτε μας το πρόγραμμα φορτιστών, το μονογραμμικό διάγραμμα και τη λογική του ελεγκτή του χώρου, και θα υπολογίσουμε την αντιστάθμιση, θα επιβεβαιώσουμε τη διαμόρφωση καλωδίωσης και θα προτείνουμε μια διάταξη μέτρησης που ταιριάζει με το σημείο συμμόρφωσης της εταιρείας κοινής ωφέλειας. Επικοινωνήστε μαζί μας για αναθεώρηση σχεδιασμού κόμβου.