EV充電ステーション向けAHF：高調波と位相不平衡

概要。EV充電ステーション用アクティブ高調波フィルタは、従来の力率改善では解決できない問題を解決します。それは、負荷が同時に歪み、不均衡、断続的であることです。DC急速充電器は、6パルスまたはアクティブフロントエンド整流器を介して非線形電流を引き込み、単相フィードのAC充電器は中性線電流と位相不均衡を生じさせ、サイト負荷は数分でほぼゼロから全容量まで変動します。このガイドでは、充電トポロジーが高調波スペクトルをどのように形成するか、不均衡とフリッカーがTHDiと同じくらい重要である理由、混合ACおよびDCステーションを備えたハブ全体での補償のサイジング方法、およびユーティリティが現在充電器フィードで期待していることについて説明します。最後に、サイジングテーブルとハブオペレーターおよびEPCコントラクター向けのコミッショニングチェックリストを掲載します。

EV充電ハブは実際にどのような歪みを発生させますか？

充電機器は、異なる特性を持つ2つのファミリーに分類されます。AC充電器は基本的に制御されたコンセントです。車両のオンボード充電器がACからDCへの変換を実行するため、高調波電流は充電器ではなく車両に依存し、3相供給の単相ユニットは位相不均衡と中性線電流を生じさせます。DC急速充電器はキャビネット内で変換され、通常はパッシブフィルタを備えた6パルス整流器またはアクティブフロントエンドステージを介して行われ、5次、7次、11次、13次の高調波スペクトルが支配的で、高周波数でスイッチングリップルが発生します。

デューティサイクルは2番目の特性です。8つのステーションを備えたハブは、夜間に容量の5％、日中に90％を引き込む可能性があり、個々のステーションは車両が接続されるにつれてオン/オフされます。したがって、高調波電流は滑らかに変動するのではなくステップ状に変化し、補償デバイスは関連性を持つためにミリ秒以内に応答する必要があります。平均的な条件に合わせて設計された固定コンデンサバンクは、範囲の両端で間違っています。

3番目の特性は、供給との相互作用です。充電ハブは、配電変圧器で最大の負荷となることが多く、商業用または住宅用に設計されたネットワークに設置されることがよくあります。高調波電流、位相不均衡、および急速な負荷ステップの組み合わせは、近隣の顧客が気づく電圧フリッカーを生成するため、ユーティリティはサイトインカマーではなく充電器フィードで電力品質要件を指定することが増えています。

最後に、4線式動作が重要です。単相AC充電器、照明、支払い端末を備えたハブは、いずれかの相電流よりも大きい中性線電流を流す可能性があります。3線式高調波フィルタは、その経路を補償できないため、仕様では最初から配線構成を指定する必要があります。

フィード特性は問題を増幅または吸収します。長いフィードの終端にあるハブは、より高いソースインピーダンスを経験するため、同じ高調波電流がより多くの電圧歪みとより目に見えるフリッカーを生成します。短く堅牢な接続を備えたハブは、接続契約で高調波電流制限を満たさないままでも、許容可能な電圧品質を示す可能性があります。両方の数量を評価する必要があります。なぜなら、解決策が異なるからです。電圧の問題には、リアクティブサポートまたはより大きなフィルタが必要になる場合がありますが、電流の問題は電流補償で解決されます。

現代の充電サイトで補償がオプションではない理由

1.変圧器容量が解放されます。ハブにサービスを提供する630 kVA変圧器は、高調波加熱により使用可能な容量のかなりの部分を失う可能性があります。電流をフィルタリングすることで、その容量が回復し、サイトを遅延させる可能性のある変圧器のアップグレードが延期されることがよくあります。

2.ユーティリティコンプライアンスは現在フィードで実施されています。オペレーターは、高調波排出量、力率、フリッカー制限を指定する接続条件を受け取ります。 充電ステーションAHFは、それらを満たす手段を提供し、ログ記録により、それを実証する証拠を提供します。

3.フリッカーの苦情は回避されます。ハブでの急速な負荷ステップは、隣接する施設に影響を与える電圧変動を生成します。高速補償は、目に見える影響を軽減し、オペレーターの事業許可を保護します。

4.ケーブルとスイッチギアの損失が減少します。高調波電流は、充電器と変圧器間のすべての導体を流れます。充電器の近くで補償することで、設置全体でI²R損失が減少し、これは毎月の電気料金に反映されます。

5.位相不均衡は測定されるだけでなく、修正されます。バランス機能付きの4線式デバイスは、位相間で電流を再分配し、中性線負荷を軽減し、ステーションでの電圧バランスを改善します。これにより、電圧不均衡で一部のユニットが定格を下げるため、充電器の可用性も向上します。

6.サイトは拡張可能のままです。ハブは段階的に構築されます。 50A 480V壁掛けAHFのようなモジュラーフレームは、ステーションが追加されるにつれて並列接続できるため、補償は収益よりも先に成長します。

7.需要料金と料金体系はクリーンな運用を奨励します。多くの商業料金では、最大需要、および一部の市場では無効電力に対して課金されます。不均衡で歪んだ電流は、同じ供給エネルギーに対して見かけの需要を膨張させます。両方を修正することで、請求される需要が減少し、無効電力料金のある市場では、サイトの利用率とともに増加する罰則がなくなります。

充電ハブの補償のサイジングと構成方法

ステップ1 — 何かを計算する前に充電器を分類します。ACおよびDCステーションの数、それらの電力定格、DCユニットが6パルスまたはアクティブフロントエンド整流器を使用しているかどうか、およびサイトコントローラーがそれらをどのようにシーケンスするかを記録します。6つの120 kW DC充電器を備えたハブは、12の22 kW ACユニットとは非常に異なります。

ステップ2 — コミッショニングではなく、忙しい期間に調査します。複数の車両が充電中にスペクトルを測定します。1台の車両が接続された状態で取られたコミッショニング調査は、高調波電流と不均衡の両方を過小評価し、結果としてサイジングは最初の忙しい土曜日から静かに不十分になります。

ステップ3 — 同時需要でサイジングします。充電器が定格電力で同時にすべて稼働することはめったにありませんが、サイトコントローラーはほぼ同時のピークを作成できます。測定された最大同時高調波電流でサイジングし、ステーションの成長と周囲の定格低下のために25％のヘッドルームを追加します。

ステップ4 — レイアウトに合わせて補償を配置します。LVボードの単一の中央ユニットはメンテナンスが最も簡単です。充電器グループの近くの分散モジュールは損失を減らします。多くのハブは、メインボードに 75Aキャビネット、および二次配電ポイントに 30Aモジュールを使用しています。

ステップ5 — サイトコントローラーおよびソーラーと連携します。充電器のシーケンス、負荷管理、PVインバーターはすべて電流波形を変更します。フィルタの応答時間がサイト制御ループよりも速いこと、およびインバーターとフィルタが同じ数量を規制しようとしないことを確認します。

ステップ6 — ピーク時に検証し、文書化します。忙しい期間中に検証測定を実行し、THDi、不均衡、PF、中性線電流を記録し、ユーティリティおよび保証目的でレポートを保持します。

ハブオペレーターにとっての1つの実用的な考慮事項：補償は、最初のフリッカー苦情の後に追加するのではなく、元の電気設計に含める必要があります。完成したハブにフィルタを後付けすると、建設中に指定するよりもコストがかかり、充電収益と競合するシャットダウンが必要になる場合があります。スイッチボードが注文される前にサイトレイアウトに対して完全な AHF範囲を確認し、ユーティリティとメータリング配置を確認して、コンプライアンスポイントとフィルタの場所が一致するようにします。

EPC仕様に記載すべきこと。コンプライアンスポイントと制限、必要な応答時間クラス、配線構成と中性線定格、補償される高調波次数、監視プロトコル、およびテスト時の負荷条件を含む検証手順を指定します。これらの6つの項目は、サイトが忙しく、誰も再調査のスケジュールを立てたくない引き渡し時に発生する曖昧さのほとんどすべてを排除します。

充電プロジェクトで繰り返される3つの間違い。同時係数を考慮せずに充電器の銘板THDiからサイジングすると、過剰なユニットになり、負荷の半分を超えることはありません。1台の車両が接続されたコミッショニング調査からサイジングすると、逆になります。そして、単相ステーションを備えたハブに対して3線式ユニットを指定すると、中性線電流はそのまま残り、オペレーターがフィルタが「問題を解決しなかった」と報告する最も一般的な理由です。

充電器の定格低下曲線について検討してください。一部のDC充電器は、入力電圧が歪んでいるか不均衡な場合に、出力を低下させます。これは、ステーションあたりの収益を直接低下させます。オペレーターはこれを結びつけることはめったにありませんが、電力品質の低いハブは、クリーンな供給を備えた同様のサイトよりも1時間あたり10〜15％少ないエネルギーを供給している可能性があります。1つのステーショングループを補償の前後に計測することは、工学的な用語ではなく商業的な用語でメリットを定量化する簡単な方法です。

メータリングを運用担当者に見えるようにしてください。ログを記録しても年次監査でしか読み取られないフィルタは、ほとんど貢献しません。主要な値（THDi、PF、中性線電流、モジュールステータス）をオペレーターの既存のダッシュボードに表示し、中性線電流の上昇にアラームを設定します。これは、新しい単相負荷またはモジュールの障害の最も早い兆候です。

通電前にユーティリティと調整してください。接続契約に高調波またはフリッカー制限が含まれている場合、提案された補償と意図されたコミッショニングテストをユーティリティに通知します。一部のネットワークではテストの立会いを必要とし、事前に知っておくことで2回目の訪問を回避できます。また、フリッカーや電圧の苦情に関する質問が最も発生しやすい最初の忙しい週末のオペレーターの担当者名を把握できます。

12か月後の再測定のために予算を計上してください。充電サイトは、工場よりも速く変化します。ステーションが追加され、車両の構成がシフトし、サイトコントローラーは動作を変更するファームウェアアップデートを受け取ります。年次測定はコストが非常に少なく、オペレーターに元のサイジングがまだ適合しているかどうか、または次の夏のピークの前に別のモジュールを追加する必要があるかどうかを伝えます。

よくある質問

AC充電器は高調波フィルタリングが必要ですか？

特に多数の場合、必要になることがあります。オンボード充電器がスペクトルを決定し、単相ユニットは中性線電流と不均衡を生じさせます。多数のACステーションを備えたハブは、個々の充電器が問題なく見えても、4線式補償を必要とすることがよくあります。

充電ハブにはどのくらいの応答時間が必要ですか？

ステーションは数秒で切り替わるため、高速応答が重要です。5ミリ秒クラスのユニットはステップに従いますが、遅いデバイスは平均のみを修正し、接続ポイントでフリッカーとして現れる過渡歪みを残します。

1つのAHFでACとDCの両方の充電器にサービスを提供できますか？

はい、4線式対応で、合計同時高調波電流でサイジングされていれば可能です。ACとDCのグループが別々のボードから供給されている場合、分散モジュールは通常、単一の中央ユニットよりも優れた結果をもたらします。

サイトが存在する前に高調波電流をどのように推定しますか？

充電器のデータシートのTHDi値を定格入力電流で乗算し、サイトコントローラー仕様の同時係数でステーション全体でRMS合計し、25％のヘッドルームを追加します。コミッショニング時に検証して調整します。

ソーラーキャノピーは要件を変更しますか？

それは電流の方向を変更し、日中にインバーターの高調波を追加します。フィルタは、サイトがエクスポートするときに安定したままでなければならず、無効電力設定はインバーター自身の電圧制御との競合を避ける必要があります。

ユーティリティがボードではなく変圧器で制限を指定した場合はどうなりますか？

その場合、コンプライアンスポイントは充電器と未補償の負荷の上流に配置されます。その境界ですべてを測定するためにCTを配置するか、ハブ内のローカル補償が変圧器二次で測定されたものを満たさない可能性があることを受け入れる必要があります。

結論

充電ハブは、標準的な補償機器がうまく処理できない3つの問題、つまり高速ステップ、位相不均衡、およびトリプレン電流を流す中性線を組み合わせています。4線式、高速応答フィルタを同時需要でサイジングし、成長ヘッドルームを設け、コミッショニング時ではなく忙しい期間中に調査し、結果をユーティリティのために文書化してください。補償を元の設計に含めることは、最初の苦情の後に後付けするよりも実質的に安価です。

ハブの設計または既存サイトの後付け？充電器スケジュール、単線図、サイトコントローラーロジックをお送りください。補償をサイジングし、配線構成を確認し、ユーティリティのコンプライアンスポイントに一致するメータリング配置を提案します。 ハブ設計レビューについてはお問い合わせください.