AHF cho các trạm sạc xe điện: Harmonics và mất cân bằng pha

Tóm tắt. Bộ lọc hài chủ động cho trạm sạc xe điện giải quyết một vấn đề mà bộ hiệu chỉnh hệ số công suất thông thường không thể: tải đồng thời bị méo, mất cân bằng và không liên tục. Bộ sạc nhanh DC rút dòng điện phi tuyến qua bộ chỉnh lưu sáu xung hoặc bộ chỉnh lưu đầu vào chủ động, bộ sạc AC trên nguồn một pha tạo ra dòng trung tính và mất cân bằng pha, và tải của địa điểm dao động từ gần bằng không đến công suất tối đa trong vài phút. Hướng dẫn này giải thích cách các cấu trúc sạc định hình phổ hài, tại sao mất cân bằng và nhấp nháy lại quan trọng như THDi, cách tính toán bù trên một trung tâm với các điểm dừng AC và DC hỗn hợp, và các tiện ích hiện mong đợi gì tại đường dây cấp nguồn cho bộ sạc. Nó kết thúc bằng một bảng tính toán và danh sách kiểm tra vận hành cho người vận hành trung tâm và nhà thầu EPC.

Trung tâm sạc xe điện thực sự tạo ra sự méo mó nào?

Thiết bị sạc thuộc hai nhóm với các đặc điểm khác nhau. Bộ sạc AC về cơ bản là các ổ cắm được điều khiển: bộ sạc trên xe thực hiện chuyển đổi AC sang DC, vì vậy dòng điện hài phụ thuộc vào xe chứ không phải bộ sạc, và các đơn vị một pha trên nguồn ba pha tạo ra sự mất cân bằng pha và dòng trung tính. Bộ sạc nhanh DC chuyển đổi bên trong tủ, thường thông qua bộ chỉnh lưu sáu xung với bộ lọc thụ động hoặc giai đoạn đầu vào chủ động, và trình bày một phổ hài bị chi phối bởi các bậc 5, 7, 11 và 13, với gợn sóng chuyển mạch ở tần số cao hơn.

Chu kỳ làm việc là đặc điểm thứ hai. Một trung tâm với tám điểm dừng có thể rút 5% công suất vào ban đêm và 90% vào giữa ngày, và các điểm dừng riêng lẻ bật và tắt khi xe kết nối. Do đó, dòng điện hài tăng từng bước thay vì thay đổi mượt mà, và bất kỳ thiết bị bù nào cũng phải phản ứng trong vòng mili giây để có liên quan. Một bộ tụ điện cố định được thiết kế cho điều kiện trung bình sẽ sai ở cả hai đầu của phạm vi.

Đặc điểm thứ ba là tương tác với nguồn cung cấp. Các trung tâm sạc thường là tải lớn nhất trên máy biến áp phân phối, và chúng thường được lắp đặt trên các mạng được thiết kế cho mục đích thương mại hoặc dân cư. Sự kết hợp của dòng điện hài cao, mất cân bằng pha và các bước tải nhanh tạo ra hiện tượng nhấp nháy điện áp mà các khách hàng lân cận nhận thấy, đó là lý do tại sao các tiện ích ngày càng chỉ định các yêu cầu về chất lượng điện tại đường dây cấp nguồn cho bộ sạc thay vì tại điểm vào của địa điểm.

Cuối cùng, hành vi bốn dây rất quan trọng. Một trung tâm có bộ sạc AC một pha, đèn chiếu sáng và thiết bị thanh toán có thể mang dòng trung tính lớn hơn bất kỳ dòng pha nào. Bộ lọc hài ba dây không thể bù cho đường dẫn đó, vì vậy thông số kỹ thuật phải nêu rõ cấu hình dây ngay từ đầu.

Đặc điểm đường dây cấp nguồn khuếch đại hoặc hấp thụ vấn đề. Một trung tâm ở cuối đường dây cấp nguồn dài nhìn thấy trở kháng nguồn cao hơn, do đó cùng một dòng điện hài tạo ra nhiều biến dạng điện áp và nhấp nháy rõ ràng hơn. Một trung tâm có kết nối ngắn, cứng có thể hiển thị chất lượng điện áp chấp nhận được trong khi vẫn không đạt giới hạn dòng điện hài trong thỏa thuận kết nối. Cả hai đại lượng đều phải được đánh giá, vì biện pháp khắc phục khác nhau: các vấn đề về điện áp có thể cần hỗ trợ phản kháng hoặc bộ lọc lớn hơn, trong khi các vấn đề về dòng điện được giải quyết bằng bù dòng điện.

Tại sao bù không phải là tùy chọn trên các địa điểm sạc hiện đại

1. Dung lượng máy biến áp được giải phóng. Một máy biến áp 630 kVA phục vụ một trung tâm có thể mất một phần đáng kể dung lượng sử dụng cho việc gia nhiệt do hài. Lọc dòng điện khôi phục dung lượng đó, điều này thường trì hoãn việc nâng cấp máy biến áp mà nếu không sẽ làm chậm địa điểm.

2. Tuân thủ tiện ích hiện đang được thực thi tại đường dây cấp nguồn. Người vận hành nhận được các điều kiện kết nối quy định giới hạn phát xạ hài, hệ số công suất và nhấp nháy. Một AHF trạm sạc cung cấp phương tiện để đáp ứng chúng và, với việc ghi nhật ký, bằng chứng để chứng minh điều đó.

3. Tránh được các khiếu nại về nhấp nháy. Các bước tải nhanh tại một trung tâm tạo ra dao động điện áp ảnh hưởng đến các cơ sở lân cận. Bù nhanh làm giảm hiệu ứng nhìn thấy được và bảo vệ giấy phép hoạt động của người vận hành.

4. Tổn thất cáp và thiết bị đóng cắt giảm. Dòng điện hài chảy qua mọi dây dẫn giữa bộ sạc và máy biến áp. Bù gần bộ sạc làm giảm tổn thất I²R trong toàn bộ hệ thống, điều này thể hiện trên hóa đơn tiền điện hàng tháng.

5. Mất cân bằng pha được khắc phục, không chỉ đo lường. Một thiết bị bốn dây có khả năng cân bằng phân phối lại dòng điện giữa các pha, giảm tải trung tính và cải thiện cân bằng điện áp tại các điểm dừng. Điều này cũng cải thiện tính khả dụng của bộ sạc, vì một số đơn vị bị giảm công suất khi điện áp mất cân bằng.

6. Địa điểm vẫn có thể mở rộng. Các trung tâm được xây dựng theo từng giai đoạn. Một khung mô-đun như AHF treo tường 50A 480V có thể được kết nối song song khi thêm các điểm dừng, vì vậy việc bù tăng theo doanh thu chứ không phải đi trước nó.

7. Phí nhu cầu và cấu trúc biểu giá thưởng cho hoạt động sạch sẽ. Nhiều biểu giá thương mại tính phí cho nhu cầu tối đa và, ở một số thị trường, cho công suất phản kháng. Dòng điện mất cân bằng và bị méo làm tăng nhu cầu biểu kiến cho cùng một năng lượng được cung cấp. Khắc phục cả hai làm giảm nhu cầu đã thanh toán và, ở các thị trường có phí phản kháng, loại bỏ một khoản phạt mà nếu không sẽ tăng theo mức sử dụng của địa điểm.

Cách tính toán và cấu hình bù cho trung tâm sạc

Bước 1 — Phân loại bộ sạc trước khi tính toán bất cứ điều gì. Ghi lại số lượng điểm dừng AC và DC, xếp hạng công suất của chúng, liệu các đơn vị DC có sử dụng bộ chỉnh lưu sáu xung hay đầu vào chủ động, và bộ điều khiển địa điểm sắp xếp chúng như thế nào. Một trung tâm với sáu bộ sạc DC 120 kW hoạt động rất khác với mười hai bộ sạc AC 22 kW.

Bước 2 — Khảo sát vào thời điểm bận rộn, không phải khi vận hành. Đo phổ khi nhiều xe đang sạc. Các khảo sát vận hành được thực hiện với một xe được kết nối làm giảm cả dòng điện hài và mất cân bằng, và việc tính toán kết quả là không đủ một cách âm thầm ngay từ thứ Bảy bận rộn đầu tiên.

Bước 3 — Tính toán theo nhu cầu đồng thời. Bộ sạc hiếm khi chạy hết công suất định mức đồng thời, nhưng bộ điều khiển địa điểm có thể tạo ra các đỉnh gần đồng thời. Tính toán theo dòng điện hài đồng thời tối đa đo được và thêm 25% khoảng trống cho sự phát triển của điểm dừng và giảm công suất môi trường xung quanh.

Bước 4 — Đặt vị trí bù phù hợp với bố cục. Một đơn vị trung tâm duy nhất tại bảng LV đơn giản nhất để bảo trì; các mô-đun phân tán gần các nhóm bộ sạc làm giảm tổn thất. Nhiều trung tâm sử dụng một tủ 75A tại bảng chính và một mô-đun 30A tại một điểm phân phối phụ.

Bước 5 — Phối hợp với bộ điều khiển địa điểm và bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời nào. Việc sắp xếp bộ sạc, quản lý tải và biến tần PV đều thay đổi dạng sóng dòng điện. Xác nhận rằng thời gian phản hồi của bộ lọc nhanh hơn vòng điều khiển của địa điểm và biến tần và bộ lọc không cùng cố gắng điều chỉnh cùng một đại lượng.

Bước 6 — Xác minh tại thời điểm cao điểm và ghi lại. Thực hiện phép đo xác minh trong thời gian bận rộn, ghi lại THDi, mất cân bằng, PF và dòng trung tính, và giữ báo cáo cho tiện ích và cho mục đích bảo hành.

Một cân nhắc thực tế cho người vận hành trung tâm: việc bù nên được đưa vào thiết kế điện ban đầu, không phải thêm vào sau khi có khiếu nại nhấp nháy đầu tiên. Lắp đặt bộ lọc vào một trung tâm đã hoàn thành tốn kém hơn việc chỉ định nó trong quá trình xây dựng và có thể yêu cầu ngừng hoạt động mâu thuẫn với doanh thu sạc. Xem xét toàn bộ dòng AHF dựa trên bố cục địa điểm trước khi đặt hàng bảng điện, và xác nhận sắp xếp đo lường với tiện ích để điểm tuân thủ và vị trí bộ lọc trùng nhau.

Những gì cần ghi vào thông số kỹ thuật EPC. Nêu rõ điểm tuân thủ và giới hạn, lớp thời gian phản hồi yêu cầu, cấu hình dây và định mức trung tính, các bậc hài cần bù, giao thức giám sát và quy trình xác minh bao gồm điều kiện tải khi kiểm tra. Sáu mục đó loại bỏ gần như tất cả sự mơ hồ thường xuất hiện khi bàn giao, khi địa điểm bận rộn và không ai muốn lên lịch khảo sát lại.

Ba sai lầm tái diễn trong các dự án sạc. Tính toán từ THDi trên bảng tên bộ sạc mà không có hệ số đồng thời tạo ra một đơn vị quá khổ không bao giờ chạy trên nửa tải. Tính toán từ khảo sát vận hành với một xe được kết nối tạo ra kết quả ngược lại. Và chỉ định một đơn vị ba dây cho một trung tâm có các điểm dừng AC một pha để lại dòng trung tính không được xử lý, đây là lý do phổ biến nhất khiến người vận hành báo cáo rằng bộ lọc "không giải quyết được vấn đề".

Xem xét đường cong giảm công suất của bộ sạc. Một số bộ sạc DC giảm công suất khi điện áp đầu vào bị méo hoặc mất cân bằng, điều này trực tiếp làm giảm doanh thu trên mỗi điểm dừng. Người vận hành hiếm khi kết nối hai điều này, nhưng một trung tâm có chất lượng điện kém có thể cung cấp ít hơn mười đến mười lăm phần trăm năng lượng mỗi giờ so với một địa điểm tương tự có nguồn cung cấp sạch. Trang bị thiết bị đo cho một nhóm điểm dừng trước và sau khi bù là một cách đơn giản để định lượng lợi ích theo thuật ngữ thương mại thay vì thuật ngữ kỹ thuật.

Giữ cho việc đo lường hiển thị với bộ phận vận hành. Một bộ lọc ghi nhật ký nhưng chỉ được đọc trong kiểm toán hàng năm đóng góp rất ít. Hiển thị các giá trị chính — THDi, PF, dòng trung tính, trạng thái mô-đun — trên bảng điều khiển hiện có của người vận hành và đặt báo thức khi dòng trung tính tăng, đây là chỉ báo sớm nhất về tải một pha mới hoặc mô-đun bị lỗi.

Phối hợp với tiện ích trước khi cấp điện. Khi thỏa thuận kết nối bao gồm giới hạn hài hoặc nhấp nháy, thông báo cho tiện ích về việc bù được đề xuất và bài kiểm tra vận hành dự kiến. Một số mạng yêu cầu bài kiểm tra phải có người chứng kiến, và biết điều đó trước sẽ tránh được lần ghé thăm thứ hai. Nó cũng cung cấp cho người vận hành một địa chỉ liên hệ được đặt tên cho cuối tuần bận rộn đầu tiên, khi các câu hỏi về nhấp nháy hoặc khiếu nại về điện áp có khả năng phát sinh nhất.

Dự trù kinh phí cho việc đo lường lại sau mười hai tháng. Các địa điểm sạc thay đổi nhanh hơn các nhà máy công nghiệp: các điểm dừng được thêm vào, sự kết hợp xe thay đổi và bộ điều khiển địa điểm nhận được các bản cập nhật firmware làm thay đổi hành vi đồng thời. Phép đo hàng năm tốn rất ít chi phí và cho người vận hành biết liệu việc tính toán ban đầu có còn phù hợp hay không, hoặc liệu có nên thêm một mô-đun khác trước mùa cao điểm hè tiếp theo hay không.

Câu hỏi thường gặp

Bộ sạc AC có cần lọc hài không?

Chúng có thể, đặc biệt là với số lượng lớn. Bộ sạc trên xe xác định phổ, và các đơn vị một pha tạo ra dòng trung tính và mất cân bằng. Một trung tâm có nhiều điểm dừng AC thường cần bù bốn dây ngay cả khi mỗi bộ sạc riêng lẻ có vẻ vô hại.

Trung tâm sạc cần thời gian phản hồi bao nhiêu?

Phản ứng nhanh rất quan trọng vì các điểm dừng bật tắt trong vài giây. Một đơn vị trong lớp 5 ms theo kịp các bước, trong khi các thiết bị chậm hơn chỉ khắc phục mức trung bình và để lại sự biến dạng tạm thời xuất hiện dưới dạng nhấp nháy tại điểm kết nối.

Một AHF có thể phục vụ cả bộ sạc AC và DC không?

Có, nếu nó có khả năng bốn dây và được tính toán theo dòng điện hài đồng thời kết hợp. Khi các nhóm AC và DC được cấp nguồn từ các bảng riêng biệt, các mô-đun phân tán thường cho kết quả tốt hơn một đơn vị trung tâm duy nhất.

Làm thế nào để ước tính dòng điện hài trước khi địa điểm tồn tại?

Sử dụng các số liệu THDi trên bảng dữ liệu của bộ sạc nhân với dòng điện đầu vào định mức, tổng theo RMS trên các điểm dừng với hệ số đồng thời từ thông số kỹ thuật của bộ điều khiển địa điểm, sau đó thêm 25% khoảng trống. Xác minh khi vận hành và điều chỉnh.

Tấm che năng lượng mặt trời có làm thay đổi yêu cầu không?

Nó thay đổi hướng dòng điện và thêm hài của biến tần trong ngày. Bộ lọc phải ổn định khi địa điểm xuất khẩu, và các cài đặt phản kháng nên tránh cạnh tranh với chính bộ điều khiển điện áp của biến tần.

Nếu tiện ích chỉ định giới hạn tại máy biến áp, không phải tại bảng điện thì sao?

Khi đó điểm tuân thủ nằm ở phía thượng nguồn của bộ sạc và bất kỳ tải nào không được bù. Đặt CT để đo mọi thứ tại ranh giới đó, hoặc chấp nhận rằng việc bù cục bộ trong trung tâm có thể không đáp ứng phép đo được thực hiện ở phía thứ cấp của máy biến áp.

Kết luận

Các trung tâm sạc kết hợp ba vấn đề mà thiết bị bù tiêu chuẩn xử lý kém: các bước nhanh, mất cân bằng pha và dòng trung tính mang dòng bậc ba. Chỉ định bộ lọc bốn dây, phản ứng nhanh được tính toán theo nhu cầu đồng thời với khoảng trống phát triển, khảo sát trong thời gian bận rộn thay vì khi vận hành, và ghi lại kết quả cho tiện ích. Bao gồm việc bù trong thiết kế ban đầu rẻ hơn đáng kể so với việc lắp đặt sau khi có khiếu nại đầu tiên.

Thiết kế trung tâm hoặc lắp đặt lại địa điểm hiện có? Gửi cho chúng tôi lịch trình bộ sạc, sơ đồ một đường và logic bộ điều khiển địa điểm, và chúng tôi sẽ tính toán việc bù, xác nhận cấu hình dây và đề xuất một sắp xếp đo lường phù hợp với điểm tuân thủ của tiện ích. Liên hệ với chúng tôi để xem xét thiết kế trung tâm.