绿色节能型高速公路电动汽车充电站简介

       绿色节能型高速公路电动汽车充电站，包括集成滤波电感配电变压器和充电机。作为高速公路电动车充电站，其供高速公路的电动车进行快速充电。这种绿色节能充电站功率因数可达到0.95以上，谐波含量可以降低到5%以下，并且效率高、成本低、可靠性高。

一、行业背景

       电动汽车属于新兴产业，电动汽车的正常工作要靠蓄电池提供能源，蓄电池的使用时间比较有限，需要在特定的时间对蓄电池进行快速充电，保证电动汽车正常运行。在高速公路上，只有服务区才会供电，所以必须单独为电动汽车建设充电站，为了保证电动汽车蓄电池可以快速安全的充电，就对充电电源提出了更高的要求。

       电动汽车充电站的系统包括变压器、大功率充电机、谐波抑制与无功补偿装置等。充电机是电动汽车充电站的主要设备。目前，电动汽车充电机的种类按工作原理分主要有4种:第一种充电机由工频变压器、不可控整流器和斩波器组成。其体积大，电网侧电流谐波大，且变换效率低，不适于接入电网。第二种充电机由三相不可控整流和高频DC/DC变换器组成。电网侧电流谐波大、变换效率低。这一种充电机虽然谐波含量高，但成本比较低，所以应用较为广。目前的充电机研究成果大都也集中在这一种充电机上。第三种充电机由三相PWM整流器和高频DC/DC变换器组成。特点是功率因数高，电网侧电流谐波较小，注入电网的电流总畸变率可以小于5%。PWM整流充电机由于技术复杂性、可靠性和成本问题，虽然市场上已经出现，但是目前使用较少。第四种充电机基本工作原理并没有变化，只是对充电机一次整流方式进行改进，如十二脉波整流充电机。这种充电机注入电网的谐波电流主要以12k±1次的为主，谐波含量有大幅优化，但是投资成本却大大增加。

       为解决上述问题，我们研制出一种可以实现高效、节能、对电网无污染且能够在线监控的高速公路充电站，使得充电站的投资成本和维护成本降低，提高了系统的效率和功率因数，使得谐波畸变率满足国标要求。

二、结构及原理

       绿色节能型高速公路电动汽车充电站包括集成滤波电感配电变压器和充电机，集成滤波电感配电变压器为变压器绕组与滤波电抗器集成于一体，独特的绕组绕制方式使得变压器一次绕组或二次绕组与滤波电抗器的绕组实现功率上的解耦；充电机为三相不可控整流充电机。

       如图2.1，高速公路电动车充电站系统包括一台集成滤波电感配电变压器和充电机。充电桩可根据实际需要安装不同个数充电桩。集成滤波电感配电变压器是将滤波电抗器集成于变压器内的一种特殊变压器。该变压器除了主变以外，还包含内置式5次、7次、11次由空心电抗器组成的滤波支路。主变的绕组与滤波电抗器的绕组采用独特的绕线方式，使得主变绕组与滤波电抗器绕组间即使存在空间磁场的耦合，但并没有功率耦合，从而达到主变绕组与滤波电抗器绕组解耦的效果。充电机的充电桩与充电机控制器连接，各充电桩之间并联在一起，其数量可以根据实际需要进行安装。

图2.1高速公路绿色节能电动车充电站系统图

       集成滤波电感配电变压器内部结构配置图如图2.2所示，高压绕组为变压器的一次绕组，低压绕组为变压器的二次绕组。而5次、7次、11次滤波支路电抗器分别由A和B、C和D、E和F两个匝数相等、绕向相反的绕组组成。当一次绕组在供电的时候，会在空间产生磁场，从而会在5次、7次、11次滤波绕组上产生感应电动势，但由于各次滤波绕组均由两个绕组匝数相等、绕组相反的绕组组成，从而使5次、7次、11次谐波的感应电动势和均为0，实现了绕组的功率解耦。

图2.2集成滤波电感配电变压器内部结构配置图

三、技术优势

(1) 采用由电力二极管组成的不可控整流桥将网侧的交流电压整流成直流电压，相比于由可控硅组成的整流桥部分，具有寿命长，充电机效率高、可靠性高、成本低、控制简单等优点。

(2) 系统采用5、7、11次滤波器，能很大程度上减小充电站整流给电网带来的谐波污染，提高电能质量。

(3) 滤波器中的滤波电抗器与配电变压器集成于一体，具有体积小、线性度好、噪音低等特点。