CN208062799U

CN208062799U - 一种电动汽车充电站的无功补偿装置

Info

Publication number: CN208062799U
Application number: CN201820233178.4U
Authority: CN
Inventors: 梁志强; 乔夫; 李建会; 张宏利
Original assignee: Guangdong Tianshu Amperex Technology Ltd
Current assignee: Guangdong Tianshu Amperex Technology Ltd
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2028-02-09

Abstract

本实用新型提供了一种电动汽车充电站的无功补偿装置，它由单元I、III、IV、V组成。所述单元I包含可调电抗器21；单元V包含电压互感器22、电流互感器23；单元III包含多个处于空载状态的充电桩；单元IV包含功率因数控制器；所述可调电抗器21与处于空载状态的充电桩并联后，与所述电流互感器23串联，再接入电网AX，所述电压互感器22与电源AX并联。本实用新型的可调电抗器可以是为带抽头的可调电抗器21，也可以是由多个电抗器组成的多级可调电抗器31，还可以是由多级可调电抗器41与一个小容量的连续可调的电抗器45的并联而成。本实用新型能够提高电动汽车充电站的功率因数，使充电站的月功率因数达标。

Description

一种电动汽车充电站的无功补偿装置

技术领域

本发明涉及供配电领域，涉及电动汽车充电站系统，具体涉及一种电动汽车充电站的无功补偿装置。

背景技术

现在电动汽车充电站，例如公交汽车充电站，都安装很多充电桩，每个充电桩都接到380V配电网上，三相电流经过充电桩内部的三相不控整流桥整流，滤波后的直流电压经过高频DC-DC变换，输出所设定的直流电压，经过滤波给电动汽车的蓄电池充电。

现在的充电桩都可以受控工作在不同的时段和不同的充电电流，而且在这些工况下充电时其对电网的功率因数都是很高的，功率因数接近1。但是一旦停止充电，充电桩内部的电容对电网呈容性，功率因数接近0-，某充电站的无功功率变化如图1所示。在图1中曲线2的底部表示全部充电桩空载时的容性无功功率，曲线1的底部表示部分充电桩空载时的容性无功功率。一般充电桩在一天中充电的时间较少，不充电的时间较长。因此充电站可能导致月功率因数不达标。

目前，解决电动汽车充电站的无功问题的手段都没有针对它的特点：充电时它的功率因数为1，不充电时他的功率因数为0-，且一天中不充电的时间较长。现行的方案都是普通工况下的无功补偿方案，典型的技术有两种：技术方案1，一种延长充电站无功补偿电容寿命的电路，申请号：20162117859.7，它在充点站接入不同容量的电容，接的越多，容性无功容量越大，显然不适用于现在的充电站工况。技术方案2一种用于单纯电动公交充电站的直流供电系统及其充电站申请号：201410249223.1，其补偿方案采用SVG,SVG作为可调电容时，其电流波形好，运行稳定。但如图1所示，充电站需要补偿感性无功，需要SVG作为可调电抗来补偿感性无功功率，这时其输出电流波形很差，会产生很大的谐波电流，而且运行不稳定。这就导致SVG可靠性差，SVG 的价格也高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种适用于电动汽车充电站的无功补偿装置，它能够提高电动汽车充电站的功率因数，使充电站的月功率因数达标。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：目前技术水平的充电桩充电时，不管充电电流系数多大，其功率因数都接近1，不需要进行补偿。一个充电站有多个充电桩并联运行，如图2；在不充电时，充电桩对电网呈容性，空载功率因数为0-(cos超前)，当一个充电站全部或多个充电桩空载时，这容性的无功功率是比较大的，会使月功率因数降低。针对容性无功引起的功率因数的绝对值<1且超前，本发明采用可调电抗进行补偿。可调电抗器的电流波形很好，运行稳定，价格比SCG 也低得多。

本发明提供了一种电动汽车充电站的无功补偿装置，其由单元I、III、IV、V组成；单元I包含可调电抗器；

单元III包含多个处于空载状态的充电桩；

单元IV包含功率因数控制器；

单元V包含电压互感器，电流互感器

可调电抗器与代表充电桩空载的电容器并联后，与电流互感器串联，再接入电网AX，电压互感器与电源AX并联；

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测出 AX端的功率因数cosφ，并对充电站的功率因数进行控制。

在一些实施方式中，可调电抗器为带抽头的可调电抗器。本发明的第一种补偿方案，采用带抽头的可调电抗器进行补偿，如图2所示。它由单元I,III,IV,V组成。当充电桩充电时它的近似等于1，它的功率因数不需要补偿。而当充电桩不充电时，它处于空载状态，它的近似等于0-，故可用一个电容器来等效它。单元III包含m 个处于空载状态的充电桩(m≤300),每个处于空载状态的充电桩用一个电容器来等效，这m个电容器并联在一起标纪为24。单元I包含带有n个抽头的可调电抗器21(n≤50)。单元V包含电压互感器22，电流互感器23。可调电抗器21与代表充电桩空载的的电容器24并联后，与电流互感器23串联，再接入电网AX，电压互感器22与电源AX 并联。

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测出AX端的功率因数当的绝对值<1.0,且超前时，它就发出指令，依次闭合开关K₁，K₂，K₃，……,直到的绝对值等于1.0(或设定值)。但闭合开关Kj(j＝1，2，……20)时，其他开关要提前3-5秒断开。

图2是单相带抽头的可调电抗器补偿方案，用三组可以构成三相带抽头的可调电抗器补偿方案。

在一些实施方式中，可调电抗器为多级可调电抗器。本发明的第二种补偿方案，采用多级可调电抗器进行补偿，如图3所示。它由单元I,III,IV,V组成。单元III包含m 个处于空载状态的充电桩(m≤300),每个处于空载状态的充电桩用一个电容器来等效，这m个电容器并联在一起标纪为34。当充电桩充电时它的近似等于1，它的功率因数不需要补偿。单元I包含n个电抗器(n≤50)组成的多级可调电抗器31。单元V包含电压互感器32，电流互感器33。多级可调电抗器31与代表充电桩空载的的电容器 34并联后，与电流互感器33串联，再接入电网AX，电压互感器32与电源AX并联。此n个电抗器的容量分配比例规律可以为：1，2，4，8，……。例如有三组电抗器，其容量比为1，2，4，则它们可以组合成1，2，3，4，5，6，7等7种电抗容量组合，其容量间隔相等。

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测出AX端的值，当的绝对值<1.0,且超前时，它就发出指令，依次投入电抗容量1，2，3，4，5，6，7。例如要投入电抗容量5，就要闭合开关1和4，断开开关2，的绝对值就等于1.0(或设定值)。

图3是单相多级可调电抗器补偿方案，用三组可以构成三相多级可调电抗器补偿方案。

在一些实施方式中，可调电抗器为多级可调电抗器，多级可调电抗器与单元II 的并联；单元II包含一个小容量的连续可调的电抗器，其容量与单元I中的可调电抗器的容量间隔相等。

本发明的第三种补偿方案，采用多级可调电抗器+小容量连续可调电抗器进行补偿，如图4所示。它由单元I,II,III,IV，V组成。单元III包含m个处于空载状态的充电桩(m≤300),每个处于空载状态的充电桩用一个电容器来等效，这m个电容器并联在一起标纪为44。当充电桩充电时它的值近似等于1，它的功率因数不需要补偿。单元I包含n个电抗器(m≤50)组成的多级可调电抗器41。单元V包含电压互感器42，电流互感器43。单元II包含一个小容量的连续可调的电抗器45，其容量与单元I中的电抗器的容量间隔相等。多级可调电抗器41与小容量的连续可调的电抗器45并联，再与代表充电桩空载的电容器44并联在一起，然后与电流互感器43串联，再接入电网AX，电压互感器42与电源AX并联。此n个电抗器的容量分配比例规律可以为：1，2，4， 8，……。

例如有三组电抗器，其容量比为1，2，4，则它们可以组合成容量为1，2，3， 4，5，6，7等7级可调电抗器，其容量间隔相等。单元II中的45是一个小容量的连续可调的电抗器，其容量与单元I中的电抗器的容量间隔相等。这种电抗器在技术上已经成熟，见专利：基于磁通补偿的可调电抗器系统00114356。单元II中的小容量的连续可调的电抗器的电流波形很好，运行稳定，将它与单元I中的电抗器组并联，就将组与组的容量跳变(例如容量2，3)连续起来。这2种电抗器并联后再与代表充电桩空载的电容器44并联，然后与电流互感43器串联，再接入电网AX。

例如有三组电抗器，其容量比为1，2，4，则它们可以组合成容量为1，2，3， 4，5，6，7等7级可调电抗器，假设总的电抗器容量为70kVar，则容量间隔为10kVar，可调电抗器45的容量就定为10kVar。单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I 输入的电压信号u，电流信号i，检测出AX端的当的绝对值<1.0,且超前时，它就发出指令，依次投入电抗容量1，2，3，4，5，6，7。

若要投入补偿的电抗容量为54Kvar时，就要先闭合开关1和4，其他开关要断开，这样就投入了50kVar，而这时功率因数控制器就会发出指令，小容量的连续可调电抗器45就会自动调节到4kVar，总共投入54KVar，的绝对值就等于1.0。

图4是单相分级可调电抗器+小容量连续可调电抗器，用三组可以构成三相分级可调电抗器+小容量连续可调电抗器。

附图说明

图1：传统充电站的无功功率变化图；

图2：第一种补偿方案，采用带抽头的可调电抗器进行补偿；

图3：第二种补偿方案，采用分级可调电抗器器进行补偿；

图4：第三种补偿方案，采用分级可调电抗器+小容量连续可调电抗器进行补偿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

设某充电站设置120kW的直流充电桩20台，每台需要补偿的无功量为1.8kVar，则需要补偿的总无功容量为20*1.8kVar＝36kVar。采用第一种补偿方案，如图2，m＝20.单元III包含20个处于空载状态的充电桩,每个处于空载状态的充电桩用一个电容器来等效，这20个电容器并联在一起。在图2中，n＝6,即单元I包含带有6个抽头的可调电抗器,容量分别为6，12，18，24，30，36kVar。另外根据图2设置电压互感器，电流互感器。可调电抗器与代表充电桩的电容器并联后，与电流互感器串联，再接入电网 AX，电压互感器与电源AX并联。

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测AX端的当的绝对值<1.0,且超前时，它就发出指令，依次闭合开关K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，当K₆闭合时的绝对值接近1.0。但当K6闭合时时，其他开关要提前3-5秒断开。这时功率因数就被补偿到1.当有10台充电桩充电时，还有10台充电桩处于空载状态，需要补偿的无功功率为18kVar，这时功率因数控制器选择K3闭合，其他的开关提前断开。这时功率因数也被补偿到1。

实施例2

设某充电站设置120kW的直流充电桩40台，每台需要补偿的无功量为1.8kVar，则需要补偿的总无功容量为40*1.8kVar＝72kVar。

采用第三种补偿方案，采用多级可调电抗器+小容量连续可调电抗器进行补偿，如图4所示，m＝40,当40台充电桩全部处于空载时，每个处于空载状态的充电桩用一个电容器来等效，这40个电容器并联在一起。在图4中，n＝4.单元I包含4个电抗器，此4个电抗器的容量分配比例规律为：1，2，4，8。则它们可以组合成1，2，3，4，5， 6，7，8，9，10，11，12，13，14，15等共组成的15级可调电抗器，其容量间隔相等，均为4.8kVar。另外根据图4设置电压互感器，电流互感器。在单元II中连续可调的电抗器容量变化范围为0-4.5kVar，它的电流波形很好，运行稳定，将它与单元I中的电抗器组并联，就将组与组的容量跳变(例如容量48，52.8)连续起来。这2种电抗器并联后再与电容器并联，然后电流互感器串联联，再接入电网AX。电压互感器与电源AX 并联。

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测出AX端的当的绝对值<1.0,且超前时，它就发出指令，依次投入电抗容量1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15。

若要投入补偿的电抗容量为70kVar时，就要先闭合开关2，4，8，开关1要断开，这样就投入了67.2kVar，而这时功率因数控制器就会发出指令，可调电抗器就会自动调节到2.8kVar，总共投入70kVar，的绝对值就被补偿到1.0。

Claims

1.一种电动汽车充电站的无功补偿装置，其由单元I、III、IV、V组成；所述单元I包含可调电抗器（21，31，41）；

所述单元III包含多个处于空载状态的充电桩；

所述单元IV包含功率因数控制器；

所述单元V包含电压互感器（22，32，42），电流互感器（23，33，43）

可调电抗器（21，31，41）与代表充电桩空载的电容器（24，34，44）并联后，与电流互感器（23，33，43）串联，再接入电网AX，电压互感器（22，32，42）与电源AX并联；

单元IV包含功率因数控制器，它根据由单元I输入的电压信号u，电流信号i，检测出AX端的功率因数cos φ，并对充电站的功率因数进行控制。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电站的无功补偿装置，其特征在于，所述可调电抗器为带抽头的可调电抗器（21）。

3.根据权利要求1所述的电动汽车充电站的无功补偿装置，其特征在于，所述可调电抗器为多级可调电抗器（31）。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充电站的无功补偿装置，其特征在于，所述可调电抗器为多级可调电抗器（41），所述多级可调电抗器（41）与单元II的并联；

单元II包含一个小容量的连续可调的电抗器（45），其容量与单元I中的可调电抗器的容量间隔相等。