如何降低充电站损耗？充电站电损原因分析及降损策略

如何降低充电站损耗及降损策略

在电能从电网交流电到汽车电池直流电的过程中，需经过电压变换、传输、电流整流等过程，如变压器、电缆、开关以及充电桩等设备，这些环节都会有能量损耗。为满足电网功率因数考核，需配置SVG,这些设备在运行过程中都会有电量损耗，不同的设备损耗的量不同，以下是一些常见设备的电损情况：



一、变压器电损

变压器在电能从电网交流电到汽车电池直流电的过程中，会有一定的电损。变压器的电损主要包括两部分：铜损和铁损。

1. 铜损：铜损是由于电流通过变压器线圈时引起的电阻发热。变压器的铜损与变压器线圈的电阻成正比，同时也与电流的平方成正比。较低电阻的导线和线圈可以降低铜损。

2. 铁损：铁损是由于变压器的磁心材料在交变磁场中产生能量损失所致。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于磁场周期性变化时，磁性材料中的磁畴重新磁化而产生的能量损失。涡流损耗是由于磁场变化时在磁性材料中产生的涡流而导致的能量损失。减少磁滞损耗可以选择高质量的磁性材料，而降低涡流损耗可以采用屏蔽措施和合理设计磁芯结构。

为了减少充电站变压器的电损，可以采取以下措施：

1. 选择高效率的变压器：选择具有高能效的变压器可以减少能量损失。高效率变压器的铜损和铁损都较低，可以在传输电能时减少能量的损耗。

2. 优化变压器设计：设计合理的变压器结构和材料选择可以降低铜损和铁损。合理选择导线和线圈的截面积和长度可以减少铜损，而选择高质量的磁性材料和合理设计磁芯结构可以降低铁损。

3. 定期维护检查：定期对变压器进行维护和检查，及时修复可能存在的故障和损坏，可以确保其正常运行和高效工作，减少能量损耗。

需要注意的是，变压器的电损还受到变压器容量、负载情况、电压稳定性等因素的影响。因此，在设计和选择变压器时，需要综合考虑各种因素，以实现高效、稳定和可靠的充电站运行。

二、高低压电缆电损

电缆电损主要包括两部分：电阻损耗和电感损耗。

1. 电阻损耗：电缆的电阻会引起电流通过时的能量损耗，即电阻损耗。随着电流的增加，电阻损耗也会增加。电缆的电阻主要受到导体材料和截面积的影响，导体材料电阻越小、截面积越大，电阻损耗就越小。

2. 电感损耗：除了电阻损耗外，电缆中的电流也会引起一定的感性耗损，即电感损耗。电缆的电感主要受到电缆长度、导体间距等因素影响。电感损耗会导致电缆中的电流能量转化为磁场能量，从而引起损耗。

为了减少电缆电损，可以采取以下措施：

1. 使用低电阻材料的电缆：选择导体电阻低的电缆材料，如铜或铝等，可以降低电阻损耗。此外，还可以选择截面积较大的电缆，以减小电阻。

2. 控制电流大小：合理控制电缆中的电流大小，不超过电缆的额定电流，可以降低电阻损耗和电感损耗。

3. 优化电缆布线：合理布置电缆，尽量减少电缆的长度和曲折，降低电缆的电感。同时，注意电缆的散热问题，因为长时间高负载运行的电缆可能会因发热过多而导致电阻增加。

需要注意的是，电缆电损还受到电缆质量、温度、频率等因素的影响。在实际应用中，需要根据具体情况和要求，综合考虑各种因素，以实现高效、稳定和可靠的电缆传输。

三、高低压开关损耗

开关损耗主要包括导通损耗和截止损耗。

导通损耗是指在开关导通状态下，由于导通电流通过导通电阻，导致能量转化为热量的损耗。这种损耗随着导通电流的增加而增加，导通电阻越小，导通损耗也就越小。

截止损耗是指在开关截止状态下，由于截止电压通过截止电阻，导致能量转化为热量的损耗。这种损耗取决于截止电压的大小和截止电阻的大小，截止电阻越小，截止损耗也就越小。

为了降低开关损耗，可以采取以下策略：

1. 选择高效率的开关设备：选择低导通电阻和低截止电阻的高效开关设备，提高能量转换效率，减少能量损耗。

2. 优化开关设计：通过合理设计开关电路，减小导通电阻和截止电阻，降低开关损耗。

3. 控制开关电流和电压：根据实际需求，合理控制开关的导通电流和截止电压，避免过大或过小的电流和电压，减少开关损耗。

4. 定期检查和维护：定期检查和维护开关设备，确保其正常运行，避免损耗过大或故障导致能量损耗的增加。

需要注意的是，开关损耗虽然无法完全避免，但能够通过合理选择和设计开关设备，以及合理控制电流和电压，来降低其对充电过程中总能量损耗的影响。

四、充电桩电损

充电桩主要包括变压器损耗、电阻损耗和变流器损耗。

1. 变压器损耗：充电桩中的变压器用于将来自电网的交流电转换为适合电动车充电的低压交流电。变压器在电能转换的过程中会引起一定的损耗，包括铁损和铜损。铁损是由于变压器磁路中的铁芯磁化和逆磁化引起的，铜损是由于变压器绕组中的导线电阻所带来的。

2. 电阻损耗：充电桩内部的电路、电缆等部件都会存在一定的电阻，当电流通过这些电阻时会产生电阻损耗。电阻损耗的大小取决于电流的大小和电阻的数值，通常较小。

3. 变流器损耗：充电桩中的变流器用于将电能从电源端变换为适合电动车充电的直流电，变流器在电能转换过程中也会产生一定的损耗。变流器的损耗取决于其转换效率，一般来说，高效率的变流器可以降低损耗。

为了减少充电桩的电损，可以采取以下措施：

1. 选择高效率的变压器和变流器：选择具有高转换效率的变压器和变流器可以降低能量损耗。

2. 使用低电阻的电线和连接器：选择电线和连接器电阻较低的材料，可以降低电阻损耗。

3. 合理设计冷却系统：确保充电桩的冷却系统可以有效地散热，以降低电子元件温度，提高工作效率。

需要注意的是，充电桩的电损还会受到输入电压、电流大小和充电状态等因素的影响。在实际应用中，需要综合考虑各种因素，并进行合理的设计和选择，以提高充电桩的效率和充电质量。

五、SVG电损

Static Var Generator (SVG)是一种用于无功功率补偿的设备，它能够实时调节电压和电流，改善电网的功率因数和电压质量。在运行过程中，SVG也会有一定的电损。

SVG的电损主要包括两部分：电子元件损耗和换流器损耗。

1. 电子元件损耗：在SVG中，一些电子元件，如IGBT、电容器、电感等，在充电站运行过程中会有一定的电流通过它们而产生功率损耗。这些功率损耗主要是由于电子元件内部电流引起的电阻发热。

2. 换流器损耗：SVG中的换流器是用于将交流电转换为直流电，并控制SVG输出的电压和电流波形的关键部分。换流器中的元件和拓扑结构均会引起能量损耗，其中包括开关管的导通和关断过程中的开关损耗、电感电流的能量损耗等。

为了减少SVG的电损，可以采取以下措施：

1. 选择高效率的电子元件：选择具有高效率的电子元件，如低导通压降的IGBT、低串联电阻的电容器等，可以减少电子元件损耗。同时，进行合理的电子元件设计和电路布局，最大程度地降低电流通过电子元件时的电阻发热。

2. 优化换流器设计：合理设计换流器的拓扑结构、选择高性能的开关器件和合适的控制策略，可以减少换流器的损耗。例如，使用硅碳化(SiC)等新型材料和高频开关器件，能够降低开关损耗和电感电流损耗。

3. 控制运行参数：合理控制SVG的运行参数，如使其运行在额定电压和电流范围内，不超过其额定工作区域，能够减少能耗和功率损耗。

需要注意的是，SVG的电损还受到其负载情况、运行模式以及电网条件等因素的影响。在实际应用中，需要根据具体情况和要求，综合考虑各种因素，以实现高效、稳定和可靠的SVG运行。

为了降低电损，确保充电效率，可采取一些措施，如选择高效率的设备和元件、合理设计布置充电设备、进行定期维护和检查等。同时，对于充电站的规划设计，需要考虑电损并预留一定的电能余量，以确保充电过程的稳定和可靠性。

来源：微信公众号 变压器光伏发电汽车充电桩运维 高供新能源
2023.10.12