对充电站无功补偿的探讨

在某电动汽车充电站，看到为充电系统供电的电力系统中，存在无功功率电容补偿，心存疑问，在此作些探讨。

为使大家印象深刻，对于如下探讨，本文没有使用与现场情况相一致的系统进行论证，也许更容易说明问题。

对于开关电源，牵涉功率因数的电路结构，大约有三种情况：一是二极管整流，电容滤波；一种是使用LC滤波，通过L进行无源PFC（功率因数）校正；第三种是有源PFC校正。

图1 整流滤波电路

如图1所示，是非常常见的全桥整流滤波电路。图2是整流电路的电压电流波形，为观察方便，图中的电流幅值放大了10倍。

图2 整流电路的电压电流波形

在图2中，整流滤波电路的电流起始点滞后了电压信号（23.7ms－20ms）/10ms×

180°＝66.6°，其功率因数为cosφ＝cos66.6°＝ 0.397，相当地低。

但是，应该注意到，整流电路的低功率因数，与电力系统的低功率因数的性质有所不同，其危害的性质也有所不同。电力系统的感性负载，通常不改变电流波形的正弦形状，只是改变其相对电压波形的相位，所产生的无功功率，增大了系统的视在功率，随即增大了线路上的传输电流，造成线路损耗，用户端电压降低。而整流电路的低功率因数，则主要是极大地增大了电源电流的峰值，如本文示例，在图2中可看到，电容滤波电路是阻性负载电路电流峰值的351.8A/30.8A＝11.4倍，这个电流峰值，比正常的电机启动电流（7倍）还要大，会造成供电线路上断路器的误动跳闸，影响正常供电。同时，对于电力变压器来说，过大的电流峰值和非正弦畸变，会带来变压器饱和和谐波干扰，严重降低变压器的实际输出能力，干扰电力系统的正常运行。

这里提请大家注意，不要以为一台小小的充电机（特别是小功率充电机），相对于整个电力系统来说，翻不起什么大浪。也许你会误以为，当许多充电机同时工作时，由于开关电源驱动信号的不同步，电流峰值很大程度上会相互抵消。其实不是这样的，对于所有的整流电路，其峰值都会在每半个周期的大约同一时间（中间区域，电压峰值附近）同时出现，形成叠加，其力量是巨大的，不可小视的。

那么，对于功率因数进行电容补偿，不就解决问题了吗？我们看一下仿真结果，见图3、图4所示。

图3 增加电容C2补偿的整流电路

由图4可以看出，当试图用电力电容对整流电路进行功率因数校正时，对电力电源的供电电流相位没有任何的改变，即并没有改变功率因数；对因为电容滤波而导致的峰值电流，不仅没有抑制，反而有所增大；同时又带来了容性电流，增加了无功损耗。总的来看，徒增成本，且纯害无益。

那么，对于充电站来说，如何进行功率因数校正，进行无功补偿呢？最根本的办法是：充电电源内部进行无源或有源功率因数校正，将自身的功率因数提高。其实，对于

电动客车用的大功率充电设备，内部已经进行了相当先进的有源PFC技术，其功率因数在大多数的情况下，都可以保证在0.95以上，许多时候超过0.99，根本无需考虑无功补偿，除非是对站内的其它感性用电设备（通常用电量很小）。否则，真有些画蛇添足了。

图4 对于整流电路进行电容补偿的情况分析

另外需要提出的是，目前市场上存在大量的低速电动车充电器，为了获得低成本，通常是不使用功率因数校正的。当这个群体足够大时，对于电网的影响，不可忽视，希望有关部门能够及早地重视起来。这个问题，个人觉得，应该由国家标准来解决比较合适。