论文：一种自适应的三相交流充电桩

目前我国充电设备主要以交流桩为主，交流充电桩是为新能源汽车车载充电机提供安全、可靠地交流电源的供电设备。它分为单相交流桩和三相交流桩，适用于占地面积有限，可以较长时间慢速充电的场合，例如私人别墅、住宅小区、商业写字楼、城市综合体等停车场或城市公共充电站等。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计，我国的随车私人充电桩数量约为16.76万个，目前全国的交流桩有30%为三相交流充电桩[3]。

三相负载不平衡问题对电力系统、用户供电等都带来了严重的危害。主要表现在以下几个方面：

1. 增加变压器损耗；

2. 增加线路损耗 ；

3. 配变出力减小，降低了配变利用率；

4. 变压器发热，严重时甚至会烧毁变压器；

5. 容易导致过压、低压，影响用电设备的正常工作；

如下图所述换相开关可安装在三相交流充电桩的柜体内部或者外部；所述的主控开关和换相开关之间采用电力载波或无线模块通信；所述换相开关与充电枪之间采用CAN通信。每台变压器里面的全部充电桩系统只需配一台主控开关，每台三相交流充电桩配一台换相开关。

变压器的输出侧安装一台主控开关，负责监测三相不平衡信息，并下发调节命令；每台三相交流充电桩电源进线处安装换相开关（换相开关实际是安装在三相交流桩的L1相线处，根据GBT 20234.2-2015 《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》要求[7]，规定当三相交流桩输出单相时，只输出L1相线），换相开关常闭状态L1相与A相连接，L2与B相连接，L3与C相连接，当新能源车充电时，换相开关监测充电枪的负荷信息，当检测到L2相与L3相无输出时，判断此时交流充电桩的输出为单相，并根据主控开关下发的换相命令进行相应换相操作。

基于数学递归逻辑的平衡算法原理，当主控开关监测到自身支路的不平衡度超过设定值时，就会启动平衡逻辑算法。当主控开关运算出最优策略后，会命令该支路中的换相开关进行相应的换相操作，从而实现本支路三相平衡。即可实现变压器三相平衡。

工作时，主控开关负责实时采集变压器三相电的运行负荷电流，用户可以通过手机APP软件利用WIFI与主控开关连接，对其进行调试巡检。换相开关监测充电枪的负荷信息并实时接收主控开关传输过来的各相电流信号，当单相插座的新能源汽车开始启动充电时，换相开关检测到L2相与L3相无输出时，判断此时交流充电桩的输出为单相，并将可以进行换相操作的指令发送给主控开关。主控开关检测到变压器输出侧电流最小的那一相电源，并对换相开关下发换相命令进行相应换相操作，从而实现变压器的三相平衡。

[1] 鲁莽,周小兵,张维.国内外电动汽车充电设施发展状况研究.[J], 2010,23(5):16-17.

[2] 潘熙,李芳.电动汽车充电设施的设计与建设[J].电力需求侧管理,2012,14(2).

[3] 国家能源局.中国电动汽车充电基础设施促进联盟年报[R].北京，2017

[4] 马河祥．电动汽车交流充电控制技术[D]．南京：南京理工大学，2012

[5] GB/T 18487.1-2015 电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求

[6] GB/T 20234.1-2015 电动汽车传导充电连接装置 第1部分：通用要求

[7] GB/T 20234.2-2015 电动汽车传导充电连接装置 第2部分：交流充电接口

[8] 孙海滨.一种充电桩电网平衡自动选相装置[P].中国，201710040793.3,2017