電気自動車の充電器と家庭用電力の品質 — 2 週間の現地調査

01 コンテキストと背景

電気自動車の導入は世界的に加速している, それに伴い、ほとんどの住宅用配電インフラが対処できるように設計されていなかった一連の電力品質の課題も伴います。. Ngaopitakkul によるこのフィールド調査 (2025) チュラロンコン大学の研究者は、バンコクの実際の集合住宅に EV 充電器を導入した場合の PQ への影響を調査しています。, タイ — 電気インフラのアップグレードを上回るペースでEVの普及が進んでいる都市.[1]

この研究は、最も一般的な現実世界のシナリオに対処しているため、特に関連性があります。: 単相レベルを備えた改修された住宅インフラ 2 各駐車スペースまたはガレージに設置されたAC充電器, 調整された負荷管理がなければ. これは、バランスの取れた三相充電とスマートな負荷制御を備えた専用の EV 施設ではありません。元の設計では予期されていなかった新世代の高出力非線形負荷に直面する、集合住宅用建物の既存の電気システムです。.

02 測定方法

マンション分電盤にて2週間連続のフィールド測定キャンペーンを実施. 測定期間は重要です: EVの充電動作は時間帯によって異なる, 曜日, そして個々の居住者のパターン. 2 週間のデータセットは、1 日または単一イベントの測定では見逃される変動を捕捉します。, 現実的な使用条件下での PQ への影響について、統計的に意味のある特徴付けを提供します。.[1]

以下のパラメータが測定および分析されました:

• プロファイルをロードする — 現在の需要と時間の関係, 充電パターンを明らかにする
• 電流と電圧の波形 — 充電イベント中の三相 RMS 値と波形キャプチャ
• 位相対称性 — 三相にわたる充電負荷の分散
• 高調波歪み — アクティブ充電中およびベースラインでの電流THD分析
• 電圧不平衡 — 最大偏差法を使用して定量化されます (いいえ定義): 三相平均からの任意の相電圧の最大偏差, 平均で割る
• 中性電流 — 充電イベント中の振幅と波形

03 主な調査結果

測定されたPQパラメータ

単相充電が主流 – アンバランス問題の根本

最も重要な行動上の発見は、単相充電が観察された使用パターンを完全に支配しているということでした。. 居住者が単相レベルを使用 2 AC充電器, 駐車スペースがたまたま使用されていたフェーズに接続されており、フェーズ間の調整は必要ありません. その結果、負荷が非常に不均衡になり、同時に充電する居住者の数と、どのフェーズに参加しているかによって異なります。.[1]

これは EV 充電器の技術的な制限ではありません。三相充電器が存在し、負荷を対称的に分散します。. これは、家庭用 EV 充電が実際にどのように導入されているかの結果です: 個々のユニット, 個別の充電器, システムレベルの調整がない, 駐車レベルで利用可能な単相分岐に接続.

04 テクニカル分析

非線形負荷としてのEV充電器

EV 車載充電器はスイッチモード電力変換を使用します。AC 電源は整流され、高周波スイッチング コンバータによって安定化され、必要な DC 電流がバッテリーに供給されます。. これにより、EV 充電器は正弦波ではなくパルスで電流を流す非線形負荷になります。, 供給ネットワークに高調波電流を注入する. 主な高調波次数はコンバータのトポロジによって異なります, しかし3番目, 5番目, および 7 次高調波は単相充電器で一般的です.[1]

充電中に測定された現在の THD 値 15 ～ 20% は、住宅レベルの公表データと一致しています。 2 アクティブ力率補正のない AC 充電器. アクティブなフロントエンド PFC 回路を備えた最新の充電器は、以下の THD を達成できます。 5%, しかし、これらは既存の住宅用 EV 充電人口に均一に導入されていない.

位相の不均衡 — 中性電流の結果

単相負荷が 1 相または 2 相で支配的な場合, 三相システムがアンバランスになる. 4線式システムの場合, 中性線は三相電流のベクトル和を伝えます。これは平衡正弦波条件下ではゼロです。. この研究で観察されたアンバランスな単相EV充電条件下では, 中性電流が大きくなった, はるかに小さい電流向けにサイズ設定された導体に熱負荷が生じる. これは、病院の PQ ケーススタディで議論​​されている三重高調波の中性過負荷と同じメカニズムであり、根本原因が異なります。, 中性線でも同じ結果になります.

電圧不平衡 — EN でのピーク 50160 限界

平均電圧不平衡 0.535% ENの範囲内に十分あります 50160 の限界 2%. しかしながら, のピーク 2.18% 同じ位相での同時充電イベント中に制限に近づき、瞬間的に制限を超えます. ユーティリティエンジニア向け, これは重要です: IN 50160 コンプライアンスは、1 週間の観察期間にわたる 95 パーセンタイルの統計として評価されます。ある晩の 1 つのピークイベントだけでは、コンプライアンス違反とはみなされません。. しかし、これは建物内でのEVの普及が進むにつれて、, ピークアンバランスは比例して増加します, そして統計分布は限界に向かってシフトします.

05 提言

この研究では、EV 対応住宅システムのための次の工学的対策が特定されています。:[1]

• 三相EV充電器 — 充電電流を 3 相すべてに対称的に分配します。, 電源における単相の不均衡問題を解消. 新規設置や大規模な改修に最適
• 調整された負荷管理 (スマート充電) — 充電スケジュールを制御して、同じ相での同時ピーク需要を回避します, ピーク電流を減らす, 使用時間の管理が可能. 建物のエネルギー管理システムと充電器の通信機能が必要
• フェーズ割り当ての計画 — 単相充電器設置の場合, 負荷のバランスをとるために、建物全体で交互のフェーズに充電器を意図的に割り当てます。. すべての駐車スペースでフェーズ割り当ての在庫を確認する必要がある
• 中性線の評価 — 単相EVの充電負荷が集中する中性線の見直しと大型化. EV 以前の建物の中性線は、平衡負荷の仮定に合わせてサイズ設定されていましたが、現在はこれが当てはまりません。
• アクティブ高調波フィルタリング — 充電器を PFC 搭載ユニットに置き換えることができない場合, 配電盤の中央アクティブ高調波フィルタにより、THD を許容レベルまで低減できます。
• 導入前の配信容量の検討 — EV充電を追加する住宅用建物は、充電器を設置する前に負荷流とPQの影響調査を実施する必要があります, 問題が現れてからではない

06 電力品質の観点

このケーススタディは、今後 10 年間で頻度と深刻度が増すばかりの PQ 問題の一種を表しています。: まったく異なる負荷プロファイル向けに設計された配電インフラストラクチャに、新しい高出力非線形負荷を改修すること. EVの充電器, ヒートポンプ, および蓄電池システムはすべて、電気システムが白熱照明用に設計された住宅および商業ビルに接続されています。, 抵抗加熱, およびリニアモーター負荷.

公共事業計画の観点から, この研究で最も重要な発見は、個々の建物番号ではありません - 15 ～ 20% THD, 2.18% ピークアンバランス. これらは単一の建物規模で管理可能です. 計画上の関心事は集計です: 同じ LV 給電線上の住宅やマンションの大部分が、調整されていない充電を行う単相 EV 充電器を導入している場合, フィーダレベルの不平衡と高調波歪みは、フィーダ上のすべての顧客に影響を与えるレベルに達する可能性があります。, EV充電ビルだけではない.

参照

1. ガオピタクン A. “家庭用電力インフラに対する電気自動車充電器の影響の評価。” 応用科学, フライト. 15, しない. 11, P. 5997, 2025. DOI: 10.3390/app15115997. CC BY に基づいてオープンアクセス 3.0.
2. IN 50160:2010+A3:2019. 公共電力網から供給される電力の電圧特性. CENELEC, ブリュッセル.
3. IEEE規格 519-2022. 電力システムにおける高調波制御に関する IEEE 規格. IEEE, ニューヨーク, NY, 2022.
4. いいえ MG-1-2021. モーターと発電機 - 電圧不平衡の定義. 全国電気製造者協会, ロズリン, バージニア州.