전기 자동차 충전기 및 주거용 전력 품질 - 2주간의 현장 연구

01 맥락과 배경

전 세계적으로 전기자동차 도입이 가속화되고 있습니다., 그리고 대부분의 주거용 배전 인프라가 처리할 수 있도록 설계되지 않은 일련의 전력 품질 문제가 발생합니다.. Ngaopitakkul의 현장 연구 (2025) Chulalongkorn University에서는 방콕의 실제 주거용 콘도에 EV 충전기 배치가 PQ에 미치는 영향을 조사합니다., 태국 — 급속한 EV 도입이 전기 인프라 업그레이드를 앞지르는 도시.[1]

이 연구는 가장 일반적인 실제 시나리오를 다루기 때문에 특히 관련성이 높습니다.: 단상 레벨로 개조된 주거 인프라 2 개별 주차 공간이나 차고에 설치된 AC 충전기, 조정된 로드 관리 없이. This is not a purpose-built EV facility with balanced three-phase charging and smart load control — it is the existing electrical system of a multi-unit residential building confronted with a new generation of high-power non-linear loads that were not anticipated in the original design.

02 측정 방법론

콘도미니엄 배전반에서 2주간 연속 현장 측정 캠페인을 실시했습니다.. 측정 기간이 중요합니다: EV 충전 동작은 시간대에 따라 다릅니다., 요일, 개인별 거주 패턴. 2주 데이터 세트는 하루 또는 단일 이벤트 측정에서 놓칠 수 있는 변동성을 포착합니다., 현실적인 사용 조건에서 PQ 영향에 대한 통계적으로 의미 있는 특성을 제공합니다..[1]

다음 매개변수를 측정하고 분석했습니다.:

• 프로필 로드 — 현재 수요 대 시간, 충전 패턴 공개
• 전류 및 전압 파형 — 충전 이벤트 중 3상 RMS 값 및 파형 캡처
• 위상 대칭 — 3단계에 걸친 충전 부하 분포
• 고조파 왜곡 — 활성 충전 중 및 기준선에서의 현재 THD 분석
• 전압 불균형 — 최대 편차 방법을 사용하여 정량화 (정의 없음): 3상 평균에서 모든 상 전압의 최대 편차, 평균으로 나눈 값
• 중성 전류 — 충전 이벤트 중 크기 및 파형

03 주요 결과

측정된 PQ 매개변수

단상 충전이 지배적임 - 불균형 문제의 근원

가장 중요한 행동 발견은 단상 충전이 관찰된 사용 패턴을 완전히 지배했다는 것입니다.. 주민들은 단상 레벨을 사용했습니다. 2 AC 충전기, 단계 간 조정 없이 주차 공간이 제공되는 단계에 연결됩니다.. 결과적으로 얼마나 많은 거주자가 동시에 요금을 청구하는지, 어느 단계에 있는지에 따라 부하가 매우 불균형해집니다..[1]

이는 EV 충전기의 기술 제한이 아닙니다. 3상 충전기가 존재하며 부하를 대칭적으로 분산합니다.. 이는 주거용 EV 충전이 실제로 배포되는 방식의 결과입니다.: 개별 단위, 개별 충전기, 시스템 수준 조정 없음, 주차 수준에서 사용 가능한 단상 분기에 연결됨.

04 기술적 분석

비선형 부하로서의 EV 충전기

EV 온보드 충전기는 스위치 모드 전력 변환을 사용합니다. AC 공급 장치는 정류된 다음 고주파 스위칭 컨버터에 의해 조정되어 필요한 DC 전류를 배터리에 전달합니다.. 이로 인해 EV 충전기는 정현파가 아닌 펄스로 전류를 끌어오는 비선형 부하가 됩니다., 공급망에 고조파 전류 주입. 주요 고조파 차수는 변환기 토폴로지에 따라 달라집니다., 하지만 세 번째, 제오, 7차 고조파는 단상 충전기에 일반적입니다..[1]

충전 중에 측정된 15~20%의 현재 THD 값은 주거용 수준에 대해 게시된 데이터와 일치합니다. 2 능동 역률 보정 기능이 없는 AC 충전기. 액티브 프런트 엔드 PFC 회로를 갖춘 최신 충전기는 아래의 THD를 달성할 수 있습니다. 5%, 그러나 이는 기존 주거용 EV 충전 인구에 균일하게 배포되지 않습니다..

위상 불균형 - 중성 전류 결과

단상 부하가 1상 또는 2상에서 지배적인 경우, 3상 시스템이 불균형해짐. 4선 시스템에서, 중성선은 3상 전류의 벡터 합을 전달합니다. 이는 균형 정현파 조건에서 0입니다.. 본 연구에서 관찰된 불균형 단상 EV 충전 조건에서, 중성 전류가 중요해졌습니다, 훨씬 더 작은 전류에 맞게 크기가 조정된 도체에 열 부하를 생성합니다.. 이는 병원 PQ 사례 연구에서 논의된 삼중 고조파 중성 과부하와 동일한 메커니즘입니다. 근본 원인은 다릅니다., 중성선에 대해서도 동일한 결과.

전압 불균형 - EN의 피크 50160 한계

평균 전압 불균형 0.535% EN 내에 있습니다 50160 한도 2%. 그러나, 최고점 2.18% 동일 위상의 동시 충전 이벤트 중 한도에 접근하고 순간적으로 한도를 초과합니다.. 유틸리티 엔지니어의 경우, 이것은 중요하다: IN 50160 준수 여부는 1주간의 관찰 기간에 대한 95번째 백분위수 통계로 평가됩니다. 하루 저녁 동안 단일 피크 이벤트가 발생했다고 해서 그 자체로는 비준수로 간주되지는 않습니다.. 그러나 이는 건물 내 EV 보급률이 증가함에 따라, 피크 불균형은 비례하여 증가합니다., 통계적 분포는 한계를 향해 이동합니다..

05 Recommendations

이 연구는 EV 지원 주거용 시스템에 대한 다음과 같은 엔지니어링 조치를 식별합니다.:[1]

• 3상 EV 충전기 — 세 단계 모두에 걸쳐 충전 전류를 대칭으로 분배합니다., 소스에서 단상 불균형 문제 제거. 신규 설치 및 주요 개조에 적합
• 조정된 부하 관리 (스마트 충전) — 동일한 단계에서 동시 피크 수요를 피하기 위해 충전 일정을 제어합니다., 피크 전류 감소, 사용 시간 관리를 허용합니다.. 건물 에너지 관리 시스템 및 충전기 통신 기능이 필요합니다.
• 단계 할당 계획 — 단상 충전기 설치용, 부하 균형을 맞추기 위해 의도적으로 건물 전체의 교대 단계에 충전기를 할당합니다.. 모든 주차 공간에서 단계 할당 목록이 필요합니다.
• 중성선 평가 — 단상 EV 충전 부하가 집중되는 중성 도체를 검토하고 크기를 늘립니다.. EV 이전 건물의 중성선은 더 이상 유지되지 않는 균형 잡힌 부하 가정에 맞게 크기가 조정되었습니다.
• 능동형 고조파 필터링 — 충전기 구성을 PFC 장착 장치로 교체할 수 없는 경우, 배전반의 중앙 능동형 고조파 필터는 THD를 허용 가능한 수준으로 줄일 수 있습니다.
• 배포 전 배포 용량 연구 — EV 충전을 추가하는 모든 주거용 건물은 충전기를 설치하기 전에 부하 흐름 및 PQ 영향 연구를 수행해야 합니다., 문제가 나타난 후에는 안 된다

06 전력 품질 관점

이 사례 연구는 향후 10년 동안 빈도와 심각도가 증가할 PQ 문제 유형을 나타냅니다.: 완전히 다른 부하 프로필을 위해 설계된 배전 인프라에 새로운 고전력 비선형 부하를 개조하는 것. EV 충전기, 열 펌프, 배터리 저장 시스템은 모두 백열등용으로 설계된 전기 시스템을 갖춘 주거용 및 상업용 건물에 연결되어 있습니다., 저항 가열, 선형 모터 부하.

유틸리티 분배 계획 관점에서, 이 연구에서 가장 중요한 사실은 개별 건물 번호가 아니라 15~20% THD입니다., 2.18% 피크 불균형. 단일 건물 규모로 관리 가능. 기획의 관심사는 총체적이다: 동일한 LV 피더에 있는 상당 부분의 주택과 콘도미니엄이 조정되지 않은 충전으로 단상 EV 충전기를 배치하는 경우, 피더 레벨 불균형 및 고조파 왜곡은 피더의 모든 고객에게 영향을 미치는 수준에 도달할 수 있습니다., 전기차 충전 건물뿐만 아니라.

참조

1. 응아오피타쿨 A. “주거용 전력 인프라에 대한 전기 자동차 충전기의 영향 평가.” 응용과학, 비행. 15, 아니. 11, 피. 5997, 2025. DOI: 10.3390/앱15115997. CC BY에 따른 오픈 액세스 3.0.
2. IN 50160:2010+A3:2019. 공공 전력망에서 공급되는 전기의 전압 특성. CENELEC, 브뤼셀.
3. IEEE 표준 519-2022. 전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준. IEEE, 뉴욕, NY, 2022.
4. MG-1-2021 없음. 모터 및 발전기 - 전압 불균형 정의. 전국전기제조협회, 로슬린, 버지니아.