Пуњачи за електрична возила и квалитет електричне енергије у домаћинствима — двонедељна теренска студија
| Сајт | Стамбени кондоминијум — Бангкок, Тајланд |
| Трајање мерења | Две недеље непрекидног мерења на терену |
| Тип ЕВ пуњача | Једнофазни ниво 2 АЦ пуњачи (доминантан образац употребе) |
| Неравнотежа напона | Просечно 0.535% · Пеак 2.18% током активног пуњења |
| Тренутни ТХД током пуњења | 15–20% — значајно повећање у односу на почетну линију |
| Неутрална струја | Значајно — вођено доминацијом једнофазног оптерећења |
| Инфраструктурно стање | Додатно опремљен — није првобитно дизајниран за пуњење ЕВ |
| Кључни налаз | Једнофазно ЕВ пуњење ствара фазни дисбаланс и хармонично убризгавање које постојеће стамбене инсталације нису дизајниране да се носе |
01 Контекст и позадина
Усвајање електричних возила се убрзава глобално, а са њим долази и скуп изазова у погледу квалитета електричне енергије за које већина стамбене дистрибутивне инфраструктуре никада није била дизајнирана. Ова теренска студија Нгаопитаккула (2025) на Универзитету Цхулалонгкорн испитује утицај на ПК примене ЕВ пуњача у стварном стамбеном кондоминијуму у Бангкоку, Тајланд — град у којем брзо усвајање електричних возила надмашује надоградњу електричне инфраструктуре.[1]
Студија је посебно релевантна јер се бави најчешћим сценаријем из стварног света: реконструисана стамбена инфраструктура са монофазним нивоом 2 АЦ пуњачи инсталирани на индивидуалним паркинг местима или гаражама, без координисаног управљања оптерећењем. Ово није наменски изграђен ЕВ објекат са балансираним трофазним пуњењем и паметном контролом оптерећења – то је постојећи електрични систем стамбене зграде са више јединица суочен са новом генерацијом нелинеарних оптерећења велике снаге која нису била предвиђена у оригиналном дизајну.
Изазов ЕВ пуњача који представљају дистрибутивне мреже разликује се по карактеру од индустријских хармонијских проблема који доминирају већином ПК литературе. Индустријски хармонијски извори су концентрисани, предвидљив, и често подлеже студијама комуналних прикључака. Дистрибуирају се кућни ЕВ пуњачи, стохастички, и прикључен на нисконапонску мрежу на тачкама које никада нису биле пројектоване да апсорбују значајна хармонична или неуравнотежена оптерећења. Инжењеру комуналних предузећа који планира дистрибуцију надоградње су потребни подаци са терена управо из ове врсте подешавања.
02 Методологија мерења
Двонедељна кампања континуираног мерења поља спроведена је на електричној дистрибутивној табли стана. Важно је трајање мерења: Понашање при пуњењу ЕВ варира у зависности од доба дана, дан у недељи, и индивидуалних резидентних образаца. Двонедељни скуп података обухвата варијабилност коју би једнодневно или једнодневно мерење пропустило, и пружа статистички значајну карактеризацију ПК утицаја у реалним условима коришћења.[1]
Измерени су и анализирани следећи параметри:
- Учитај профиле — тренутна потражња у односу на време, откривање образаца пуњења
- Таласни облици струје и напона — трофазне РМС вредности и хватање таласног облика током догађаја пуњења
- Фазна симетрија — distribution of charging load across the three phases
- Хармонијска изобличења — current THD analysis during active charging and at baseline
- Неравнотежа напона — quantified using the maximum deviation method (НЕМА дефиниције): maximum deviation of any phase voltage from the three-phase mean, подељено средњом вредношћу
- Неутрална струја — magnitude and waveform during charging events
This study used the NEMA maximum deviation method for voltage unbalance, which requires only phase voltage magnitudes. The IEC symmetrical components method (ratio of negative-sequence to positive-sequence voltage) is more rigorous but requires phasor measurements. For small unbalances below approximately 3%, both methods give similar numerical results. The peak unbalance of 2.18% reported in this study would be close to the EN 50160 limit of 2% под било којом од дефиниција — чинећи налаз релевантним и за северноамеричку и за праксу ИЕЦ.[2]
03 Кључни налази
Измерени ПК параметри
| Параметар | Баселине (нема пуњења) | Током активног ЕВ пуњења | Стандардно ограничење | Статус |
|---|---|---|---|---|
| Цуррент ТХД | Ниска — нормална стамбена основна линија | 15–20% | ИЕЕЕ 519: 5–8% ТДД и ЛВ ПЦЦ | ЕЛЕВАТЕД |
| Неравнотежа напона (авг) | Испод 0.5% | 0.535% просек | У 50160: ≤ 2% (95% недеље) | У границама |
| Неравнотежа напона (врхунац) | Испод 0.5% | 2.18% врхунац | У 50160: ≤ 2% (95% недеље) | АТ ЛИМИТ |
| Неутрална струја | Ниско | Значајно повишен | Није директно ограничен — ризик од величине | МОНИТОР |
| Симетрија фазног оптерећења | Приближно избалансирано | Једнофазна доминантна | Избалансирано оптерећење предвиђено у дизајну | ИМБАЛАНЦЕД |
| Извор: Нгаопитаккул (2025).[1] Двонедељно мерење на терену, Бангкок цондоминиум. Неуравнотеженост напона методом максималног одступања НЕМА. | ||||
Доминира једнофазно пуњење — корен проблема неравнотеже
Најзначајнији налаз у понашању је да једнофазно пуњење потпуно доминира у посматраним обрасцима коришћења. Становници су користили једнофазни ниво 2 АЦ пуњачи, connected to whichever phase their parking space happened to be served by — without any coordination across phases. The result is a highly unbalanced load that varies with how many residents charge simultaneously and which phase they are on.[1]
This is not a technology limitation of EV chargers — three-phase chargers exist and would distribute the load symmetrically. It is a consequence of how residential EV charging is deployed in practice: individual units, individual chargers, no system-level coordination, connected to whatever single-phase branch is available at the parking level.
The condominium’s electrical infrastructure was not originally designed for EV charging loads. In retrofitted buildings, ефекти ЕВ пуњења су често погоршани ограничењима дизајна: неутрални проводници димензионисани за пре-ЕВ оптерећење, разводне плоче без резервног капацитета, и жице које нису пројектоване за комбинацију велике јачине струје и значајног садржаја хармоника. Зграда дизајнирана данас са ЕВ пуњењем на уму би имала фундаментално другачију електричну архитектуру - трофазне пуњаче, управљани системи пуњења, превелике неутралне, и процена капацитета дистрибуције која укључује оптерећење ЕВ од самог почетка.
04 Тецхницал Аналисис
ЕВ пуњачи као нелинеарна оптерећења
Уграђени пуњачи за ЕВ користе конверзију струје у комутираном режиму — напајање наизменичном струјом се исправља, а затим регулише високофреквентним прекидачким претварачем како би се батерија испоручила потребној једносмерној струји. Ово чини ЕВ пуњач нелинеарним оптерећењем које црпи струју у импулсима, а не синусоидом, убризгавање хармонијских струја у напојну мрежу. Доминантни хармонијски редови зависе од топологије претварача, али треће, пети, а седми хармоници су типични за једнофазне пуњаче.[1]
Тренутне вредности ТХД од 15–20% измерене током пуњења су у складу са објављеним подацима за стамбени ниво 2 АЦ пуњачи без корекције активног фактора снаге. Модерни пуњачи са активним предњим ПФЦ круговима могу постићи ТХД испод 5%, али они нису равномерно распоређени у постојећој популацији за пуњење електричних возила у домаћинствима.
Фазни дисбаланс — последица неутралне струје
Када једнофазна оптерећења доминирају на једној или две фазе, трофазни систем постаје неуравнотежен. У четворожилном систему, неутрални проводник носи векторску суму три фазне струје - која је под балансираним синусоидним условима нула. Под неуравнотеженим једнофазним условима пуњења ЕВ који су примећени у овој студији, неутрална струја је постала значајна, стварајући топлотно оптерећење на проводнику који је димензионисан за много мању струју. Ово је идентичан механизам као троструко хармонијско неутрално преоптерећење о којем се говори у студијама случаја болничких ПК — различити основни узрок, иста последица за неутрални проводник.
Неравнотежа напона — врх на ЕН 50160 лимит
Просечна неравнотежа напона од 0.535% је добро у оквиру ЕН 50160 limit of 2%. Међутим, врхунац 2.18% током истовремених догађаја пуњења на истој фази приближава се и тренутно прелази границу. За комуналног инжењера, ово је важно: У 50160 усклађеност се оцењује као 95-перцентилна статистика током једнонедељног периода посматрања — један вршни догађај током једне вечери сам по себи не представља неусаглашеност. Али то сигнализира да како се продирање ЕВ у зграду повећава, вршна неравнотежа ће се пропорционално повећати, а статистичка расподела ће се померити ка граници.
Један кондоминијум са десетак ЕВ пуњача производи вршну неравнотежу близу ЕН 50160 лимит. Дистрибутивни довод који опслужује десет таквих зграда — што је реалан краткорочни сценарио у било којој урбаној области са активним усвајањем ЕВ — могао би да произведе трајну неравнотежу која прелази границу на нивоу НН довода, а да ниједна појединачна зграда не крши услове своје везе. Ово је проблем планирања ПК на нивоу мреже који захтева праћење на нивоу фидера, не само на појединачним прикључцима купаца.
05 Препоруке
Студија идентификује следеће инжењерске мере за стамбене системе спремне за ЕВ:[1]
- Трофазни ЕВ пуњачи — дистрибуирати струју пуњења симетрично на све три фазе, елиминисање проблема једнофазног дисбаланса на извору. Погодно за нове инсталације и веће реконструкције
- Координирано управљање оптерећењем (паметно пуњење) — контролишите распореде пуњења да бисте избегли истовремену вршну потражњу у истој фази, смањити вршну струју, и омогућавају управљање временом коришћења. Захтева систем управљања енергијом зграде и могућност комуникације пуњача
- Планирање доделе фаза — за инсталације једнофазних пуњача, намерно доделити пуњаче наизменичним фазама широм зграде како би се избалансирало оптерећење. Захтева инвентар фазних задатака на свим паркинг местима
- Процена неутралног проводника — прегледајте и повећајте неутралне проводнике где су концентрисана једнофазна оптерећења ЕВ пуњења. Неутрални проводник у згради пре-ЕВ је димензионисан за претпоставку уравнотеженог оптерећења која више не важи
- Активно хармонијско филтрирање — ако се популација пуњача не може заменити јединицама опремљеним ПФЦ, централни активни хармонички филтер на дистрибутивној плочи може смањити ТХД на прихватљиве нивое
- Студија капацитета дистрибуције пре распоређивања — свака стамбена зграда која додаје ЕВ пуњење треба да спроведе студију тока оптерећења и ПК утицаја пре инсталирања пуњача, не након појаве проблема
Пре било каквог капиталног издатка, најнепосредније и без трошкова ублажавање је планирање доделе фазе. Ревизија која се паркинг места опслужују у којој фази и намерно додељивање нових прикључака ЕВ пуњача на фазу са најмање оптерећења не кошта ништа и директно смањује вршну неравнотежу. То неће решити проблем хармоније, али се бави доминантним узроком преоптерећења неутралне струје и неравнотеже напона без капиталних трошкова.
06 Перспектива квалитета струје
Ова студија случаја представља класу ПК проблема који ће само расти у учесталости и тежини током наредне деценије: ретрофит нових нелинеарних оптерећења велике снаге на дистрибутивну инфраструктуру која је дизајнирана за потпуно другачији профил оптерећења. ЕВ пуњачи, топлотне пумпе, и системи за складиштење батерија се повезују са стамбеним и пословним зградама чији су електрични системи пројектовани за осветљење са жарном нити, отпорно загревање, и линеарна оптерећења мотора.
Из перспективе планирања комуналне дистрибуције, најважнији налаз у овој студији нису појединачни бројеви зграда — 15–20% ТХД, 2.18% вршна неравнотежа. Овим се може управљати на нивоу једне зграде. Проблем планирања је агрегат: када значајан део домова и кондоминијума на истом ЛВ напајачу користи једнофазне ЕВ пуњаче са некоординисаним пуњењем, неуравнотеженост и хармонијска дисторзија на нивоу фидера могу достићи нивое који утичу на све потрошаче на фидеру, не само зграде за пуњење електричних возила.
Utility engineers who spent their careers managing harmonics from industrial loads and capacitor switching transients from distribution feeders are now facing a distributed, residential-scale version of the same problem — amplified by the speed of EV adoption and the absence of utility-visible metering at the individual charger level. The traditional utility PQ toolbox — PCC measurements, ИЕЕЕ 519 compliance studies, harmonic filter specifications for large industrial customers — was not designed for millions of 7 kW residential loads distributed across the LV network. New monitoring strategies, new planning tools, and new connection conditions for residential EV charging are all in active development. Ова теренска студија из Бангкока је једна тачка података у скупу података који индустрија хитно треба да изгради.
Референце
- Нгаопитаккул А. “Процена ефеката пуњача за електрична возила на стамбену електроенергетску инфраструктуру.” Примењене науке, лет. 15, не. 11, П. 5997, 2025. ДОИ: 10.3390/апп15115997. Отворен приступ под ЦЦ БИ 3.0.
- У 50160:2010+А3:2019. Напонске карактеристике електричне енергије коју испоручују јавне електричне мреже. ЦЕНЕЛЕЦ, Брисел.
- ИЕЕЕ Стд 519-2022. ИЕЕЕ стандард за хармонијску контролу у електроенергетским системима. ИЕЕЕ, Њујорк, НИ, 2022.
- НЕ МГ-1-2021. Мотори и генератори — Дефиниција неравнотеже напона. Национално удружење произвођача електричне енергије, Росслин, ВА.
Нгаопитаккул А. “Процена ефеката пуњача за електрична возила на стамбену електроенергетску инфраструктуру.” Примењене науке, 15(11), 5997, 2025.
ДОИ: 10.3390/апп15115997 · Прочитајте оригинални чланак на МДПИ →
Објављено отвореног приступа под ЦЦ БИ 3.0. Ова студија случаја је представљена у облику сажетка и коментара. Одељак ПК Перспецтиве (Одељак 6) је оригинални ИПКДФ уреднички коментар Дениса Руеста, мр. (Примењено), П.Енг. (рет.). ИПКДФ не полаже право на ауторство оригиналног истраживања.