一、前言

当前我国电网整体稳定性已显著提升，彻底解决了过去使用白炽灯时电压不稳导致的"鬼火"现象。但在工业区大型设备集中运行（如电动机等感性负载），以及偏远地区自建小水电站等特殊场景中，电网仍可能出现电压骤降、瞬时冲击、过压/欠压及频率偏移等异常波动。

这些电网扰动会直接影响车载充电机（OBC）等开关电源设备的正常工作，严重时甚至造成设备损坏。作为电动汽车能量补给的核心部件，采用开关电源技术的OBC本身故障率较高，其中约70%的故障源于电网异常波动，尤以功率因数校正模块（PFC）受损最为突出。因此，强化OBC的电网扰动耐受设计，建立完善的电网异常模拟测试体系，已成为保障电动汽车充电安全的关键环节。

在电网扰动频发的应用场景中，OBC的电网适应性直接决定了充电效率与设备使用寿命。具体而言，工业区电动机启停造成的电压凹陷、雷击引发的瞬态过压、小水电并网导致的频率漂移，以及用户侧非线性负载产生的谐波污染等复合扰动，都会对OBC产生连锁影响。当电网异常超过设计阈值时，OBC的过/欠压保护电路会反复触发，这不仅造成充电中断影响用户体验，长期更会加速功率器件老化，严重时直接导致IGBT模块击穿或直流母线电容爆裂等硬件故障。

要实现"防患于未然"的可靠性目标，需要从两个维度建立保障机制：首先是建立覆盖典型电网异常的测试矩阵，除常规的电压波动（±20%Un）、频率偏移（45-55Hz）测试外，还应包含毫秒级电压骤降（100%深度跌落）、千伏级雷击浪涌等极端工况模拟；其次是构建区域性电网特征数据库，针对西北风电汇集区、东南沿海雷电高发区、西南小水电密集区等特殊场景，开发差异化的保护算法和拓扑优化方案。

当前行业面临的核心挑战在于，虽然GB/T 18487.1等标准规定了基础测试要求，但针对新型电力系统衍生的宽频振荡、直流偏磁等新型扰动，以及V2G双向充放电模式下的复合应力测试，尚未形成统一的国际测试规范。这要求整车厂在OBC开发阶段，既要满足国标要求，更要前瞻性布局海外市场的认证需求，通过构建模块化测试平台实现"一次测试，多标认证"的兼容性设计。

二、AC交流电网的波动或异常有哪些？

以下是一部分电网异常或者波形波形和情况说明：

1、电压异常

（1）电压暂升

• 定义：电源电压在短时间内突然升高，上升幅度通常在额定电压的10%-100%之间，持续时间从几毫秒到数秒不等。
• 原因：大型设备启动、电网故障或雷击等。比如工厂中大型电机启动时，会从电网吸收大量电流，导致电网电压瞬间升高。

（2）电压暂降

• 定义：电源电压在短时间内突然降低，下降幅度一般在额定电压的10%-90%之间，持续时间也为几毫秒到数秒。
• 原因：电力系统故障、大容量负载突然投入运行等。比如当城市电网中某个区域发生短路故障时，附近用户的电压可能会出现暂降现象。
  

（3）电压持续偏差

• 定义：电源电压长时间偏离额定值，可能是偏高或偏低。
• 原因：电网负载不平衡、变压器分接头调整不当或供电线路过长等。
• 
  

（4）电压闪变

• 定义：电源电压幅值在短时间内快速、周期性地变化，导致灯光闪烁等现象。
• 原因及影响：电弧炉、电焊机等冲击性负载引起，这些负载在工作时会周期性地从电网吸收大量电流，造成电压波动。影响人的视觉舒适度，对一些对电压稳定性要求较高的设备也可能产生干扰。

（5）浪涌

• 定义：电源电压在极短时间内（通常为微秒级）出现的大幅度瞬态过电压现象，其幅值可能是额定电压的数倍甚至数十倍。
• 原因及影响：雷击、开关操作、静电放电等。可能会损坏电气设备的绝缘，烧毁电子元件，对电力系统和电气设备的安全运行构成严重威胁。

（6）电压尖峰

• 定义：一种持续时间极短（通常在纳秒到微秒级）的电压脉冲，其幅值远高于正常电压水平。
• 原因及影响：电路中的感性负载（如电动机、变压器等）突然断电、电力电子器件的快速开关动作或雷击等。可能会击穿电气设备的绝缘，损坏电子元件，尤其是对一些敏感的电子设备，如计算机芯片、通信设备等，危害较大。

2、频率异常

（1）频率偏移

• 定义：电力系统的实际运行频率偏离额定值（通常为50Hz或60Hz），偏移范围一般在±0.5Hz到±2Hz之间。
• 原因：发电功率与用电负荷不匹配。比如当电网中发电机出现故障跳闸，而负荷没有及时调整时，系统频率就会下降。

（2）频率振荡

• 定义：系统频率在一定范围内周期性地波动，振荡频率通常较低，一般在0.1Hz-2Hz之间。
• 原因：电力系统中各发电机之间的功率不平衡、控制系统参数设置不当或电力系统的阻尼特性不好等。

（3）低频振荡

• 定义：频率范围通常在0.1Hz-2Hz之间，是电力系统中发电机之间的功率振荡现象。
• 原因及影响：电力系统中存在的各种扰动以及系统的阻尼特性不足。可能导致发电机转子绕组过热、机械部件磨损，严重时可能引发系统不稳定，导致大面积停电事故。

3、波形畸变

（1）谐波失真

• 定义：理想的AC交流电是正弦波，但由于电力系统中存在大量的非线性负载（如整流器、变频器、电弧炉等），会导致电流和电压波形发生畸变，产生谐波。谐波含量通常用总谐波失真（THD）来表示。
• 影响：当THD超过一定值（如5%）时，会对电气设备产生不良影响，如使电机发热、损耗增加，干扰通信系统等。

（2）高频干扰

• 定义：频率通常在几十千赫兹到几百兆赫兹甚至更高，主要由电力电子设备、通信设备、电磁辐射源等产生。
• 影响：对电气设备的正常运行产生干扰，影响设备的性能和可靠性，例如导致电子设备的信号失真、控制系统误动作等。

4、三相不平衡

• 定义：在三相交流电力系统中，三相电压或电流的大小不相等、相位差不为120°的情况。
• 原因：三相负载分配不均匀、单相负载过大或供电线路阻抗不对称等。长期的三相不平衡运行会导致电机发热、振动，变压器损耗增加，甚至可能引起继电保护装置误动作。

5、电源中断

• 定义：交流电完全停止供应。
• 原因：电力系统故障（如发电厂故障、输电线路断裂、变电站设备故障等）或外部因素（如自然灾害破坏电力设施）。导致所有依赖电力的设备停止工作，给生产生活带来严重影响。对于一些对供电连续性要求极高的场所（如医院手术室、数据中心等），可能会造成重大损失。

6、其他异常情况

比如以下严重的波形失真：

• 波形一：
  
• 波形二：
• 波形三：

当然了，AC电网的异常情况有很多了，我们不可能完全了解和枚举。只能说我们需要不断的收集和识别各种电网的异常情况。并在OBC的开发过程中不断的去兼容和适配这些异常，提高OBC的电网适应能力。

三、OBC开发过程中如何进行电网适应性的测试呢？

车载OBC的开发过程中，通常需要进行至少三次电网适应性测试与验证：

1. A样阶段测试：在A样产品硬件基本稳定、控制策略调试完成且主要保护功能实现后，即可开展电网适应性测试。该阶段主要验证OBC对电网异常波动的抵抗能力。
2. C样阶段测试：在产品设计冻结前，需完成全面的电网适应性与兼容性测试，包括电网异常工况下的耐久性测试。
3. 整车阶段测试：OBC装车后，需在不同区域电网环境和各类充电桩异常工况下进行验证。建议选择充电桩密集区域（如京津冀、江浙沪、广深、西南等地）主流充电桩品牌进行测试。有出口需求时，还应前往目标市场进行本地化验证，或选择第三方认证机构（如中汽研）开展摸底测试。

需要注意的是，这三个阶段的测试重点有所不同：前两次测试主要验证产品控制策略对电网异常的适应能力及保护机制的及时性；整车级测试则更关注与充电桩的匹配情况，包括CC/CP信号异常匹配（不涉及充电枪与充电座的匹配）以及异常充电桩策略的兼容性等。

特别说明：进行兼容测试的目的主要是在尽量适配更多电网异常情况下自身不损坏。提高产品的稳定性。而不能过度奢求产品在各种电网异常状况下还能正常工作。

电动汽车交流充电互操作性测试系统结构（来源于GB/T 34657.2）

针对OBC如何从控制策略上去应对电网的异常波动，这个后面有机会再聊。

四、结语

总之，OBC进行AC电网异常兼容性测试不仅是保障充电安全、提高设备使用寿命和满足法规要求的关键手段，也是推动电动汽车技术发展和行业标准化的重要环节。