民用建筑電力系統(tǒng)諧波污染及治理方法研究

（佛山市景勝電力電器安裝有限公司，廣東 佛山 528000）

1 諧波產(chǎn)生的原因及性質(zhì)

電力系統(tǒng)中，諧波的主要來源為非線性負(fù)載。在建筑民用電氣中，諧波主要的來源為以下五點(diǎn)：第一，整體的照明系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)光的相關(guān)設(shè)備及照明鎮(zhèn)流器；第二，在辦公中的具備自動(dòng)化的設(shè)備，包括打印機(jī)、計(jì)算機(jī)及復(fù)印機(jī)等；第三，經(jīng)常開關(guān)電源以及不間斷的U P S電源；第四，在動(dòng)力設(shè)備中存在的促進(jìn)變頻轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，如電梯、空調(diào)等動(dòng)力設(shè)備；第五，其它相關(guān)的非線性的家用電子、電器設(shè)備。電流穿過這些具有負(fù)載的電器設(shè)備時(shí)，與施加的電壓力不呈現(xiàn)線性關(guān)系，就能夠形成電流即非正弦性電流，諧波便在電路中存在。諧波也屬于正弦波的一種類型，依據(jù)不同頻率、不同幅度以及相角，定位不同的諧波，諧波存在的頻率是由基波頻率決定的，即為整倍數(shù)的基波。又按諧波產(chǎn)生次數(shù)的不同分偶次和奇次諧波兩類。當(dāng)三相系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)下，對稱關(guān)系的存在導(dǎo)致偶次諧波逐漸消除，只剩下奇次諧波，因此危害電力系統(tǒng)最大的是奇次諧波。

圖1 u1、u3及其疊加波形

圖2 u1、u3、u5及其疊加波形

另外，諧波的疊加性是另一個(gè)特性，譬如，當(dāng)諧波只在整個(gè)電網(wǎng)中出現(xiàn)3次時(shí)，原有的正弦波受到了影響，表現(xiàn)如圖1所示。

當(dāng)3和5次諧波同時(shí)存在時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致正弦波的變化較為顯著，如圖2所示。

如果不間斷地繼續(xù)疊加，則質(zhì)的變化在原正弦波身上發(fā)生。因此可見，電網(wǎng)受到諧波的巨大影響。

2 諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的主要危害在民用建筑電氣中的具體體現(xiàn)

2.1 用電設(shè)備以及變壓器的額外附加損耗程度加深

基本電流出現(xiàn)整倍數(shù)是便是產(chǎn)生了諧波電流，當(dāng)高頻率的電流通過導(dǎo)體時(shí)，對集膚效應(yīng)、渦流以及磁滯有一定的影響，相應(yīng)出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，從而對電能及變壓器的額外附加耗損更大。

2.2 輸電線路受到電源的影響

當(dāng)諧波流經(jīng)電力和電纜時(shí)，由于電纜存在的電容對諧波有放大作用，集膚效應(yīng)在電纜中嚴(yán)重程度較高，電纜本身的溫度過高，額外的附加耗損增大，而電力及電纜本身具備的載流能力受到限制，出現(xiàn)減

低及導(dǎo)線燒壞的影響，從而導(dǎo)致活在的發(fā)生。

2.3 電力測量設(shè)備受到諧波危害影響讀數(shù)的正確性

正弦設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)控制在電流為5 0 H z的電力計(jì)量裝置中，當(dāng)諧波存在在供電電壓或者是在負(fù)荷電流中時(shí)，對感應(yīng)式的電能表的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。在諧波存在的前提下，應(yīng)用電子式的電能表實(shí)行計(jì)量時(shí)，在非線性負(fù)荷端口時(shí)，電流表不僅僅記錄了負(fù)荷吸收的全部基波電能外還對小部分的諧波電能進(jìn)行消減，諧波源雖然對電網(wǎng)造成了污染。

2.4 對民用的抵押器以及辦公的有效運(yùn)行出產(chǎn)影響，設(shè)備效率受到影響

諧波的主要來源也會(huì)受到諧波的危害影響，如家用的很多電器、燈具等，包括打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、繪圖儀器等。諧波的存在造成計(jì)算機(jī)本身具備的數(shù)據(jù)消失及程序包發(fā)生錯(cuò)誤，使依靠自動(dòng)化控制的電器無法實(shí)現(xiàn)正常工作，給日常生活造成影響，帶來諸多不便，如電視機(jī)、洗衣機(jī)、收音機(jī)等電器。

2.5 干擾通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行

國際上一直關(guān)注并重視諧波對通訊系統(tǒng)造成的干擾，對于這個(gè)問題進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。諧波首先對鄰近的通訊線路分別產(chǎn)生諧波電壓和電流的干擾，對諧波電壓產(chǎn)生的干擾是靜電，而對諧波電流的干擾則是電磁。諧波對通訊系統(tǒng)造成噪音的干擾，減低對信號的發(fā)送及接收質(zhì)量，減低語占、圖像的清晰程度，較為嚴(yán)重的干擾會(huì)導(dǎo)致通訊系統(tǒng)無法發(fā)生正確的信息傳導(dǎo)，是導(dǎo)致信號丟失的導(dǎo)火索，系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

3 高次諧波的有效測量方法

測量諧波的主要方法為：基于傅立葉的理論進(jìn)行變換的測量方式；以神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的檢測方法；以瞬時(shí)的無功功率為基礎(chǔ)理論的測量方式；在對小波進(jìn)行有效分析檢測的方法。依據(jù)現(xiàn)實(shí)發(fā)生的不同狀況進(jìn)行方法的有效選擇。而傅立葉提出的理論及方法是目前諧波測量最根本的一種方法，在諧波的測量儀器中具有廣泛而長遠(yuǎn)的作用；將瞬時(shí)的無功功率作為基礎(chǔ)理論，得出結(jié)論是實(shí)時(shí)的檢測諧波具有電力濾波器時(shí)和無功電流間的方法，也可以將領(lǐng)域拓展到無功補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)的抑制諧波方面；而已小波進(jìn)行分析和以神經(jīng)神經(jīng)整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的測量方式是現(xiàn)階段存在最熱門的話題，是正在進(jìn)行深入了解和不斷研究的新的方法、理論，對諧波測量具有實(shí)施可行性及精度均有所提高。諧波污染的嚴(yán)重程度不斷加深是受非線性負(fù)荷在電網(wǎng)中增多影響的。諧波測量應(yīng)該遵循由簡單到復(fù)雜的方法，從函數(shù)的簡單運(yùn)算分析再到復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算分析和處理信號的方向繼續(xù)發(fā)展，同時(shí)這些計(jì)算方法必須滿足智能化的方向。

4 抑制諧波危害的治理方法

抑制諧波的基本思路及方法總共有三點(diǎn)：第一，將諧波補(bǔ)償裝置進(jìn)行安裝對諧波進(jìn)行補(bǔ)償；第二，對電子和電力設(shè)備自身進(jìn)行有效的改造和升華，避免產(chǎn)生諧波的可能性，將功率的最大因素控制在1；第三，通過市電網(wǎng)對諧波的控制采取具有針對性且有效的措施。其具體的抑制方法如下：

第一，電抗器的適時(shí)

適當(dāng)安裝變頻器存在的輸入側(cè)功率的因數(shù)功能受A C-D C的內(nèi)部裝置的相應(yīng)電路變換系統(tǒng)影響，通過對D C電抗器進(jìn)行有效矯正，利用并聯(lián)的功率因數(shù)對其進(jìn)行矯正，而電源A C的側(cè)串聯(lián)電抗器的應(yīng)用方法，則是使T H D V的進(jìn)線電流減低至0.3-0.5，是沒有加電抗器的1/2左右的諧波電流。

第二，電力濾波器裝設(shè)必須具備有源性

現(xiàn)階段唯一應(yīng)用的較為傳統(tǒng)的電力濾液器是L C的調(diào)試濾液器，而隨著科技技術(shù)的發(fā)展諧波的抑制目前及未來的發(fā)展趨勢均為電力濾液器必須具備的是有源性。它應(yīng)用在串聯(lián)電路或者是并聯(lián)電路中時(shí)，實(shí)時(shí)從需要的補(bǔ)償?shù)碾娐穼ο笾袡z測發(fā)現(xiàn)了諧波電流，通過安裝的補(bǔ)償裝置產(chǎn)生出一個(gè)同該諧波電流伏安相等、方向反向的補(bǔ)償電流，保證電網(wǎng)的電流只包含基波的分量。而該濾波器能夠?qū)Ψ导邦l率均發(fā)生變化的諧波持續(xù)的跟蹤及補(bǔ)償，其特殊的性質(zhì)不受任何的系統(tǒng)因素的影響，不存在諧波放大的潛在危險(xiǎn)，受到各地的關(guān)注，在日本等國家獲得了較為廣泛、全面的運(yùn)用。

第三，應(yīng)用脈沖整流的多相方法

條件允許的情況下，或者是對諧波限制較小的情況下，應(yīng)該應(yīng)用脈沖整流的多相方法。例如，T H D V下的1 2相的脈沖整流控制在0.1-1.5，而1 8相的脈沖整流控制在0.3-0.8，符合國際上的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的要求。而唯一不足的是它的應(yīng)用必須滿足專屬的變壓器，不利于對設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新及突破性改造，而且花費(fèi)資金費(fèi)用較高。

第四，應(yīng)用濾波模塊相關(guān)的組件

現(xiàn)階段市場上并不缺乏抗傳導(dǎo)的具備濾波模塊的相關(guān)模件及組件。濾波器的干擾能力不容小覷，同時(shí)對于自身具備的防用電器本的干擾因素同樣傳遞給電源，部分還具備尖峰的電壓吸收能力，對電器的應(yīng)用好處頗多。

第五，新型變流器的開發(fā)和應(yīng)用

多重化技術(shù)的應(yīng)用在減少諧波的大容量的變流器身上。整流器具備功率較高主要應(yīng)用的是逆變器的P WM型號，其化身為四象限的變頻器具備交流及調(diào)速的功能。該變頻器的正弦波來自于輸出的電流及電壓，同時(shí)進(jìn)入的電流仍為正弦波，功率因數(shù)仍控制在1，同時(shí)具備能量可以相互傳遞的作用，明確指出了該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢及方向。

綜上所述，一般住宅尚未出現(xiàn)諧波危害造成的不良后果，而現(xiàn)階段最該考慮的是公共建筑和通訊建筑，應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙承?，安裝調(diào)諧濾波的電容器組。在無法估計(jì)具體的諧波值時(shí)不應(yīng)盲目的選擇濾波器類型，經(jīng)過系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)證后，方可進(jìn)行實(shí)測諧波數(shù)值，在選擇諧波抑制的相關(guān)治理方法。

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[2]王兆安，楊君.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998，15（10）:13-36.