日程技术 现代建筑电气设计中电源谐波问题的研究 王建省廊坊荣盛建筑设计有限公司 Ｉ磁电流所占比例较大，虽然其单个容量小，数十 较多时需装置多组滤波器，既增加了成本也降低 瓦到数千瓦，但数量较多且分布很广’它们产生 。了可靠性ｔ当电网容量大，阻抗小时为保证补偿 的高次谐波也会对电力系统造成影响，加重电力 效果需要滤波器有很高的品质因数ｔ而当基波频 网的谐波污染。 率有波动时，滤波器补偿效果不理想。 ３、２、电力电子变流装置的谐波 ４、２有源电力滤波器 随着科技的发展和办公、家用电器的普及， 有源滤波器是２０世纪８０年代以来逐渐兴起 各种电力电子装置进入了电力系统，这些大大小 ｆ的谐波抑制新方法，目前已成为谐波抑制的一种 小的谐波源都给电力系统造成了谐波污染。由 趋势。有源电力滤波器也是电力电子装置，原理 于谐波的含量取决于装置本身的特性和工作状 是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产 １．前售 国际上公认的谐波定义为：“谐波是一个周 况，基本上与电力系统的参数无关，因此可看作 生一个大小相同极性相反的谐波电流，从而达 期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整 谐波恒流源。而实际上，由于电力系统，尤其是 到补偿谐波的效果。使电网电流只含有基波分 数倍”。波形畸变是指交流电力系统中电压或电 低压配电网的容量有限，谐波电流注入电力系统 量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波 流波形偏离正弦波。一个具有非正弦波形的周期 后，在系统内阻上造成的谐波压降，使电力系统 进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响， 中各点电压产生畸变。 变量可以用一组正弦变量及恒定分量之和来表 因而受到广泛的重视。 相控晶闸管整流设备￣［ＪＵ ＰＳ的前级都是通过 示。频率（或周期）与原波形的频率（或周期）相同 与无源滤波器相比，有源滤波器有以下优点： 调节嗣匍管每周期导通相位角的大小来调节输出 Ｊ （Ｉ）为高次谐波电流源，不受系统阻抗的影响。 的分量称为基波，其余频率为基波整数倍的分 直流电压的。正常工作时从电网吸收的是缺角的正 量为谐波。谐波频率和基波频率的比值称为谐 （２）没有共振现象，系统结构的变化不会影 波的次数。本文所讨论的非正弦畸变波形应该 弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正 响补偿效果。 弦波，移相角越大正弦波缺失越严重。经统计表 是周期性重复而且持续一段时间的过程，所以谐 （３）原理上比Ｌ Ｃ滤波器更为优越．用一台装 明，由整流装置产生的谐波占所有谐波的近４０％。 波是属于稳态范畴的概念。 置就能完成各次谐波的补偿。 ｆ ４ 建筑电气设计中谐波抑制的方法 （４）即使高次谐波的频率发生变化，也能完 ２、现代建筑电气设计中电源谐波研究的重 现在的谐波抑制方法的研究主要是从两个 Ｉ全补偿。 要意义 无论是智能化办公大楼、高级公寓，还是普 方面考虑，一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，（５）由于装置本身能完成输出限制，因此即 通住宅小区，除了特殊情况外，每个用户的电力 这对各种谐波源都是适用的；二是对电力电子装 使高次谐波量增大也不会过载。 目前有源电力滤波器在日本和西方国家已 来源都是公用电网。一方面，公用电网中谐波电 置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数 可控制为１，这通常适用于中小功率装置或系统【 经得到广泛的应用，在这些国家的谐波冶理中发 流和谐波电压的出现，会造成供电质量下降，它 中比较集中的主要谐波源的电力电子装置。各种 使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系 挥着至关重要的作用。 电力电子装置和非线性负载的普遍使用，引起谐 统和公用电网以外的ｉ殳备带来危害。另一方面， ５．结语 工业和民用建筑中的电力电子设备如整流、逆 波电力和无功电流大量注入电网，严重威胁电网 信息技术的发展，使基于微处理器控制设 变、交流调压、变频等；家用电器如日光灯、电视 的安全运行和电气设备的正常使用，对谐波进行 备得到迅速普及和发展。未来不少用户对电能的 机、调速风扇、空调、电冰箱等；高新技术应用 滤波和补偿已成为电力电子技术、电力系统、电 利用都要经过电力电子装置的转换和控制。因此 现代智能建筑电气设计中必须很慎重地考虑谐 的多种设备如电子计算机、敏感电子器件、功调 气自动化、理论电工等领域中的重要研究课题。器、激光切割设备等的广泛应用，又产生大量谐 目前，国内外大量使用无源滤波装置来解决这一 波以及它的不良影响，综合治理好智能建筑的 问题，但存在许多不足和缺陷。如无源滤波器的 谐波和无功功率，对提高公用电网的电能质量以 波对公用电网产生污染。 谐波对电网的危害除造成线路损耗外，谐波 设计大多针对特定频率的谐波，只能滤除特定 及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重 会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振， 次谐波，存在着与电网发生谐振的可能性，并且 要的意义，谐波问题是优化设计所要解决的技 术参数之一。 从而使谐波放大，甚至引起严重事故。例如，在民 对电网阻抗和频率变化十分敏感，体积大．损耗ｌ对干现有供电网络或待建电网中的电力污 用建筑中，常常大量使用荧光灯和其他产生大量３ 大等等。为解决这一问题，人们做了许多研究与 探讨，其中具有代表意义的为有源电力滤波器。 次谐波的灯具、计算机及各种电器，这些３次谐波 染情况，要进行仔细分析，通常解决的方法有两 从目前国外的使用情况来看，利用有源电力滤波 都从中性线流过，甚至使其电流超过各相电流。 个：一是局部重建电网结构，分离或隔离产生电 器进行谐波和无功补偿是今后抑制谐波产生的 力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进 因正常情况下中性线电流比各相电流小得多，因 个发展趋势。 行治理，通常电压谐波是由电流谐波产生的，有 而设计时中性线的导线较细。在大量３次谐波电 ４、ｌ采用ＬＣ组成的无源调谐滤波器 流流过中性线时，就会使导线过载过热、绝缘损 效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的 以前传统的谐波补偿办法主要是采用Ｌ Ｃ组 坏，进而发生短路，引起火灾。我国己发生多起由 范围。国内外很多单位已开始重视电源污染的治 成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和 于这一原因而引起的重大火灾，造成惨痛损失， 理，投资安装电源净化滤波装置，取得了提高电 电盟器适当组合而成。它利用电容，电感在谐波ｌ 源品质和节能的双重效果。 因此我们对电源谐波必须引起足够的重视。 ｆ频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使 ３ 现代建筑谐波的来源 谐波导入大地脱离电网。 ３、１、低压电器的谐波 它工作在基波时呈容性，能够同时补偿电Ｊ 由低压电网供给电源的各种电器设备，在 现代建筑中的办公楼、商住楼、住宅公寓中广泛 网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行 ｛使用。在这些低压电器中，有不少含有非线性元 件，也会有谐波电流产生，如电视机、各种节能 费用低等优点，一直被广泛使用。但它缺点也较 灯、电冰箱、洗衣机、微波炉、计算机、空调用压 多：受电网阻抗和运行状态影响大，易和系统发 ．一 缩机、高层建筑用的大型电梯等，都带有小功率 生并联谐振，导致谐波放大，甚至过载烧毁；它ｆ的整流装置，有的电器带有小容量变压器，其励 也只能补偿固定频率的喈波，当所需补偿谐波
