论文部分内容阅读
摘 要 当前，建筑用电系统所产生的谐波已经成为我国城市公共电网的一个巨大污染源，它所带来的环境问题已经不容忽视。本文笔者简要介绍了谐波污染源的相关问题，并说明了谐波污染与无功功率之间的关系，最终从建筑节能和环保角度提出一些控制措施，。
关键词 建筑供用电系统 谐波污染控制 无功功率补偿
据相关调查数据显示，电网的谐波大约有40%都是来自于建筑用电系统的，这些谐波不仅会严重污染用电电网，而且会造成电能的生产、传输以及利用效率降低，更有甚者会导致建筑内的电气设备过热、产生噪声，进而加快电路老化，缩短用电设备的使用寿命，威胁人们的生命财产安全。所以，现阶段加强对建筑供电系统的谐波污染控制与无功功率补偿具有十分重要的现实意义。
一、建筑供用电系统的谐波和无功功率
（一）谐波
今天，人们所使用的每一度电都离不开供用电系统，然而随着用电设备的不断增多，谐波也会产生得越来越多。所谓谐波，是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变而产生的，现在人们经常使用的电子装置、变频装置等，这些伏安特性为非线性的设备都会产生谐波。这些谐波轻则导致导线过载、绝缘损坏，重则引发短路和火灾。
（二）谐波污与无功负荷的关系
可以看出，在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。在建筑供用电系统中，各种变压器、荧光灯、整流器以及开关电源等都是典型的阻感负荷，它们所消耗的无功功率在供用电系统消耗的无功功率中占有很大比例。而且这些阻感负（产生谐波的设备往往都是消耗基波无功功率的设备，要想真正控制谐波，我们就需要采取补偿基波无功功率以及提高功率因数。
二、建筑供用电系统谐波污染的控制方法分析
（一）谐波污染控制
通常来说，我们可以采取传统的控制谐波的方法，那就是设置无源LC滤波器。它是由谐波电抗器、电容器和电阻器三个部分组合而成的滤波装置，它和谐波源并联，不仅能够起到滤波的功效，还兼有无功补偿的作用。在当前的供用电系统中，大量使用谐波源设备还须得注意两个方面的问题：一是要把建筑供用电系统作为整体统一来考虑谐波的控制问题；二是要把谐波控制与无功补偿结合起来。下面，笔者针对建筑供电系统谐波的控制方式和相关标准的谐波要求作出一些说明：
1、变电所。在400V成套低压开关柜的功率因数补偿柜内，我们应当设置电抗器，这样可以集中吸收无功功率，而且同时又能够起到控制谐波的作用。
2、电力变压器。通常来说，我们可以采用 Dyn11 联结组别的三相电力变压器，这样可以为三次谐波提供环流通路。
3、不间断电源和应急电源。不间断电源的输出应当配置一根加大的中线，这样可以有效减少三次谐波引起的发热。应急电源的中线应当与相线有相同的规格， 这样才能最大限度地减少谐波引起的发热效应。
4、空调和谐波滤波器。一般来说，空调循环水泵、变频器和谐波滤波器应当一一对应，我们可以采用就地式补偿无功功率和控制谐波的方法。值得注意的是。大功率变频器应当设置输出电抗器，这样才能有效抑制逆变器所产生的尖峰突波电压，同时也能够极大地减少对电动机绝缘的损害。除此之外，我们还应当在每台变频器的动力进线回路上安装谐波滤波器。
5、照明和电梯。往往对电源质量要求较高的电子设备机房的荧光灯应当采用节能型电感镇流器，切忌使用电子镇流器。现代建筑内的电梯最好采用VVVF控制方式，它的VVVF 驱动装置的电压谐波失真不应超过10%。
（二）无功功率补偿
现阶段，在建筑供用电系统中应用最广泛的的谐波控制方法就是设置无功补偿并联电容器。如果按照补偿的方式来进行分类，我们可以把它分为集中补偿和就地补偿两种方式。前者就是电容器组集中安装在建筑的总降压变电所10kV的母线上，以此提高整个变电所的功率因数，减少10kV线路的无功损耗，进而提高供电电压的质量。后者是把电容器安装在异步电动机或电感性负载附近，采取就地或就近原则进行无功补偿，不仅提高了用电设备的供电回路功率因数，又极大地改善了用电设备的电压质量。当然，这两种方式各有优劣，我们在实际的供用电系统中应当综合考虑，合理布局。
除了上述两种常用方式外，我们也可以采取一些综合措施。一是可以对建筑供用电谐波进行实时监控，尤其需要在主电路或可能产生较大谐波电流的回路接入谐波含量的检测装置，这样可以随时对其产生的谐波情况进行检测，对于用电量大或较大的公共建筑，应当设置电力监控系统开展监控工作；二是应当尽可能地避免使用会产生较大谐波的设备。对于部分具有谐波互补性的装置应当进行集中安装或设置，有的谐波量大的用电设备也可以适当地采取限制使用措施；三是应当对建筑供用电系统进行合理的设计，尽量把非线性负荷和敏感负荷分开，以此来减小系统产生的谐波；四是注重对供用电系统整流器的改造。我们可以采用PWM 控制的高功率因数整流器，这样可以对PWM 整流电路进行适当控制，进而达到控制谐波产生的目的；五是对于部分有变频控制需要的用电设备，在进行安装的时候应尽可能地把变频装置靠近被控设备并采取控制谐波的措施；六是可以适当增大回路中配电线的线径，这样有利于减小谐波电流对导线的危害，杜绝电气火灾的发生。
三、结束语
总而言之，建筑供用电系统谐波污染的危害十分严重，现阶段我们必须积极采取谐波污染控制与无功功率补偿措施加以防治，这样才能确保供用电系统的安全运行，确保人们的生命财产安全。
参考文献：
[1]许民.建筑供用电系统谐波污染控制与无功功率补偿[J].电气应用，2008，07：47-49.
[2]徐永海，金焱，姚宝琪，林峰.供用电系统谐波滤波与无功功率补偿仿真软件[J].电力自动化设备，2006，12：93-95.
[3]孙香德.一种考虑谐波影响的无功补偿控制系统设计[D].湖北工业大学，2013.
（作者单位：河南省水利水电学校）
关键词 建筑供用电系统 谐波污染控制 无功功率补偿
据相关调查数据显示，电网的谐波大约有40%都是来自于建筑用电系统的，这些谐波不仅会严重污染用电电网，而且会造成电能的生产、传输以及利用效率降低，更有甚者会导致建筑内的电气设备过热、产生噪声，进而加快电路老化，缩短用电设备的使用寿命，威胁人们的生命财产安全。所以，现阶段加强对建筑供电系统的谐波污染控制与无功功率补偿具有十分重要的现实意义。
一、建筑供用电系统的谐波和无功功率
（一）谐波
今天，人们所使用的每一度电都离不开供用电系统，然而随着用电设备的不断增多，谐波也会产生得越来越多。所谓谐波，是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变而产生的，现在人们经常使用的电子装置、变频装置等，这些伏安特性为非线性的设备都会产生谐波。这些谐波轻则导致导线过载、绝缘损坏，重则引发短路和火灾。
（二）谐波污与无功负荷的关系
可以看出，在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。在建筑供用电系统中，各种变压器、荧光灯、整流器以及开关电源等都是典型的阻感负荷，它们所消耗的无功功率在供用电系统消耗的无功功率中占有很大比例。而且这些阻感负（产生谐波的设备往往都是消耗基波无功功率的设备，要想真正控制谐波，我们就需要采取补偿基波无功功率以及提高功率因数。
二、建筑供用电系统谐波污染的控制方法分析
（一）谐波污染控制
通常来说，我们可以采取传统的控制谐波的方法，那就是设置无源LC滤波器。它是由谐波电抗器、电容器和电阻器三个部分组合而成的滤波装置，它和谐波源并联，不仅能够起到滤波的功效，还兼有无功补偿的作用。在当前的供用电系统中，大量使用谐波源设备还须得注意两个方面的问题：一是要把建筑供用电系统作为整体统一来考虑谐波的控制问题；二是要把谐波控制与无功补偿结合起来。下面，笔者针对建筑供电系统谐波的控制方式和相关标准的谐波要求作出一些说明：
1、变电所。在400V成套低压开关柜的功率因数补偿柜内，我们应当设置电抗器，这样可以集中吸收无功功率，而且同时又能够起到控制谐波的作用。
2、电力变压器。通常来说，我们可以采用 Dyn11 联结组别的三相电力变压器，这样可以为三次谐波提供环流通路。
3、不间断电源和应急电源。不间断电源的输出应当配置一根加大的中线，这样可以有效减少三次谐波引起的发热。应急电源的中线应当与相线有相同的规格， 这样才能最大限度地减少谐波引起的发热效应。
4、空调和谐波滤波器。一般来说，空调循环水泵、变频器和谐波滤波器应当一一对应，我们可以采用就地式补偿无功功率和控制谐波的方法。值得注意的是。大功率变频器应当设置输出电抗器，这样才能有效抑制逆变器所产生的尖峰突波电压，同时也能够极大地减少对电动机绝缘的损害。除此之外，我们还应当在每台变频器的动力进线回路上安装谐波滤波器。
5、照明和电梯。往往对电源质量要求较高的电子设备机房的荧光灯应当采用节能型电感镇流器，切忌使用电子镇流器。现代建筑内的电梯最好采用VVVF控制方式，它的VVVF 驱动装置的电压谐波失真不应超过10%。
（二）无功功率补偿
现阶段，在建筑供用电系统中应用最广泛的的谐波控制方法就是设置无功补偿并联电容器。如果按照补偿的方式来进行分类，我们可以把它分为集中补偿和就地补偿两种方式。前者就是电容器组集中安装在建筑的总降压变电所10kV的母线上，以此提高整个变电所的功率因数，减少10kV线路的无功损耗，进而提高供电电压的质量。后者是把电容器安装在异步电动机或电感性负载附近，采取就地或就近原则进行无功补偿，不仅提高了用电设备的供电回路功率因数，又极大地改善了用电设备的电压质量。当然，这两种方式各有优劣，我们在实际的供用电系统中应当综合考虑，合理布局。
除了上述两种常用方式外，我们也可以采取一些综合措施。一是可以对建筑供用电谐波进行实时监控，尤其需要在主电路或可能产生较大谐波电流的回路接入谐波含量的检测装置，这样可以随时对其产生的谐波情况进行检测，对于用电量大或较大的公共建筑，应当设置电力监控系统开展监控工作；二是应当尽可能地避免使用会产生较大谐波的设备。对于部分具有谐波互补性的装置应当进行集中安装或设置，有的谐波量大的用电设备也可以适当地采取限制使用措施；三是应当对建筑供用电系统进行合理的设计，尽量把非线性负荷和敏感负荷分开，以此来减小系统产生的谐波；四是注重对供用电系统整流器的改造。我们可以采用PWM 控制的高功率因数整流器，这样可以对PWM 整流电路进行适当控制，进而达到控制谐波产生的目的；五是对于部分有变频控制需要的用电设备，在进行安装的时候应尽可能地把变频装置靠近被控设备并采取控制谐波的措施；六是可以适当增大回路中配电线的线径，这样有利于减小谐波电流对导线的危害，杜绝电气火灾的发生。
三、结束语
总而言之，建筑供用电系统谐波污染的危害十分严重，现阶段我们必须积极采取谐波污染控制与无功功率补偿措施加以防治，这样才能确保供用电系统的安全运行，确保人们的生命财产安全。
参考文献：
[1]许民.建筑供用电系统谐波污染控制与无功功率补偿[J].电气应用，2008，07：47-49.
[2]徐永海，金焱，姚宝琪，林峰.供用电系统谐波滤波与无功功率补偿仿真软件[J].电力自动化设备，2006，12：93-95.
[3]孙香德.一种考虑谐波影响的无功补偿控制系统设计[D].湖北工业大学，2013.
（作者单位：河南省水利水电学校）