民用建筑電力系統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 諧波產生的原因及性質

電力系統中，諧波的主要來源為非線性負載。在建筑民用電氣中，諧波主要的來源為以下五點：第一，整體的照明系統中的調節光的相關設備及照明鎮流器；第二，在辦公中的具備自動化的設備，包括打印機、計算機及復印機等；第三，經常開關電源以及不間斷的U P S電源；第四，在動力設備中存在的促進變頻轉動的裝置，如電梯、空調等動力設備；第五，其它相關的非線性的家用電子、電器設備。電流穿過這些具有負載的電器設備時，與施加的電壓力不呈現線性關系，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，即為整倍數的基波。又按諧波產生次數的不同分偶次和奇次諧波兩類。當三相系統處在平衡狀態下，對稱關系的存在導致偶次諧波逐漸消除，只剩下奇次諧波，因此危害電力系統最大的是奇次諧波。

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特性，譬如，當諧波只在整個電網中出現3次時，原有的正弦波受到了影響，表現如圖1所示。

當3和5次諧波同時存在時，就會導致正弦波的變化較為顯著，如圖2所示。

如果不間斷地繼續疊加，則質的變化在原正弦波身上發生。因此可見，電網受到諧波的巨大影響。

2 諧波對電網產生的主要危害在民用建筑電氣中的具體體現

2.1 用電設備以及變壓器的額外附加損耗程度加深

基本電流出現整倍數是便是產生了諧波電流，當高頻率的電流通過導體時，對集膚效應、渦流以及磁滯有一定的影響，相應出現增大的現象，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

當諧波流經電力和電纜時，由于電纜存在的電容對諧波有放大作用，集膚效應在電纜中嚴重程度較高，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，出現減

低及導線燒壞的影響，從而導致活在的發生。

2.3 電力測量設備受到諧波危害影響讀數的正確性

正弦設計的標準控制在電流為5 0 H z的電力計量裝置中，當諧波存在在供電電壓或者是在負荷電流中時，對感應式的電能表的正常運行產生影響。在諧波存在的前提下，應用電子式的電能表實行計量時，在非線性負荷端口時，電流表不僅僅記錄了負荷吸收的全部基波電能外還對小部分的諧波電能進行消減，諧波源雖然對電網造成了污染。

2.4 對民用的抵押器以及辦公的有效運行出產影響，設備效率受到影響

諧波的主要來源也會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、計算機、繪圖儀器等。諧波的存在造成計算機本身具備的數據消失及程序包發生錯誤，使依靠自動化控制的電器無法實現正常工作，給日常生活造成影響，帶來諸多不便，如電視機、洗衣機、收音機等電器。

2.5 干擾通訊系統的正常運行

國際上一直關注并重視諧波對通訊系統造成的干擾，對于這個問題進行了全面系統的研究。諧波首先對鄰近的通訊線路分別產生諧波電壓和電流的干擾，對諧波電壓產生的干擾是靜電，而對諧波電流的干擾則是電磁。諧波對通訊系統造成噪音的干擾，減低對信號的發送及接收質量，減低語占、圖像的清晰程度，較為嚴重的干擾會導致通訊系統無法發生正確的信息傳導，是導致信號丟失的導火索，系統無法正常運行。

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行變換的測量方式；以神經的網絡為基礎的檢測方法；以瞬時的無功功率為基礎理論的測量方式；在對小波進行有效分析檢測的方法。依據現實發生的不同狀況進行方法的有效選擇。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的作用；將瞬時的無功功率作為基礎理論，得出結論是實時的檢測諧波具有電力濾波器時和無功電流間的方法，也可以將領域拓展到無功補償等相關的抑制諧波方面；而已小波進行分析和以神經神經整體的網絡結構為基礎的測量方式是現階段存在最熱門的話題，是正在進行深入了解和不斷研究的新的方法、理論，對諧波測量具有實施可行性及精度均有所提高。諧波污染的嚴重程度不斷加深是受非線性負荷在電網中增多影響的。諧波測量應該遵循由簡單到復雜的方法，從函數的簡單運算分析再到復雜的數值計算分析和處理信號的方向繼續發展，同時這些計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：第一，將諧波補償裝置進行安裝對諧波進行補償；第二，對電子和電力設備自身進行有效的改造和升華，避免產生諧波的可能性，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

適當安裝變頻器存在的輸入側功率的因數功能受A C-D C的內部裝置的相應電路變換系統影響，通過對D C電抗器進行有效矯正，利用并聯的功率因數對其進行矯正，而電源A C的側串聯電抗器的應用方法，則是使T H D V的進線電流減低至0.3-0.5，是沒有加電抗器的1/2左右的諧波電流。

第二，電力濾波器裝設必須具備有源性

現階段唯一應用的較為傳統的電力濾液器是L C的調試濾液器，而隨著科技技術的發展諧波的抑制目前及未來的發展趨勢均為電力濾液器必須具備的是有源性。它應用在串聯電路或者是并聯電路中時，實時從需要的補償的電路對象中檢測發現了諧波電流，通過安裝的補償裝置產生出一個同該諧波電流伏安相等、方向反向的補償電流，保證電網的電流只包含基波的分量。而該濾波器能夠對幅值及頻率均發生變化的諧波持續的跟蹤及補償，其特殊的性質不受任何的系統因素的影響，不存在諧波放大的潛在危險，受到各地的關注，在日本等國家獲得了較為廣泛、全面的運用。

第三，應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，應該應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，符合國際上的標準及規范的要求。而唯一不足的是它的應用必須滿足專屬的變壓器，不利于對設備進行創新及突破性改造，而且花費資金費用較高。

第四，應用濾波模塊相關的組件

現階段市場上并不缺乏抗傳導的具備濾波模塊的相關模件及組件。濾波器的干擾能力不容小覷，同時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，對電器的應用好處頗多。

第五，新型變流器的開發和應用

多重化技術的應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，同時進入的電流仍為正弦波，功率因數仍控制在1，同時具備能量可以相互傳遞的作用，明確指出了該技術未來的發展趨勢及方向。

綜上所述，一般住宅尚未出現諧波危害造成的不良后果，而現階段最該考慮的是公共建筑和通訊建筑，應保證數據傳輸的順暢性，安裝調諧濾波的電容器組。在無法估計具體的諧波值時不應盲目的選擇濾波器類型，經過系統進行運行驗證后，方可進行實測諧波數值，在選擇諧波抑制的相關治理方法。

[1]宋文南，劉寶仁.電力系統諧波分析[M].北京：中國電力出版社，1995，5（03）:12-19.

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