諧波的治理與無功補償

孫加磊

摘 要：醫院的發展與建設離不開電。醫院的配電系統是保證醫院供電的一項重要因素。隨著我國現代科學技術的逐漸發展與進步，醫院的供電設施也得到了很大的改善以及提高。在發展的過程中，各種技術使得我國醫院的配電系統得到了逐漸的完善。在該課題的研究中，主要對醫院配電室的諧波治理與無功補償進行了研究以及分析，以期為醫院配電室的諧波治理與無功補償提供一定的參考以及借鑒。

關鍵詞：諧波治理 無功補償 改善措施

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0040-02

在醫院的發展以及運行中，需要采用高科技等技術手段來滿足醫院供電設施的要求，從而逐漸實現醫院的科學用電以及節能用電等，這樣能夠有效地減少醫院的成本。從當前部分醫院的低壓配電系統來看，許多醫院的配電系統采用了無功補償裝置，但是這些無功補償裝置卻不能得意正常的工作。該文認為，可以通過比較小的成本投入來對醫院的無功補償裝置進行改造，并且在原先的基礎之上，增加先進的檢測以及控制裝置，從而實現醫院配電系統中無功動態的自動補償，使得醫院配電系統的運行更加有效率，將醫院供配電系統的諧波抑制控制在一定的范圍內。

1 諧波及無功補償改善

1.1 諧波

從諧波的概念來看，諧波主要是指電流周期性交流信號量在傅里葉級數分級的基礎之上，得到比基波頻率更大的整數倍的分量。從諧波的來源來看，主要是來源于那些大容量的整流以及換流設備，同時那些非線性負荷也會產生諧波。通過對這些產生畸變的交流電進行傅里葉級數分解，就能得計算得出諧波分量。

1.2 無功補償

無功補償主要描述的是電流的能量交換幅度，無功補償自身是不會消耗功率的。雖然電阻會消耗相應的功率，但是電感卻不會消耗相應的能量。同時，無功功率的數值表征以及電感之間交換能量的幅度等，都是受阻感負載的影響。在這種情況下，會對電流中電源的輸出產生影響。在醫院的低壓配電系統中，通過使用并聯的電容器裝置對無功功率進行集中性的補償或者分散，可以有效地解決電能。

從無功功率補償的意義來看，其主要作用是減少電氣設備以及電路線路等的功率損耗，從而逐漸穩定電路電壓，并且有效地提高電路的供電質量，并且有效地提高電路變壓器的負荷承載能力。對于那些需要長距離輸電的電路來說，無功補償能夠提高電路系統的穩定性，并且提高電路的輸電能力。

2 醫院配電系統現狀

當前，醫院的配電配電系統主要是由數臺10/0.4 kV主變壓器，經低壓配電設備向用電設備供電。主要負載為電子醫療精密設備、照明、中央空調及通風設備、計算機及UPS、電梯等。其中大部分為單相非線性負荷，低壓配電網上諧波嚴重，主要諧波源可分為下面幾種：（1）電子醫療精密設備。當前醫院內的大型電子醫療設備為一般的開關電源供電，開關電源設備會產生3、5/7次等諧波注入到電網中。（2）照明設備。醫院內的照明設備會使用大量的具有熒光性質的燈具，這樣會產生比較大的諧波電流，其中以3次諧波為主。（3）中央空調以及通風設備。當前醫院主要采用的是變頻空調以及大型風機。其中，變頻空調中的變頻器是重要的諧波來源，在使用的過程中會產生大量的5次或者7次的諧波污染電網。（4）計算機及UPS，當前醫院主要采用的是計算機網絡管理，A醫院計算機的使用數量有很多。另外，由于計算機的數據存儲系統需要配備UPS等備用電源，從而會產生大量的3次、5次以及7次諧波。

在醫院的低壓配電系統中，會使用較多GGJ系列的無功功率補償裝置。從這個裝置的特點來看，主要表現為投資金額較少，裝置的結構比較簡單，同時安裝的過程十分簡單。但是在醫院低壓配電系統的運行中，醫院不僅僅需要進行無功補償，同時還需要治理由于各種因素產生的諧波治理污染等。

3 補償方案的確定

3.1 無功補償方案對比

在醫院的諧波污染治理中，其主要目標應滿足或高于現行國家標準。

因此預期目標可以設置為：系統中諧波總分量THDI≤3%，功率因數COSΦ≥0.95。

以下將針對幾種主要的無功補償方案進行對比以及分析。

（1）無源濾波器：在醫院的供配電系統中，為了有效地過濾諧波，需要為諧波提供一條相應的釋放路徑，這樣才能保留電路中的基波，同時使諧波短路。因此，這就需要諧波能夠通過濾波器流回諧波源，但是不會流入到電路系統中。因此，這個時候可以使用一種LC無源濾波器。在當前的生活中，主要使用的是單調諧波濾波器，這個濾波器主要由以下部分組成：電容、電感以及電阻。人們通過設置相應的參數，就能夠在消除諧波頻率的基礎場，使得感抗以及容抗可以互相抵消，在這個過程中，電路的諧波就能夠通過濾波器返回諧波源，最終達到消除濾諧波的目標。

（2）有源濾波器：從當前的無功補償裝置中，進行諧波治理的一個有效方法是使用有源濾波器。有源濾波器主要是通過檢測電網中實時的電壓電流，在經過運算以及處理之后獲得相應的補償控制指令，從而控制電路中主電路產生的諧波補償電路，最終使得電路電網中的電流成分中只含有基波的分量。這種諧波治理方式是當前電路無功補償以及諧波治理的一個重要研究方向以及研究思路。

（3）混合濾波補償方案：在諧波量較大的場合，考慮投入成本，采用有源濾波器+無源非調諧式濾波補償裝置的混合濾波補償是最佳的方案，既實現了安全補償，又徹底根治了諧波，并可以節約成本。

（4）靜止型無功補償器以及靜止型無功發生器補償方案：靜止型無功補償器采用電力電子技術跟蹤電網無功波動及諧波狀況，在線實時自動控制補償。響應速度快（5～20 ms），可補償無功功率，吸收高次諧波，減少電壓閃變。靜止型無功發生器補是近些年研制開發的一種新型靜止無功補償設備，這種諧波治理的原理主要是將自換相橋式的電路通過電抗器或者將其直接并聯到點苦的電網中，從而適當地對橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位使電路進行有效的調節，從而使其吸收無功電流，最終實現無功補償等。

3.2 無功補償方案的確認

從醫院的角度來看，醫院低壓配電系統的諧波治理以及無功補償需要根據自身的實際情況來確定。這里主要是依據醫院配電系統中的諧波分量值以及主要諧波的頻次和相關的投資收益比來選擇無功補償方案。

其中，靜止型無功補償器以及靜止型無功發生器主要是適用于工業領域中有大量沖擊負荷的情況，該無功補償方案造價較高，不適用于醫院的低電壓配電系統中的無功補償。因此，在這種情況下，筆者建議，醫院低電壓配電系統中進行無功補償以及諧波治理，需要采用低壓無源調諧式濾波補償方案，性價比高，同時改造效果明顯。如果醫院有新建的低壓配電系統，或者醫院現有的低壓配電系統中的諧波含量高于5%，那么就可以采用有源濾波器和無源非調諧式濾波補償裝置的混合濾波補償方案，從而達到諧波治理與無功補償的最終目的。

4 結語

在當前醫院配電系統的發展中，由于非線性負荷的逐漸增加，使得其產生的諧波迫切需要得到治理。對于醫院電路中諧波發生十分嚴重的地方，如果僅僅采用傳統的并聯電容器補償裝置對無功功率進行補償，那么可能會導致諧波放大的反作用，嚴重的情況下會產生諧振，因此，在醫院低壓配電系統中進行諧波治理以及無功補償，既能夠實現節能的效果，同時也能夠增加醫院精密設備的使用壽命以及提高其使用的穩定性，對于醫院的和諧發展有著十分重要的作用以及意義。

參考文獻

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