浅谈建筑电气设计中电源谐波问题|电源谐波测试

时间：2019-04-18 03:31:16　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘　要：电网谐波是影响电能质量的一个重要方面，现代建筑中谐波主要来自于两方面，一是来自公用电网本身具有一定的谐波含量，对敏感的电子设备的正常运行构成了严重威胁，甚至毁坏硬件，数据丢失，所造成的经济损失是巨大的。二是现代建筑中大量的非线性负荷如电子设备及电气设备形成的谐波源对配电系统污染严重，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波。所以，我们要加紧研究出更科学的方法来解决谐波问题。本文主要阐述了对电源谐波问题的危害性及控制方法的研究。
　　关键词：建筑电气设计　电源谐波　问题　研究
　　一、电源谐波及危害性分析
　　在智能建筑用电负荷中，阻感性负荷占很大的比例，变压器、荧光灯都是典型的谐波阻感性负荷，阻感性负荷必须吸收无功功率才能正常工作。电力电子装置等非线性负荷相控整流器、周波变流器等工作时基波电流相位滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率。此外，谐波源也要消耗无功功率。
　　1.谐波使设备产生附加谐波损耗
　　使得电力变压器温度升高。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因：一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；二是谐波电压能增加铁损。对于有三角形接法的变压器，三倍次谐波环流引起的这两种发热就更加明显。谐波对旋转电机产生有害影响，产生附加损耗和转矩，它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体。
　　2.谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热
　　电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大。
　　3.引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动
　　在我国的电力系统中受谐波影响而导致工作失误或性能劣化的装置中，以继电保护和自动装置为最多。这些继电保护和自动控制装置通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的，谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动作。
　　4.对计仪表产生影响，电力测量仪表通常是按工频正弦波形设计的，当有谐波时，将会产生测量误差
　　对通信系统产生干扰，谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪音，降低信号的传输质量，降低语言或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。
　　二、谐波抑制的方法
　　现在的研究主要是从两个方面考虑，一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；二是对电力电子装置本身进行改造，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中比较集中的主要谐波源的电力电子装置。
　　1.采用LC组成的无源调谐滤波器(Passive Power Fiter)
　　以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器(PassivePower Filter)，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它工作在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，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、运行费用低等优点，一直被广泛使用。
　　但它缺点也较多：受电网阻抗和运行状态影响大，易和系统发生并联谐振，
　　导致谐波放大，甚至过载烧毁：它也只能补偿固定频率的谐波，当所需补偿谐波较多时需装置多组滤波器，既增加了成本也降低了可靠性；当电网容量大，阻抗小时为保证补偿效果需要滤波器有很高的品质因数；而当基波频率有波动时，滤波器补偿效果不理想。
　　无源调谐滤波器的主要类型如下图所示。
　　2.接入EMI滤波器
　　想要抑制谐波的干扰， EMI滤波技术是一种较为有效的措施，它可以有效的去除掉多余的传导干扰。当电感和电容所组成的EMI滤波器，接上电源的时候，就会滤除两输入电源间所产生的干扰，组成共模干扰滤波，用以来滤除电源线和地之间所产生的非递呈的共模干扰。由于交流电流在磁芯中所产生的磁通是正好相反的，可以有效的抑制共模干扰，只有适当的选择元器件的参数，才可以更好的控制开关的电源不受到干扰。
　　3.采用高功率因数变流器
　　整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。
　　3.1采用整流电路的多重化
　　采用整流电路的多重化来减少谐波是一种传统方法。将几个桥式整流电路以串联方式多重联结可以减少输入电流谐波，用该方法构成的整流器对抑制谐波比较有效，但对功率因数的提高不明显。
　　3.2采用PWM(脉宽调制Pulse Width Modularion)整流电路
　　PWM整流电路有电压型和电流型两种，其中电压型应用较多。通过对PWM整流电路适当控制，可以使PWM整流电路输入电流几乎接近正弦波，且电流电压同相位，功率因数近似为1，称为高功率因数变流器。
　　3.3采用带斩波器的二极管整流电路
　　带电容滤波的二极管整流电路尽管结构简单、成本低，但工作时输入电流含有大量谐波，若在整流桥与滤波电容间加一级用于功率因数校正的功率转换电路(即有源功率因数校正电路)，则可以便输入电流接近正弦波，且大大提高功率因数。
　　3.4矩阵式变频电路
　　该电路是一种用全控开关器件、采用斩波方式，不通过中间环节直接把一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，进行交流变频的新颖变频电路。这种电路的优点是输入电流可控制为正弦波且和电压同相，功率因数为l，也可控制为需要的功率因数；其输出电压也为正弦波，输出频率不受电网频率的限制。缺点主要是电路复杂，每个电路至少要用18个全控型器件，每个器件还要并一个二极管。此外，其控制也很复杂。
　　4.采用谐波保护器
　　采用磁性方法治理谐波比有源滤波器成本更低。谐波保护器从任何一种谐波对电路系统带来危害的本质上着手解决问题，即采用磁场吸收谐波能量的方法，具有很高的可靠性与使用寿命。此类产品如谐波保护器(HPD)，采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电路，能吸收各种频率各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰。HPD并联在电路中使用，本身并不耗电。
　　三、结语
　　总之，由于谐波具有多发性、随机性和不可重复性，导致智能建筑中的各种电气设备性能下降、无法工作的现象时有发生，因此，为保证现代智能建筑中各种不同类型设备和计算机及精密电子装置正常、可靠、高效地运行，必须要采取相应措施，全面提高电源谐波的防治工作，降低谐波的含量。
　　参考文献
　　[1]杜晓平，多谐波源的集中治理及变电所的电压、谐波和无功综合控制策
　　略，《浙江电力》，2002(3)：12-15.
　　[2]张鹏展.艾欣.杨以涵，谐波对电能计量影响的研究，《现代电力》，2002，
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　　[3]危韧勇，谐波抑制技术及发展，大众用电，2002(．3)：20-21

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