智能建筑中諧波危害與防治探析論文

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【論文關(guān)鍵詞】智能建筑；諧波；公用電網(wǎng)

【論文摘要】近年來(lái)，隨著國(guó)家工業(yè)化和建筑智能化水平的不斷提高，現(xiàn)代建筑中的諧波危害也與越來(lái)越大，本文分析了危害的產(chǎn)生，從兩種性能濾波器的選擇給出了諧波的防治措施，僅供參考。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，國(guó)家工業(yè)化和建筑智能化水平不斷提高，大容量電力整流、換流設(shè)備以及電子設(shè)備在各工業(yè)部門和電力系統(tǒng)及其自動(dòng)控制中的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生諧波的設(shè)備及數(shù)量均己劇增，并將繼續(xù)增長(zhǎng)。實(shí)踐表明，來(lái)自供電系統(tǒng)的多種異常波形對(duì)敏感的電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，甚至毀壞硬件，數(shù)據(jù)丟失，所造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。智能建筑中大量的電子設(shè)備及電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波對(duì)配電系統(tǒng)污染嚴(yán)重，隨著智能建筑及智能小區(qū)的迅速發(fā)展，若治理不力，這種污染愈來(lái)愈重，將成為公用電網(wǎng)的主要污染源。因此現(xiàn)代智能建筑電氣設(shè)計(jì)中必須很慎重地考慮諧波以及它的不良影響，綜合治理好智能建筑的諧波和無(wú)功功率，對(duì)提高公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重要的意義。

1諧波的概念

國(guó)際上公認(rèn)的諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。波形畸變是指交流電力系統(tǒng)中電壓或電流波形偏離正弦波。一個(gè)具有非正弦波形的周期變量可以用一組正弦變量及恒定分量之和來(lái)表示。頻率與原波形的頻率相同的分量稱為基波，其余頻率為基波整數(shù)倍的分量為諧波(hannonic)。諧波頻率和基波頻率的比值稱為諧波的次數(shù)。所討論的非正弦畸變波形應(yīng)該是周期性重復(fù)而且持續(xù)一段時(shí)間的過(guò)程，所以諧波是屬于穩(wěn)態(tài)范疇的念。

2諧波的危害

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，電力系統(tǒng)的諧波源也發(fā)生了很大的變化。目前，日益增長(zhǎng)的非線性負(fù)荷的應(yīng)用引起的諧波電流將會(huì)給電纜、變壓器機(jī)帶來(lái)麻煩。智能建筑中產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流，對(duì)配電系統(tǒng)是一種污染，樓宇中的終端電氣設(shè)備與電子設(shè)備及樓宇智能化系統(tǒng)用電環(huán)境惡化，并的通信系統(tǒng)甚至配電系統(tǒng)以外的設(shè)備帶來(lái)危害。智能建筑中諧波主要來(lái)自于兩方面，一是大量非線性負(fù)荷形成的諧波源，導(dǎo)致配電系統(tǒng)的電壓、電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波；二是公用電網(wǎng)本身具有一定的諧波含量和配電變壓器等作為諧波源產(chǎn)生的諧波，由網(wǎng)側(cè)傳輸至配電系統(tǒng)。

2.1附加諧波損耗的產(chǎn)生諧波也能使一些大容量電力整流、換流設(shè)備以及電子設(shè)備產(chǎn)生諧波損耗。一些附加諧波損耗的包括：其一，由于變壓器的溫度升高，它的產(chǎn)生由于：諧波電流能增加變壓器的銅損和漏磁損耗或者是諧波電壓能增加鐵損。其二，電動(dòng)機(jī)過(guò)熱或者產(chǎn)生附加力矩，由于它使電機(jī)主磁通呈脈動(dòng)性，將產(chǎn)生高頻噪音、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的周期變動(dòng)，容易與機(jī)座發(fā)生共振現(xiàn)象，破壞機(jī)械設(shè)備本體，危害的嚴(yán)重性與諧波電壓、諧波電流以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的型式和結(jié)構(gòu)有關(guān)。其三，諧波能引起電容器過(guò)熱、過(guò)壓，諧波電壓使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗，并聯(lián)電容器其容抗隨著諧波頻率增大而減少，產(chǎn)生過(guò)電流，加速絕緣老化進(jìn)程，增加絕緣擊穿故障。

2.2諧波能損壞敏感電子設(shè)備諧波對(duì)敏感電子設(shè)備的主要影響有：①對(duì)過(guò)零檢測(cè)以基波頻率為基準(zhǔn)的電子設(shè)備，因諧波的的影響造成過(guò)零誤動(dòng)作，這種多個(gè)過(guò)零破壞電子設(shè)備的運(yùn)行，最明顯的是數(shù)字時(shí)鐘，任何應(yīng)用過(guò)零原理的同步元件都應(yīng)考慮這種影響。半導(dǎo)體器件經(jīng)常在電壓過(guò)零時(shí)投入，以降低電磁干擾和涌流，多次過(guò)零會(huì)改變器件投入時(shí)間，破壞設(shè)備的運(yùn)行。②電力電子電源使用波形的峰值以維持濾波電容器的全充電。諧波畸形可提高或削平波峰的峰值。其結(jié)果是即使均方根值的輸入電壓是正常的，電力電源將實(shí)際在高的或低的輸入電壓下，嚴(yán)重時(shí)設(shè)備的運(yùn)行可能遭到破壞。③諧波會(huì)引起樓宇自動(dòng)化、消防報(bào)警、辦公自動(dòng)化、安全防范等系統(tǒng)的電子裝置誤動(dòng)作，甚至無(wú)法工作。轉(zhuǎn)

2.3諧波惡化電力電纜絕緣和母線過(guò)熱電纜的分布電容可使諧波放大，諧波流過(guò)電力電纜時(shí)，所產(chǎn)生的集膚效應(yīng)將會(huì)加重，使電纜產(chǎn)生過(guò)熱，附加損耗增大。諧波引起電纜損壞的主要原因是浸漬絕緣的局部放電、介損和溫升的增大。電纜的額定等級(jí)愈高，諧波引起電纜介質(zhì)不穩(wěn)定的危險(xiǎn)性愈大。諧波電壓引起的電壓波形畸變會(huì)影響線路正常運(yùn)行，當(dāng)諧波電壓與基波電壓波峰重合時(shí)，可能使線路的電暈問(wèn)題變得嚴(yán)重。在電網(wǎng)低谷負(fù)荷下當(dāng)電網(wǎng)電壓上升而諧波電壓也升高的時(shí)刻，電纜更容易出現(xiàn)故障。

2.4降低開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)斷能力高次諧波含量較高的電流將使斷路器的分?jǐn)嗄芰档汀＿@是因?yàn)楫?dāng)電流有效值相同時(shí)，波形畸變嚴(yán)重的電流與工頻正弦波形的電流相比較大。當(dāng)存在嚴(yán)重的諧波電流時(shí)，某些斷路器的磁線圈不能常工作，開(kāi)斷將更為困難，而且由于開(kāi)斷時(shí)間延長(zhǎng)而延長(zhǎng)了故障電流切除時(shí)間因而造成快速重合閘后的再燃。各種中壓斷路器在截?cái)嚯姼须娏鲿r(shí)，可能發(fā)生大的諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象，這和截流過(guò)程中激發(fā)的暫態(tài)參數(shù)諧振有關(guān)，并且常常受到附近電容器的響聲。

3簡(jiǎn)述諧波的控制方法

以上列舉了幾種危害以及危害產(chǎn)生的原因，就其特點(diǎn)我們主要是從以下兩方面考慮：一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；二是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波。

3.1采用無(wú)源調(diào)諧濾波器以前傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償辦法主要是采用LC組成的無(wú)源調(diào)諧濾波器，由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。它利用電容、電感在諧波頻率時(shí)發(fā)生諧振，提供諧波入地的低阻通路，使諧波導(dǎo)入大地脫離電網(wǎng)。它的優(yōu)點(diǎn)是：在基波時(shí)呈容性，能夠同時(shí)補(bǔ)償電網(wǎng)中感性無(wú)功功率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、前期投資少、功率容量大、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛使用。但它缺點(diǎn)也較多：受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響大，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，甚至過(guò)載燒毀；它也只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，當(dāng)所需補(bǔ)償諧波較多時(shí)需裝置多組濾波器，既增加了成本也降低了可靠性。

3.2有源電力濾波器有源濾波器是20世紀(jì)80年代以來(lái)逐漸興起的諧波抑制新方法，目前己成為諧波抑制的一種趨勢(shì)。它的優(yōu)點(diǎn)是：能對(duì)頻率和大小都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的不足，獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器有以下優(yōu)點(diǎn)：①為高次諧波電流源，不受系統(tǒng)阻抗的影響。②沒(méi)有共振現(xiàn)象，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化不會(huì)影響補(bǔ)償效果。③原理上比LC濾波器更為優(yōu)越，用一臺(tái)裝置就能完成各次諧波的補(bǔ)償。④即使高次諧波的頻率發(fā)生變化，也能完全補(bǔ)償。有源電力濾波器的變流電路可分為電壓型和電流型，目前實(shí)際應(yīng)用的裝置中90%以上是電壓型。從與負(fù)載連接形式的角度可分為并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源電力濾波器兩大類。現(xiàn)在運(yùn)行的裝置幾乎都是并聯(lián)型，上述類型都可以單獨(dú)使用也可以和LC濾波器混合使用。目前，有源電力濾波器的研究主要集中在交流有源電力濾波器，直流有源電力濾波器的研究也在逐步開(kāi)展，典型的研究之一是在直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

3.3高功率因數(shù)變流器整流裝置是電力系統(tǒng)的主要諧波源。對(duì)整流裝置改進(jìn)，使其盡量不產(chǎn)生諧波，并且電流電壓同相位，稱高功率因數(shù)整流器或高功率因數(shù)變流器。①采用整流電路的多重化。②采用脈寬調(diào)制整流電路。③采用帶斬波器的二極管整流電路。④矩陣式變頻電路。

參考文獻(xiàn)

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