民用建筑电力系统谐波污染及治理方法研究

（佛山市景胜电力电器安装有限公司，广东 佛山 528000）

1 谐波产生的原因及性质

电力系统中，谐波的主要来源为非线性负载。在建筑民用电气中，谐波主要的来源为以下五点：第一，整体的照明系统中的调节光的相关设备及照明镇流器；第二，在办公中的具备自动化的设备，包括打印机、计算机及复印机等；第三，经常开关电源以及不间断的U P S电源；第四，在动力设备中存在的促进变频转动的装置，如电梯、空调等动力设备；第五，其它相关的非线性的家用电子、电器设备。电流穿过这些具有负载的电器设备时，与施加的电压力不呈现线性关系，就能够形成电流即非正弦性电流，谐波便在电路中存在。谐波也属于正弦波的一种类型，依据不同频率、不同幅度以及相角，定位不同的谐波，谐波存在的频率是由基波频率决定的，即为整倍数的基波。又按谐波产生次数的不同分偶次和奇次谐波两类。当三相系统处在平衡状态下，对称关系的存在导致偶次谐波逐渐消除，只剩下奇次谐波，因此危害电力系统最大的是奇次谐波。

图1 u1、u3及其叠加波形

图2 u1、u3、u5及其叠加波形

另外，谐波的叠加性是另一个特性，譬如，当谐波只在整个电网中出现3次时，原有的正弦波受到了影响，表现如图1所示。

当3和5次谐波同时存在时，就会导致正弦波的变化较为显著，如图2所示。

如果不间断地继续叠加，则质的变化在原正弦波身上发生。因此可见，电网受到谐波的巨大影响。

2 谐波对电网产生的主要危害在民用建筑电气中的具体体现

2.1 用电设备以及变压器的额外附加损耗程度加深

基本电流出现整倍数是便是产生了谐波电流，当高频率的电流通过导体时，对集肤效应、涡流以及磁滞有一定的影响，相应出现增大的现象，从而对电能及变压器的额外附加耗损更大。

2.2 输电线路受到电源的影响

当谐波流经电力和电缆时，由于电缆存在的电容对谐波有放大作用，集肤效应在电缆中严重程度较高，电缆本身的温度过高，额外的附加耗损增大，而电力及电缆本身具备的载流能力受到限制，出现减

低及导线烧坏的影响，从而导致活在的发生。

2.3 电力测量设备受到谐波危害影响读数的正确性

正弦设计的标准控制在电流为5 0 H z的电力计量装置中，当谐波存在在供电电压或者是在负荷电流中时，对感应式的电能表的正常运行产生影响。在谐波存在的前提下，应用电子式的电能表实行计量时，在非线性负荷端口时，电流表不仅仅记录了负荷吸收的全部基波电能外还对小部分的谐波电能进行消减，谐波源虽然对电网造成了污染。

2.4 对民用的抵押器以及办公的有效运行出产影响，设备效率受到影响

谐波的主要来源也会受到谐波的危害影响，如家用的很多电器、灯具等，包括打印机、计算机、绘图仪器等。谐波的存在造成计算机本身具备的数据消失及程序包发生错误，使依靠自动化控制的电器无法实现正常工作，给日常生活造成影响，带来诸多不便，如电视机、洗衣机、收音机等电器。

2.5 干扰通讯系统的正常运行

国际上一直关注并重视谐波对通讯系统造成的干扰，对于这个问题进行了全面系统的研究。谐波首先对邻近的通讯线路分别产生谐波电压和电流的干扰，对谐波电压产生的干扰是静电，而对谐波电流的干扰则是电磁。谐波对通讯系统造成噪音的干扰，减低对信号的发送及接收质量，减低语占、图像的清晰程度，较为严重的干扰会导致通讯系统无法发生正确的信息传导，是导致信号丢失的导火索，系统无法正常运行。

3 高次谐波的有效测量方法

测量谐波的主要方法为：基于傅立叶的理论进行变换的测量方式；以神经的网络为基础的检测方法；以瞬时的无功功率为基础理论的测量方式；在对小波进行有效分析检测的方法。依据现实发生的不同状况进行方法的有效选择。而傅立叶提出的理论及方法是目前谐波测量最根本的一种方法，在谐波的测量仪器中具有广泛而长远的作用；将瞬时的无功功率作为基础理论，得出结论是实时的检测谐波具有电力滤波器时和无功电流间的方法，也可以将领域拓展到无功补偿等相关的抑制谐波方面；而已小波进行分析和以神经神经整体的网络结构为基础的测量方式是现阶段存在最热门的话题，是正在进行深入了解和不断研究的新的方法、理论，对谐波测量具有实施可行性及精度均有所提高。谐波污染的严重程度不断加深是受非线性负荷在电网中增多影响的。谐波测量应该遵循由简单到复杂的方法，从函数的简单运算分析再到复杂的数值计算分析和处理信号的方向继续发展，同时这些计算方法必须满足智能化的方向。

4 抑制谐波危害的治理方法

抑制谐波的基本思路及方法总共有三点：第一，将谐波补偿装置进行安装对谐波进行补偿；第二，对电子和电力设备自身进行有效的改造和升华，避免产生谐波的可能性，将功率的最大因素控制在1；第三，通过市电网对谐波的控制采取具有针对性且有效的措施。其具体的抑制方法如下：

第一，电抗器的适时

适当安装变频器存在的输入侧功率的因数功能受A C-D C的内部装置的相应电路变换系统影响，通过对D C电抗器进行有效矫正，利用并联的功率因数对其进行矫正，而电源A C的侧串联电抗器的应用方法，则是使T H D V的进线电流减低至0.3-0.5，是没有加电抗器的1/2左右的谐波电流。

第二，电力滤波器装设必须具备有源性

现阶段唯一应用的较为传统的电力滤液器是L C的调试滤液器，而随着科技技术的发展谐波的抑制目前及未来的发展趋势均为电力滤液器必须具备的是有源性。它应用在串联电路或者是并联电路中时，实时从需要的补偿的电路对象中检测发现了谐波电流，通过安装的补偿装置产生出一个同该谐波电流伏安相等、方向反向的补偿电流，保证电网的电流只包含基波的分量。而该滤波器能够对幅值及频率均发生变化的谐波持续的跟踪及补偿，其特殊的性质不受任何的系统因素的影响，不存在谐波放大的潜在危险，受到各地的关注，在日本等国家获得了较为广泛、全面的运用。

第三，应用脉冲整流的多相方法

条件允许的情况下，或者是对谐波限制较小的情况下，应该应用脉冲整流的多相方法。例如，T H D V下的1 2相的脉冲整流控制在0.1-1.5，而1 8相的脉冲整流控制在0.3-0.8，符合国际上的标准及规范的要求。而唯一不足的是它的应用必须满足专属的变压器，不利于对设备进行创新及突破性改造，而且花费资金费用较高。

第四，应用滤波模块相关的组件

现阶段市场上并不缺乏抗传导的具备滤波模块的相关模件及组件。滤波器的干扰能力不容小觑，同时对于自身具备的防用电器本的干扰因素同样传递给电源，部分还具备尖峰的电压吸收能力，对电器的应用好处颇多。

第五，新型变流器的开发和应用

多重化技术的应用在减少谐波的大容量的变流器身上。整流器具备功率较高主要应用的是逆变器的P WM型号，其化身为四象限的变频器具备交流及调速的功能。该变频器的正弦波来自于输出的电流及电压，同时进入的电流仍为正弦波，功率因数仍控制在1，同时具备能量可以相互传递的作用，明确指出了该技术未来的发展趋势及方向。

综上所述，一般住宅尚未出现谐波危害造成的不良后果，而现阶段最该考虑的是公共建筑和通讯建筑，应保证数据传输的顺畅性，安装调谐滤波的电容器组。在无法估计具体的谐波值时不应盲目的选择滤波器类型，经过系统进行运行验证后，方可进行实测谐波数值，在选择谐波抑制的相关治理方法。

[1]宋文南，刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京：中国电力出版社，1995，5（03）:12-19.

[2]王兆安，杨君.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998，15（10）:13-36.