谐波的治理与无功补偿

孙加磊

摘 要：医院的发展与建设离不开电。医院的配电系统是保证医院供电的一项重要因素。随着我国现代科学技术的逐渐发展与进步，医院的供电设施也得到了很大的改善以及提高。在发展的过程中，各种技术使得我国医院的配电系统得到了逐渐的完善。在该课题的研究中，主要对医院配电室的谐波治理与无功补偿进行了研究以及分析，以期为医院配电室的谐波治理与无功补偿提供一定的参考以及借鉴。

关键词：谐波治理 无功补偿 改善措施

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（c）-0040-02

在医院的发展以及运行中，需要采用高科技等技术手段来满足医院供电设施的要求，从而逐渐实现医院的科学用电以及节能用电等，这样能够有效地减少医院的成本。从当前部分医院的低压配电系统来看，许多医院的配电系统采用了无功补偿装置，但是这些无功补偿装置却不能得意正常的工作。该文认为，可以通过比较小的成本投入来对医院的无功补偿装置进行改造，并且在原先的基础之上，增加先进的检测以及控制装置，从而实现医院配电系统中无功动态的自动补偿，使得医院配电系统的运行更加有效率，将医院供配电系统的谐波抑制控制在一定的范围内。

1 谐波及无功补偿改善

1.1 谐波

从谐波的概念来看，谐波主要是指电流周期性交流信号量在傅里叶级数分级的基础之上，得到比基波频率更大的整数倍的分量。从谐波的来源来看，主要是来源于那些大容量的整流以及换流设备，同时那些非线性负荷也会产生谐波。通过对这些产生畸变的交流电进行傅里叶级数分解，就能得计算得出谐波分量。

1.2 无功补偿

无功补偿主要描述的是电流的能量交换幅度，无功补偿自身是不会消耗功率的。虽然电阻会消耗相应的功率，但是电感却不会消耗相应的能量。同时，无功功率的数值表征以及电感之间交换能量的幅度等，都是受阻感负载的影响。在这种情况下，会对电流中电源的输出产生影响。在医院的低压配电系统中，通过使用并联的电容器装置对无功功率进行集中性的补偿或者分散，可以有效地解决电能。

从无功功率补偿的意义来看，其主要作用是减少电气设备以及电路线路等的功率损耗，从而逐渐稳定电路电压，并且有效地提高电路的供电质量，并且有效地提高电路变压器的负荷承载能力。对于那些需要长距离输电的电路来说，无功补偿能够提高电路系统的稳定性，并且提高电路的输电能力。

2 医院配电系统现状

当前，医院的配电配电系统主要是由数台10/0.4 kV主变压器，经低压配电设备向用电设备供电。主要负载为电子医疗精密设备、照明、中央空调及通风设备、计算机及UPS、电梯等。其中大部分为单相非线性负荷，低压配电网上谐波严重，主要谐波源可分为下面几种：（1）电子医疗精密设备。当前医院内的大型电子医疗设备为一般的开关电源供电，开关电源设备会产生3、5/7次等谐波注入到电网中。（2）照明设备。医院内的照明设备会使用大量的具有荧光性质的灯具，这样会产生比较大的谐波电流，其中以3次谐波为主。（3）中央空调以及通风设备。当前医院主要采用的是变频空调以及大型风机。其中，变频空调中的变频器是重要的谐波来源，在使用的过程中会产生大量的5次或者7次的谐波污染电网。（4）计算机及UPS，当前医院主要采用的是计算机网络管理，A医院计算机的使用数量有很多。另外，由于计算机的数据存储系统需要配备UPS等备用电源，从而会产生大量的3次、5次以及7次谐波。

在医院的低压配电系统中，会使用较多GGJ系列的无功功率补偿装置。从这个装置的特点来看，主要表现为投资金额较少，装置的结构比较简单，同时安装的过程十分简单。但是在医院低压配电系统的运行中，医院不仅仅需要进行无功补偿，同时还需要治理由于各种因素产生的谐波治理污染等。

3 补偿方案的确定

3.1 无功补偿方案对比

在医院的谐波污染治理中，其主要目標应满足或高于现行国家标准。

因此预期目标可以设置为：系统中谐波总分量THDI≤3%，功率因数COSΦ≥0.95。

以下将针对几种主要的无功补偿方案进行对比以及分析。

（1）无源滤波器：在医院的供配电系统中，为了有效地过滤谐波，需要为谐波提供一条相应的释放路径，这样才能保留电路中的基波，同时使谐波短路。因此，这就需要谐波能够通过滤波器流回谐波源，但是不会流入到电路系统中。因此，这个时候可以使用一种LC无源滤波器。在当前的生活中，主要使用的是单调谐波滤波器，这个滤波器主要由以下部分组成：电容、电感以及电阻。人们通过设置相应的参数，就能够在消除谐波频率的基础场，使得感抗以及容抗可以互相抵消，在这个过程中，电路的谐波就能够通过滤波器返回谐波源，最终达到消除滤谐波的目标。

（2）有源滤波器：从当前的无功补偿装置中，进行谐波治理的一个有效方法是使用有源滤波器。有源滤波器主要是通过检测电网中实时的电压电流，在经过运算以及处理之后获得相应的补偿控制指令，从而控制电路中主电路产生的谐波补偿电路，最终使得电路电网中的电流成分中只含有基波的分量。这种谐波治理方式是当前电路无功补偿以及谐波治理的一个重要研究方向以及研究思路。

（3）混合滤波补偿方案：在谐波量较大的场合，考虑投入成本，采用有源滤波器+无源非调谐式滤波补偿装置的混合滤波补偿是最佳的方案，既实现了安全补偿，又彻底根治了谐波，并可以节约成本。

（4）静止型无功补偿器以及静止型无功发生器补偿方案：静止型无功补偿器采用电力电子技术跟踪电网无功波动及谐波状况，在线实时自动控制补偿。响应速度快（5～20 ms），可补偿无功功率，吸收高次谐波，减少电压闪变。静止型无功发生器补是近些年研制开发的一种新型静止无功补偿设备，这种谐波治理的原理主要是将自换相桥式的电路通过电抗器或者将其直接并联到点苦的电网中，从而适当地对桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位使电路进行有效的调节，从而使其吸收无功电流，最终实现无功补偿等。

3.2 无功补偿方案的确认

从医院的角度来看，医院低压配电系统的谐波治理以及无功补偿需要根据自身的实际情况来确定。这里主要是依据医院配电系统中的谐波分量值以及主要谐波的频次和相关的投资收益比来选择无功补偿方案。

其中，静止型无功补偿器以及静止型无功发生器主要是适用于工业领域中有大量冲击负荷的情况，该无功补偿方案造价较高，不适用于医院的低电压配电系统中的无功补偿。因此，在这种情况下，笔者建议，医院低电压配电系统中进行无功补偿以及谐波治理，需要采用低压无源调谐式滤波补偿方案，性价比高，同时改造效果明显。如果医院有新建的低压配电系统，或者医院现有的低压配电系统中的谐波含量高于5%，那么就可以采用有源滤波器和无源非调谐式滤波补偿装置的混合滤波补偿方案，从而达到谐波治理与无功补偿的最终目的。

4 结语

在当前医院配电系统的发展中，由于非线性负荷的逐渐增加，使得其产生的谐波迫切需要得到治理。对于医院电路中谐波发生十分严重的地方，如果仅仅采用传统的并联电容器补偿装置对无功功率进行补偿，那么可能会导致谐波放大的反作用，严重的情况下会产生谐振，因此，在医院低压配电系统中进行谐波治理以及无功补偿，既能够实现节能的效果，同时也能够增加医院精密设备的使用寿命以及提高其使用的稳定性，对于医院的和谐发展有着十分重要的作用以及意义。

参考文献

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