譚艷面

摘? ? 要：諧波指的是電路中含有頻率為基波整數(shù)倍的電量，對電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性皆有較大影響。智能建筑對電氣系統(tǒng)設(shè)計效果有很高的要求，如何有效降低諧波是智能建筑電氣設(shè)計中亟待解決的問題?；诖耍疚慕Y(jié)合理論實踐，在簡要闡述智能建筑中電氣諧波特性的基礎(chǔ)上，分析了諧波造成的危害，并提出具體的治理措施，分析結(jié)果表明，合理有效的治理諧波，對提升智能建筑電氣系統(tǒng)運行質(zhì)量有非常重要的意義，值得設(shè)計單位高度重視。

關(guān)鍵詞：智能建筑;電氣設(shè)計;諧波;阻抗

1? 引言

線路結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)備分布及非線性設(shè)備在使用中都會形成大量諧波，此外，電源也會形成諧波電壓。在進行多電源并網(wǎng)設(shè)計時，總電源電流會偏離正弦波，導(dǎo)致電氣線路、電氣設(shè)備在運行中形成諧波，從而影響供電質(zhì)量，不利于智能建筑電氣系統(tǒng)作用和價值的發(fā)揮?；诖?，開展智能建筑電氣設(shè)計中的諧波治理措施的研究就顯得尤為必要。

2? 智能建筑電氣系統(tǒng)中諧波的特性

2.1? 對稱性

智能建筑電氣系統(tǒng)中，諧波存在奇偶對稱的特性，簡而言之，在傅里葉級數(shù)展開狀態(tài)下，不存在正弦項情況。

2.2? 獨立性

諧波出現(xiàn)在平衡電力系統(tǒng)中線性網(wǎng)格中時，單個諧波之和等于總諧波量，每個諧波都進行獨立的分析和治理。

2.3? 相序性

正序諧波的規(guī)律為：基波之后是四次，四次之后是七次，以此類推;負(fù)序諧的規(guī)律為：二次之后是五次，五次之后是八次，一次類推。其中零序是3的整數(shù)倍。如果諧波出現(xiàn)在整個智能建筑電氣系統(tǒng)中，則無論該電氣系統(tǒng)是否處于平衡運行狀態(tài)，都存在負(fù)序和零序電流。

3? 諧波對智能建筑電氣系統(tǒng)造成的危害

在理想狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)在運行中電源的頻率的固定不變，但很難達到這一目標(biāo)，無論是諧波電壓，還是諧波電流都會電氣系統(tǒng)造成不同程度的污染，從而惡化運行環(huán)境，其造成的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1? 增加電費

智能建筑中電氣系統(tǒng)中諧波產(chǎn)產(chǎn)生的功率多為無功功率，會降低電氣系統(tǒng)負(fù)荷能力，從而增加電力運行成本。

3.2? 增加電氣設(shè)備運行故障率

諧波會使供電電壓的波形發(fā)生變化，增加電磁設(shè)備鐵損率，絕緣材料所承受對地電壓也會增加。而諧波電流則會增加電磁設(shè)備的銅損率，如果情況嚴(yán)重，甚至?xí)纬奢^大的電磁噪聲，引發(fā)局部過熱問題，縮短電氣設(shè)備使用壽命，也會增加斷電故障發(fā)生的概率。

3.3? 降低供電質(zhì)量

智能建筑電氣系統(tǒng)中的變壓器、電動機、整流變頻電子設(shè)備等，需要經(jīng)常性的移設(shè)安裝，如果操作不當(dāng)，會形成串并聯(lián)諧振狀態(tài)。在具體運行中，一旦某一電氣設(shè)備或者運行參數(shù)，對某一頻率的諧波形成振蕩，會導(dǎo)致諧波被放大，從而引發(fā)過電流、過電壓現(xiàn)象，影響整個電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4? 智能建筑電氣設(shè)計中的諧波治理措施

4.1? 合理應(yīng)用無源濾波器和有源濾波器

在諧波治理中應(yīng)用無源濾波器的機理為改變電源阻抗，從而達到治理諧波的作用，比較使用運行狀態(tài)相對穩(wěn)定、不頻繁改變電氣設(shè)備的電氣系統(tǒng)設(shè)計中;有源濾波器的機理為補償非線性負(fù)載，降低諧波對整個電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成的影響。

傳統(tǒng)建筑工程電氣設(shè)計中多采用無源濾波器來治理諧波，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行安全可靠的優(yōu)勢，至今也是治理諧波的主要措施。比如：LC濾波器就是典型的無源濾波器，由濾波電容器、電抗器、電阻器等結(jié)構(gòu)共同組成，將LC濾波器和諧波源相互并聯(lián)，既能起到濾波的效果，也可以進行無功補償。但是容易發(fā)生過載問題，一旦過載運行，濾波器就會被燒損，并且無源濾波器無法有效控制，隨著運行時間的增加，配件老化嚴(yán)重，會導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生改變，降低諧波治理效果。并且無源濾波器只能治理三次諧波，如果需要過濾不同的諧波，需要額外添加濾波器，增加設(shè)備投資。

智能建筑在電氣設(shè)計中多采用有源濾波器來治理諧波，對諧波進行跟蹤補償，并且補償效果不會受電氣系統(tǒng)阻抗的影響，在PWM控制技術(shù)持續(xù)發(fā)展，基于瞬時無功功率理論提出后，有源濾波器得到了飛速發(fā)展，其治理諧波的原理為：可從補償對象中檢測出諧波電流，通過補償裝置，形成一個和該諧波電流大小相同，但極性相反的補償電流頻譜，以抵消諧波電流，促使電氣系統(tǒng)中運行的電流只含有基波分量，整個諧波治理過程由DSP和IGBT來完成。

目前很多智能建筑在電氣設(shè)計中為降低諧波造成的影響，多采用有源濾波器和無源濾波器相互結(jié)合，互補混合使用的方法。既能充分發(fā)揮無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢，也可以克服有源濾波器容量大、成本高的缺點，促使智能建筑電氣設(shè)計具有更好的性能。

4.2? 減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法

智能建筑電氣系統(tǒng)在運行中，形成諧波的主要原因是采用了非線性負(fù)載，為更好的治理諧波，在電氣設(shè)計中要將負(fù)載供電線路和對諧波比較敏感的負(fù)載供電線路分離。但電氣系統(tǒng)在正常運行中，非線性負(fù)載引起的畸變電流，會在電纜阻抗上形成畸變電壓降，引發(fā)諧波電流在該線路上流過。因此，在智能建筑電氣設(shè)計中合理加大電纜截面面積，并減少回路中的阻抗，也治理諧波影響的主要措施。目前很多設(shè)計方，都選擇提升變壓器容容量、增加電纜截面積，以及選擇整定值比較大的斷路器來降低諧波影響。但應(yīng)用實例表明，此種諧波治理措施，無法從根本上消除諧波，甚至不利于電氣系統(tǒng)保證特性和使用功能的提升，也會增大投資力度，增加電氣系統(tǒng)運行中的安全隱患。為解決這一問題，在電氣設(shè)計中，可將線性負(fù)載和費線性負(fù)載，從相同電源電源接口處開始，就分別設(shè)電路供電，通過此種設(shè)計方法，非線性負(fù)載形成的畸變電壓就無法傳輸?shù)骄€性負(fù)載上，從而有效治理諧波，保證電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

4.3? 合理應(yīng)用無諧波污染的綠色變頻器

合理應(yīng)用綠色變頻器是治理諧波的新型措施，主要機理為：綠色變頻器在運行中，無論是輸入電流，還是輸出電流都是正弦波形式， 并且輸入功率因數(shù)可控，可獲得任意可控輸出頻率，在內(nèi)部還設(shè)置了交流電抗器，從而實現(xiàn)對諧波的有效抑制。此外，通過綠色變頻器還能有效保護整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，大量應(yīng)用實例表明，在智能建筑電氣設(shè)計中，應(yīng)用不帶減抗器的諧波電流，明顯高于是帶減抗器形成的諧波電流，因此，為更好的減少諧波污染，需要在變頻器輸出回路中合理安裝噪聲濾波器。變頻器中應(yīng)用低諧波技術(shù)可歸納出以下內(nèi)容：第一，逆變單元在設(shè)計時要實現(xiàn)并聯(lián)多重化，通過2個或者多個逆變單元相互并聯(lián)，促使波形相互疊加，以消除諧波分量。第二，在PWM變頻器中，要盡量采用121脈沖、18脈沖的整流，以降低諧波形成量。第三，在逆變單元設(shè)計中，通過串聯(lián)多重化的方法，采用30脈沖串聯(lián)逆變單元，實現(xiàn)多重化線路設(shè)計，可將諧波減少到最低。

5? 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，分析了智能建筑電氣設(shè)計中的諧波治理措施，分析結(jié)果表明，諧波是客觀存在的，幾乎無法從根本上得到解決，對整個電氣系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定性有較大影響。為降低諧波影響，可從合理應(yīng)用無源濾波器和有源濾波器、減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法、合理應(yīng)用無諧波污染的綠色變頻器等方面同時入手，對諧波進行有效治理。

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