民用建筑配電系統(tǒng)諧波防治技術(shù)初探-建筑電氣2009.10

專 家 論 壇
民用建筑配電系統(tǒng)諧波防治技術(shù)初探
陳眾勵 （上海建筑設(shè)計研究院有限公司， 上海市 200041）
Initial Discussion about Harmonic Prevention and Treatment Technology of
Power Distribution System for Civil Buildings
Chen Zhongli （Shanghai Institute of Architectural Design & Research Co.， Ltd.， Shanghai 200041, China）
Abstract This paper simply describes the main 大， 諧波增大。 另外， 由于經(jīng)濟原因， 變壓器所使用
types of harmonic source equipment and harmonic 的磁性材料通常在接近非線性或就在非線性區(qū)域運
formation mechanism in power distribution system of civil 行。 在這種情況下， 即使所加的電壓為正弦波， 變壓
buildings， analyzes the harmonic impact on the 器的勵磁電流也是非正弦的； 如果勵磁電流是正弦
distribution system which is often ignored by some
波， 則電壓就是非正弦波， 從而產(chǎn)生諧波。
designers， discusses some harmonics-related calculation
電力變壓器產(chǎn)生的諧波以3次為主。
problems in engineering design， briefly presents some
2． 2 熒光燈
effective methods of harmonics prevention and treatment.
熒光燈及其電子鎮(zhèn)流器的伏安特性是嚴(yán)重非線
Key words Civil building Power distribution
性的， 因此會引起嚴(yán)重的諧波電流， 其中 3 次諧波
system Harmonics prevention and treatment technology
含量最高。 當(dāng)采用電子鎮(zhèn)流器的熒光燈安裝數(shù)量較
多時， 其電源干線的中性線上會流過很大的 3 次諧
摘 要 簡述了民用建筑配電系統(tǒng)中諧波源設(shè)備
波電流。 如果熒光燈采用電感鎮(zhèn)流器并接有補償無功
的主要類型及其諧波形成機理； 分析了一些容易被設(shè)
功率的電容器， 則 3 次諧波電流還很有可能引起諧振
計人員忽視的諧波對配電系統(tǒng)的負(fù)面影響； 探討了工
而使諧波放大， 會使電壓波形也發(fā)生嚴(yán)重畸變。
程設(shè)計中一些與諧波有關(guān)的計算問題； 簡單介紹了一
2． 3 整流裝置
些諧波預(yù)防和治理的有效方法。
感性負(fù)載的整流電路產(chǎn)生諧波污染且功率因數(shù)滯
關(guān)鍵詞 民用建筑 配電系統(tǒng) 諧波防治技術(shù)
后。 電壓型變頻裝置、 開關(guān)電源和不間斷電源等都屬
于這種裝置。 民用建筑中常見的電視機、 個人電腦、
1 引言
打印機等設(shè)備， 都含有開關(guān)電源， 由于它們數(shù)量龐
隨著經(jīng)濟與技術(shù)的不斷發(fā)展， 民用建筑物內(nèi)電力 大， 故也是民用建筑中主要的諧波源。
電子設(shè)備、 開關(guān)電源、 變頻設(shè)備、 電子鎮(zhèn)流器等非線 整流裝置所產(chǎn)生的諧波特征頻率取決于脈沖數(shù)。
2． 4 變頻裝置
性設(shè)備的使用量日趨增多， 使得其配電系統(tǒng)中的諧波
問題日趨嚴(yán)重， 對民用建筑配電系統(tǒng)中諧波問題的研
變頻裝置主要應(yīng)用于低速、 大容量的交流調(diào)速
究也日趨緊迫。
設(shè)備， 例如電梯、 水泵等等。 目前， 常用的變頻裝
置一般均采用普通晶閘管構(gòu)成的橋式電路或 12 相電
2 民用建筑配電系統(tǒng)中的主要諧波源分析
路， 利用電網(wǎng)電壓進(jìn)行換相， 通過相位控制的方法
2． 1 電力變壓器 得到所需的正弦電壓輸出波形。 由于采用相位控制，
變壓器勵磁電流的諧波含有率和它的鐵芯飽和程 變頻裝置的輸入端需要提供滯后的無功電流， 致使
度直接相關(guān)。 正常運行時， 電壓接近額定值， 鐵芯工 系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)較低。 另外， 由于輸入電流受
作在輕度飽和范圍， 此時諧波不大。 但在一些特殊運 到輸出波形的調(diào)制， 輸入電流不僅含有一般整流電
行方式， 如夜間輕負(fù)荷期間， 運行電壓偏高， 導(dǎo)致鐵 路中的特征諧波， 而且含有與輸出頻率有關(guān)的諧波，
芯飽和程度較嚴(yán)重； 勵磁電流占總負(fù)荷電流的比重變 使得整個輸入電流的頻譜較為復(fù)雜。 通常變頻裝置
3
民用建筑配電系統(tǒng)諧波防治技術(shù)初探（陳眾勵）
499建筑電氣
誖
BUILDING
2009 年第10 期 ELECTRICITY
功率都較大， 因此其諧波和無功功率對電網(wǎng)的影響 式中： P ——— 基波的有功功率；
1
不容忽視。 S ——— 基波的視在功率。
1
變頻裝置所產(chǎn)生的諧波特征頻率取決于脈沖數(shù)。
但是， 在諧波環(huán)境中， 由于諧波的存在， 使得
2． 5 交流調(diào)壓裝置
PF ＜ cosφ， 即：
交流調(diào)壓電路分為移相控制和通斷控制兩種類
P
PF ＝
型。 大量應(yīng)用于燈光調(diào)節(jié)、 異步電動機的啟動和調(diào)
S
速。 移相控制的電路電流高次諧波成分較高； 通斷控
P S
＝ · 1
制雖然高次諧波少， 但在電源基波頻率附近集中了許
S S
1
多含量較高的間諧波。
＝ PF ·PF
disp dist
總而言之 （特例除外）， 非線性配電設(shè)備和非線
式中： PF ——— 位移功率因數(shù)；
性用電負(fù)載導(dǎo)致配電系統(tǒng)中的諧波電流， 而諧波電流 disp
流經(jīng)配電系統(tǒng)的阻抗， 又導(dǎo)致了諧波電壓。 PF ——— 畸變功率因數(shù)。
dist
3 諧波對電能損耗和配電系統(tǒng)設(shè)計的影響 3． 3 諧波對功率因數(shù)補償方法的影響
傳統(tǒng)的靜電電容補償方法只能解決由于電流相位
3． 1 諧波對電能損耗的影響
滯后導(dǎo)致的無功功率問題， 而對由于諧波、 間諧波等
在理想正弦波的情況下， 無功功率Q僅僅反映了
頻率不合所致的無功功率卻無能為力。
電能在電源與負(fù)載之間交換或傳遞的幅度， 極少消耗
因此， 在諧波環(huán)境中， 計算靜電補償電容的容量
功率 （僅僅是相位滯后引起的工作電流增量部分所致
時， 應(yīng)當(dāng)扣除非相位所致 （即畸變所致） 的無功功
的導(dǎo)線發(fā)熱損耗）。
率， 而且這部分無功功率必須用配置電抗器、 濾波器

內(nèi)容描述： 該文章《民用建筑配電系統(tǒng)諧波防治技術(shù)初探》發(fā)表于2009年10期的《建筑電氣》雜志上。它針對民用建筑領(lǐng)域的配電系統(tǒng)中普遍存在的諧波問題進(jìn)行了深入探討。文章從理論與實際相結(jié)合的角度出發(fā)，分析了諧波對配電系統(tǒng)及其設(shè)備（如電力變壓器、電機、整流設(shè)備等）性能的影響，以及可能引發(fā)的電能質(zhì)量下降、設(shè)備效率降低和壽命縮短等問題。 作者詳細(xì)闡述了諧波產(chǎn)生的原因，包括非線性負(fù)載的普遍存在，如空調(diào)、電梯、照明設(shè)備中的開關(guān)電源、變頻器等。接著，文章提出了幾種常用的諧波抑制措施，如采用高功率因數(shù)補償裝置、選擇有較好抑制諧波性能的電氣設(shè)備、實施有效的無功補償及諧波濾波器配置等，并對其原理與應(yīng)用效果進(jìn)行了初步實驗驗證和案例分析。 通過對民用建筑配電系統(tǒng)的諧波防治技術(shù)進(jìn)行初步探索，該研究為改善電能質(zhì)量、保障供電安全穩(wěn)定、提高能源利用效率以及延長設(shè)備使用壽命提供了有價值的參考依據(jù)和技術(shù)路徑。