上海建工一建集团有限公司 200120
摘要：随着建筑内智能化、自动化设备数量的增加，导致配电网中线性负荷的增长，同时由于配电系统自身特点等多方面因素影响，导致配电系统中谐波污染较严重，威胁着建筑内电子设备的正常运行。实践证明电力滤波器能够有效改善这一问题。在下面文章里，我们重点对电力滤波器安装技术的关键因素进行分析。
关键词：谐波污染；电力滤波器；安装技术
一、前言
随着现代化进程的深入，在各个生产生活领域中都应用到了大量的非线性设备，如变频器、整流器等，这些设备在运行过程中会产生大量的多次谐波，如果在配电网系统容抗和阻抗一定参数条件下会形成串联或并联谐振，最终导致系统内设备的损坏。谐波的存在对于电力系统具有巨大的危害性，如何有效抑制谐波，提高电能质量是电力公司及用电单位都应引起重视的问题。在建筑的日常工作中，为了节约用电，在电梯、水泵、通风机方面会应用到大量的变频设备，同时计算机设备、UPS、照明设备等都构成了建筑配电系统中的谐波源，对建筑内电子设备，尤其是精密的电子设备的正常运行造成了巨大影响。对于谐波的抑制问题刻不容缓。
1.谐波来源
对于一般建筑物内的电气系统而言，其谐波来源主要是两个方面，一是其自身负载中某些非线性设备，这些非线性设备在运行过程中会产生大量的谐波电流，通过线路阻抗又可以使系统电压中出现谐波分量；二是公共电网本身存在谐波电压分量，可以通过供电线路进入建筑配电系统。其中自身负载是最主要因素，是由于建筑负载存在如下特点：1）单相负载多，且分配不均匀；2）非线性负载比例高。个人电脑、复印机、通讯设备、照明设备、UPS、一次电源等；3）谐波源谐波畸变率大。
2.谐波危害
建筑配电系统运行过程中存在的谐波电压、电流分量，会对整个配电系统电能质量造成极大的污染，同时也会造成损坏店内用电设备的隐患。具体概括起来危害主要是包括下列两个方面：
2.1对建筑配电系统的危害
1）增大配单变压器功率损耗，使铁芯发热，并发出噪声；
2）造成电缆发热，加速绝缘老化，缩短使用寿命。严重时甚至会造成短路，发生设备人身伤害事故。
3）对保护设备造成干扰，导致误动、拒动的发生。
2.2对建筑内用电设备的危害
1）由于目前在建筑照明设备中广泛应用到电子镇流器，进一步造成谐波污染，缩短了照明设备的使用寿命。
2）使电子监测设备出现误差，造成保护误动、拒动。
3）引发无功补偿设备的谐振。造成设备电容器鼓胀甚至爆炸，影响配电系统功率因数。 [1]
二、常用谐波治理方法及优点
目前针对配电系统中存在谐波问题的治理方法主要是通过装设滤波设备，滤波器可细分为无源和有源两种。其中无缘滤波器发展较早且结构简单，所以在早期的谐波治理过程中发挥了积极的作用。但随着各行各业对于电能质量要求的不断提高，无源滤波器在滤波程度方面的局限性就凸显出来。在其基础上发展而来的有源滤波器（APF）由于性能更为优异所以在当前谐波治理工作中得到了更为广泛的应用。其具体的优点体现在：
1）动态补偿，可实现对谐波、无功及三相不平衡的补偿；
2）受电网阻抗影响较小，对电网谐振有很好的抑制作用；
3）补偿方式灵活。即可对特定的单一谐波源进行补偿，又可以对多个谐波源进行补偿；
4）可无限制过载，对配电系统运行稳定性不会造成影响。[2]
三、电力滤波器安装技术关键因素
滤波器作为净化电网污染，改善用电质量的有效设备，目前在建筑等场所已经得到了广泛应用。根据不同场所不同应用对象，通过选择不同的滤波器能够有效起到保障供电可靠性、降低谐波干扰、延长设备使用寿命、避免设备损坏等作用。在具体的滤波器配置安装过程中，需要根据相关的谐波标准来限制谐波污染，进而保障公共电网的安全运行。通过合理设置滤波器将建筑配电网中的电压谐波畸变率及各次谐波含有率控制在允许范围内，具体的谐波电压限制要求如下表1：
对于谐波电流的考核是要求用户向供电系统公共节点注入的谐波电流分量不应超过规定允许值。针对建筑内不同的谐波源，应在配电系统相关节点采取相应的谐波治理措施，降低谐波干扰，改善运行环境。影响滤波器补偿性能的因素主要包括谐波检测算法、电流跟踪控制电路及主电路参数的设计。
为了在保证谐波抑制效果的前提下最大限度的降低设备成本，应对建筑滤波器施行最优配置。对于最优配置这一问题又可以分为单个滤波器配置和多个滤波器配置两种方式。其中单个滤波器最优配置指的是在建筑配电网中只需在最佳位置安装一个APF，就能满足各个环节对于谐波限制标准，且APF输出补偿电流实现最小化，例如在建筑物的低压配电室电容柜并联一组有源滤波器。但是在实际应用过程中发现由于建筑内非线性设备较多，单一的APF无法很好的满足整个配电系统的谐波约束,所以有必要在多个恰当的位置设置无源滤波器,在设置时需要考虑的负载的所产生的各次谐波分量值是否超过GB/T14549-93国家标准的最低值，如果超过最低值需要就地设置无源滤波器，进行谐波抑制。
对建筑滤波装置进行优化配置，指的是假设配电网结构、参数、谐波电流已知的条件下，以谐波电流满足约束条件为前提对滤波装置的安装地点、安装类型、安装组数、容量参数进行寻优计算。目标是在保证配电网内各节点谐波电压含有率及电压谐波总畸变率在规定限值内，同时在谐波装置安全可靠运行的前提下使得电流谐波总畸变率和谐波装置投资的最小化。为了得到最优的配置方案应根据已知条件建立优化配置模型。
在建立模型时，首先对平均电压总畸变率进行计算，在已知系统各节点谐波电流的前提下，可利用谐波网络节点导纳矩阵求得各节点的谐波电压。在各节点安装滤波器后，为了使整体谐波含量在满足规定的基础上最小化，应以各节点的平均值为目标函数，得出滤波器补偿电流，使得建筑配电网络中平均电压总谐波畸变率最小化。同时为了使滤波设备投资最小化，还应建立投资最小化目标函数。
上面所提到的两个目标函数模型，由于相关变量具有非线性特点，导致两者同时达到最小值存在很大困难，所以有必要通过协调相关各函数的关系，使两者同时达到比较优良的解。通过利用线性加权的方法能够得到综合目标函数，这样就将一个多目标优化问题简化为单目标优化问题，最后依次进行ISA-PSO搜索，即对滤波器的安装地点、安装类型、组数及容量参数进行寻优。[3]
结束语
滤波器的应用对于改善用电质量、降低谐波污染有着积极的作用。在上面文章里，我们对有源滤波器的应用进行了简单了解，并重点对其在建筑电气安装方面的技术因素进行了深入探讨。在具体的应用过程中，应根据建筑负荷容量大小及相应的谐波畸变率计算谐波电流，并进行有源滤波器的优化配置。实践证明，通过应用APF，建筑配电系统的谐波畸变率得到明显抑制，功率因数及电压有效值也得到了提高。
参考文献：
[1]陈涛.有源滤波器在剧院建筑中的应用[J].《现代建筑电气》,2015,(10):34-38
[2]孙晓红.现代商业建筑配电系统中有源滤波器的选型[J].《现代建筑电气》,2013,(04):35-37
[3]陈乐柱,杜荣权,穆瑜.有源滤波器的最优安装点和检测点的研究[J].《电源学报》, 2015,(05): 10-14
论文作者:钱小龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/14
标签：谐波论文; 滤波器论文; 建筑论文; 设备论文; 系统论文; 电流论文; 畸变论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月下论文;