摘要：现代智能建筑中,用电负荷以计算机、网络和现代通信系统以及大量的电子、电力电子设备等对谐波敏感的非线性负荷为特征,对供电质量有特别严格的要求。因此本文分析了建筑电气设计中电源谐波相关问题。
关键词：建筑；电力系统；谐波
引言：在建筑电气设计时，为了给人类提供健康舒适的生活空间，电气设计人员开始对供电质量和可靠性有了越来越严格的要求，然而供电系统的谐波是影响电能质量的一个重要原因，它给建筑电力系统造成了电能污染，对智能建筑功能产生了重要影响，还会降低电子设备的性能，对于建筑电气设计中的电源谐波问题，本文进行了初步探讨和分析，并提出了电源谐波的抑制方法。
1电源谐波及危害性分析
在智能建筑用电负荷中，阻感性负荷占很大的比例，变压器、荧光灯都是典型的谐波阻感性负荷，阻感性负荷必须吸收无功功率才能正常工作。电力电子装置等非线性负荷相控整流器、周波变流器等工作时基波电流相位滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率。此外，谐波源也要消耗无功功率。
1.1谐波使设备产生附加谐波损耗
使得电力变压器温度升高。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因：一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；二是谐波电压能增加铁损。对于有三角形接法的变压器，三倍次谐波环流引起的这两种发热就更加明显。谐波对旋转电机产生有害影响，产生附加损耗和转矩，它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体。
1.2谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热
电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大。
1.3引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动
在我国的电力系统中受谐波影响而导致工作失误或性能劣化的装置中，以继电保护和自动装置为最多。这些继电保护和自动控制装置通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的，谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动作。
1.4对计仪表产生影响
电力测量仪表通常是按工频正弦波形设计的，当有谐波时，将会产生测量误差对通信系统产生干扰，谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪音，降低信号的传输质量，降低语言或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。
2电力系统发展过程中谐波源的来源
2.1发电机的谐波同步
发电机产生的谐波电动势是由于转子和定子之间空气隙中的磁场非正弦分布所引起的。发电机每对磁场下气隙中的磁场不可能完全按正弦分布，发电机实际运行时，气隙磁场非严格正弦波，含有一定谐波成分，而这是由磁场的结构所决定的。因此发电机的输出电压本身就含有一定的谐波，其谐波电压的幅值和频率取决于发电机本身结构和工作状态。
2.2变压器的谐波
该谐波主要是磁路非线性引起的。变压器的励磁回路具有非线性电感，因此励磁电流是非正弦波形。变压器的原边绕组通常认为加的是正弦电压，变压器励磁电流im产生了铁心中的磁通，由于磁路的非线性，要产生正弦波磁通，励磁电流应为尖顶波，若励磁电流为正弦波，磁通将为平顶波。无论尖顶波还是平顶波，它们中都含有全部的奇次谐波，其中以次谐波含量最大。若励磁电流为尖顶波，则作为受电端的变压器原边，其电流含有谐波。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆若磁通为尖顶波，那么副边相电压将为非正弦波，输出电压就含有谐波成份。
2.3电力电子变流装置的谐波
随着科技的发展和办公、家用电器的普及，各种电力电子装置进入了电力系统，这些大大小小的谐波源都给电力系统造成了谐波污染。由于谐波的含量取决于装置本身的特性和工作状况，基本上与电力系统的参数无关，因此可看作谐波恒流源。而实际上，由于电力系统，尤其是低压配电网的容量有限，谐波电流注入电力系统后，在系统内阻上造成的谐波压降，使电力系统中各点电压产生畸变。
2.4低压电器的谐波
由低压电网供给电源的各种电器设备，在现代建筑中的办公楼、商住楼、住宅公寓中广泛使用。它们都带有小功率的整流装置，有的电器带小容量变压器，其励磁电流所占比例较大，虽然其单个容量小，数十瓦到数千瓦，但数量较多且分布很广，它们产生的高次谐波也会对电力系统造成影响，加重电力网的谐波污染。
3电气设计中谐波抑制的方法
现在的研究主要是从两个方面考虑，一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为，这通常适用于中小功率装置或系统中比较集中的主要谐波源的电力电子装置。
3.1采用LC组成的无源调谐滤波器(Passive Power Filter)
以前传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振，提供谐波入地的低阻通路，使谐波导入大地脱离电网。它工作在基波时呈容性，能够同时补偿电网中感性无功功率，具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点，一直被广泛使用。
3.2有源电力滤波器(Active Power Filter-APF)有源滤波器
20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法，目前已经成为谐波抑制的一种趋势。有源电力滤波器也是电力电子装置，原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个大小相同极性相反的谐波电流，从而达到补偿谐波的效果，使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，日本在这方面的研究与应用走在世界前列。一些世界知名电气设备制造商也都有各自的APF产品。
3.3高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源
对整流装置改进，使其尽量不产生谐波，并且电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。主要包括，采用整流电路的多重化，采用PWM(脉宽调制Pulse Width Modulation)整流电路，采用带斩波器的二极管整流电路，矩阵式变频电路等等。
结语
综上所述，虽然我国还没有制定建筑电能质量标准，但是谐波的综合治理工作是值得推广的，许多建筑用户只注重提高功率因数，不重视谐波治理，从而造成电能污染和经济损失，所以消除电力电子装置中的谐波已经成为了必需工作，只有解决了电能污染的问题，才能保证建筑用户的电能质量和用电安全。
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论文作者:杨富新,王龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：谐波论文; 电流论文; 装置论文; 电力系统论文; 电压论文; 变压器论文; 滤波器论文; 《基层建设》2018年第24期论文;