導(dǎo)語：建筑供電質(zhì)量情況及策略一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1研究背景及意義

根據(jù)美國電力科學(xué)研究院的一項關(guān)于電能質(zhì)量的粗略估計，認為當今和電能質(zhì)量相關(guān)的問題在美國每年造成的損失高達260億美元。而根據(jù)1992年日本電氣協(xié)會發(fā)表的一項關(guān)于對電能質(zhì)量問題之一——諧波源的調(diào)查報告中指明：最大諧波源來自整流器的用戶占全部用戶的90％，而在各行業(yè)產(chǎn)生的諧波量分布中，由建筑產(chǎn)生的諧波量占總數(shù)的40．6％，見圖1產(chǎn)生諧波的行業(yè)分布情況。因此，研究和改善建筑供電電能質(zhì)量，使之滿足居民生產(chǎn)、生活水平發(fā)展的需求已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑電氣領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一。

2建筑供電電能質(zhì)現(xiàn)狀

2．1建筑內(nèi)用電設(shè)備供電電能質(zhì)量現(xiàn)狀建筑內(nèi)非線性用電設(shè)備主要有：電視機、各種熒光節(jié)能燈、空調(diào)機、計算機、充電器和信息技術(shù)設(shè)備等，這些設(shè)備大多數(shù)為數(shù)十瓦到數(shù)千瓦，容量小，但數(shù)量極多，其整體對諧波的影響嚴重。在發(fā)達國家中，居民和商業(yè)用的非線性負荷早已成為電網(wǎng)背景諧波的重要組成部分，我國幾個大城市將要或已經(jīng)進入這個階段。下面將幾種用電設(shè)備的電流總諧波畸變率THn總結(jié)在表1中。從以上的數(shù)據(jù)可以看出電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓總諧波畸變率均在國標限值以內(nèi)，但電壓總諧波畸變率接近限值，電流總諧波畸變率較大，特別是中性線電流總諧波畸變率很大。

2．3某學(xué)校供電電能質(zhì)量現(xiàn)狀從表3測試結(jié)果分析可知：①三相電壓比較正常，符合國標規(guī)定的+7％，一10％要求。②頻率偏差符合國標規(guī)定，不超過±2％的要求。③三相電壓不平衡度均在2％以下，符合國標要求。~GWr14549～1993(電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，380V低壓系統(tǒng)的電壓總諧波畸變率(THD)的限值為5．O％，奇次諧波含有率的限值為4．0％。電壓總諧波畸變率嚴重超標，在7％以上。

2．4某大型商用辦公樓供電電能質(zhì)量現(xiàn)狀從上面數(shù)據(jù)看出，諧波總畸變率均超過國標限值要求，用戶電路的諧波畸變水平最高，特別是高層用戶接入系統(tǒng)的公共連接點上的THD值普遍超標，有的甚至超出2到3倍。綜上所述，現(xiàn)代建筑供電頻率偏差一般不超過±2％的要求，符合國標規(guī)定。電壓偏差、三相電壓不平衡度較小，一般都在國標限值以內(nèi)。建筑供電的質(zhì)量問題主要是諧波，特別是電流波形畸變較嚴重，且電流中含有大量三次、五次諧波，偶次諧波很小，甚至可以忽略：中性線上的電流主要是三次諧波電流。

3建筑供電電能質(zhì)量的對策

3．1電壓偏差、波動和閃變、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓的改善措施

3．1．1采用隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)該系統(tǒng)能消除電網(wǎng)中的瞬變干擾、較大負荷啟動和制動引起的電壓波動、電磁干擾等。其優(yōu)點是投資少、運行可靠、維護方便、運行費用低等；其缺點是對突然停電或電網(wǎng)出現(xiàn)較大頻率波動沒有防護。

3．1．2不間斷供電電源不間斷供電電源具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抗干擾、防浪涌等功能；當遇到突然停電時，不問斷供電電源可以對用電設(shè)備繼續(xù)供電一段時間，使人們能及時處理計算機等設(shè)備中內(nèi)存的信息，或者立即啟動備用電源。

3．1．3高頻信號保護器高頻信號保護器主要防止天線的雷擊和感應(yīng)雷電。因為天線受雷擊或雷電感應(yīng)時，天線對偶極子上都將形成對地的暫態(tài)過電壓。天饋線上兩極導(dǎo)線上的暫態(tài)過電壓是對共同地的，形成共模暫態(tài)電壓。高頻信號保護器的內(nèi)部，采用特制的電感線圈，線圈兩頭并接在饋線上，中心抽頭接地。高頻信號保護器，主要用于防護雷擊或雷電感應(yīng)引起的天饋線對地的共模暫態(tài)電壓幅值，從而保護通信設(shè)備免受暫態(tài)過電壓侵害。

3．1．4瞬變浪涌保護器暫態(tài)過電壓是配電系統(tǒng)中最常見的干擾形式，雷電僅是一種；主開關(guān)操作、補償電容器的切換、重負荷的啟動和運行等，都會產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。大部分過電壓的產(chǎn)生帶有隨機性和重復(fù)性，往往伴隨電網(wǎng)中其他干擾的發(fā)生而產(chǎn)生。采用瞬變浪涌保護器，來限制暫態(tài)過電壓和分走浪涌電流，保障電子設(shè)備免受暫態(tài)過電壓的干擾和侵害。

3．1．5電源過電壓保護器雷電及其它瞬變浪涌沖擊現(xiàn)象，對電子計算機等微電子設(shè)備造成很大的危害。電源過電壓保護器是利用快速響應(yīng)模塊，通過其優(yōu)良的非線性伏安特性，來實現(xiàn)抑制暫態(tài)過電壓的。在正常工作時，模塊呈高阻抗特性，泄漏電流很低不影響正常工作：當出現(xiàn)暫態(tài)過電壓時，模塊呈低阻抗特性，使暫態(tài)過電流迅速泄放，從而抑制暫態(tài)過電壓，維持電壓穩(wěn)定。

3．2改善諧波的方法和措施在國內(nèi)標準對建筑的低壓供電網(wǎng)

總諧波電壓畸變率限值尚無明確規(guī)定時，可考慮將電源系統(tǒng)的總諧波電壓畸變率限制在5％以下。若超過5％應(yīng)適當采取防范措施，以保證建筑供電系統(tǒng)的安全運行。抑制諧波的方法有兩種，一是設(shè)計諧波補償裝置來補償諧波，這對各種諧波源都適用；另一種是合理設(shè)計用電系統(tǒng)，對電力電子裝置本身進行改造，使其不產(chǎn)生諧波，而且功率因數(shù)接近為1。

3．2．1合理設(shè)計用電系統(tǒng)，對用電設(shè)備進行改造，選用低諧波源用電設(shè)備①采用D，vn型配電變壓器。在D，yn聯(lián)結(jié)組變壓器中，3n次諧波勵磁電流在其接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，不注入到公共的高壓電網(wǎng)中去，較一次繞組Y接線的Y，vn聯(lián)結(jié)組變壓器更有利于抑制諧波。②對變流器本身進行改造，采用高功率因數(shù)變流器。具體可以有采用整流電路的多重化，即將幾個橋式接流電路以串聯(lián)方式多重聯(lián)結(jié)，可以減少輸入電流諧波；采用PWM整流電路；采用帶斬波器的二極管整流電路：采用矩陣式變頻電路等等。③合理設(shè)計用電系統(tǒng)，將非線性負荷與敏感負荷分開，分別由不同母線供電。④對有變頻控制需要的用電設(shè)備，其變頻裝置應(yīng)盡量靠近被控設(shè)備安裝，并抑制諧波：對一些諧波源較大的回路應(yīng)就地設(shè)置有源濾波器。⑤適當增大回路中配電線的線徑，減小諧波電流對導(dǎo)線的影響和避免電氣火災(zāi)。⑥嚴格選用符合電磁兼容性要求的電力電纜、信號電纜及通信電纜。

3．2．2設(shè)計諧波補償裝置來補償諧波

(1)無源電力濾波器。無源電力濾波器由一組串并聯(lián)的電容器、電感器和電阻元件構(gòu)成，利用其在某一諧波頻率下諧振時的低阻抗狀態(tài)對諧波形成分流，從而降低注入電網(wǎng)的諧波電流起到濾波作用。無源濾波器的優(yōu)點是投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便，因此無源濾波是目前廣泛采用的抑制諧波及進行無功補償?shù)闹饕侄?。無源濾波器的缺點在于其濾波特性是由系統(tǒng)和濾波器的阻抗比所決定，只能消除特定的幾次諧波，而對其它次諧波會產(chǎn)生放大作用，在特定情況下可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振：諧波電流增大時濾波器負擔隨之加重，可能造成濾波器過載：有效材料消耗多，體積大：且在兼顧其它性能，如抑制電壓偏差和不平衡度、以及由波動性負荷產(chǎn)生的無功倒送問題有時難以協(xié)調(diào)。

(2)有源電力濾波器(APFo有源電力濾波器(APF)是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，圖2電力有源濾波器基本原理圖其應(yīng)用可克服無源濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點(傳統(tǒng)的只能固定補償)，實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償。圖2為電力有源濾波器基本原理圖。有源電力濾波器的主要特點是：①實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率都進行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng)。②可同時對諧波和無功功率進行補償，且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。⑧補償無功功率時不需要儲能元件：補償諧波時所需儲能元件容量也不大。(即使補償對象電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能發(fā)生正常補償作用。⑤受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。⑥能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。⑦既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功集中補償。APF按與系統(tǒng)連接方式分類，可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、混合型和串一并聯(lián)型。

(3)諧波保護器。諧波保護器能從源頭消除諧波污染，為用電設(shè)備提供諧波保護，是一種并聯(lián)在用戶電路中的電力裝置，可以連續(xù)地監(jiān)測電力系統(tǒng)中電流的狀態(tài)，同時阻隔并吸收電路中的高次諧波，使各類設(shè)備本身產(chǎn)生的諧波不干擾其他設(shè)備。諧波保護器可對波形進行糾正，在消除諧波的同時，可消除對用電設(shè)備極具破壞性的浪涌電壓、尖峰信號等雜波，從而使各相電路中的電流、電壓趨于平衡，相位差保持一致，充分發(fā)揮了各類設(shè)備的設(shè)計功能。

(4)諧波抵消電抗器。在涉及大電流時采用磁性方法治理諧波比有源濾波器有更低的成本。用磁場相互抵消方法解決諧波問題，沒有電容器，僅僅是磁性設(shè)計方案，因此具有很高的可靠性與使用壽命：對3次序列諧波，即3次諧波的奇數(shù)整數(shù)倍(如3、9、15、21、27)的治理，采用低的零序阻抗；對5、7、9、l1、13等次諧波的治理采用相移辦法，對3次諧波有很低阻抗，能清除3次諧波和中性線對地電壓，它與負載并聯(lián)連接，安裝在配電柜內(nèi)或豎井中，成本低，降低不平衡電流。

3．2．3建筑配電系統(tǒng)諧波治理現(xiàn)狀、存在的問題

(1)存在的主要問題。其一，目前尚無建筑電能質(zhì)量標準，國家頒布的和國際上有關(guān)電能質(zhì)量標準均不適用于建筑；其二，很多建筑用戶只重視無功補償，提高功率因數(shù)，不重視諧波治理。當建筒諧波負荷較大時，如果僅僅考慮無功補償，會造成諧波放大，使電容器無法投運：其三，技術(shù)上尚缺能綜合治理建筑低壓三相配電系統(tǒng)(380／220V)和低壓單相配電系統(tǒng)(220V)諧波和無功的電力電子裝置。

(2)建筑配電系統(tǒng)諧波治理現(xiàn)狀。低成本的無源濾波器是目前普遍采用的補償方法，但其濾波效果與系統(tǒng)運行參數(shù)密切相關(guān)，在特定情況下無源濾波器還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振，并且因電容器組無功功率補償能力與公共連接點電壓的平方成正比關(guān)系，補償效果適得其反。8O年代以來，利用功率開關(guān)的有源電力濾波器(APF)的研究越來越引起人們的關(guān)注，被認為是治理電網(wǎng)諧波的最有前途的方法。有源電力濾波器的工業(yè)應(yīng)用尚處于初期階段，日本和美國已有此類產(chǎn)品投入實際運行。我國還處于研制階段，有關(guān)研究還停留在實驗室研究和工業(yè)化實驗階段，到目前為止，有源電力濾波器還未能在我國得到廣泛運用。近來，國外又提出了“用戶電力技術(shù)”(CustomPowerTechnology)這一解決諧波及無功功率問題的新概念，即使用電力電子技術(shù)提高供電可靠性并實現(xiàn)電能質(zhì)量嚴格控制。用戶電力技術(shù)是將現(xiàn)代電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)等高新技術(shù)結(jié)合，為用戶提供特定要求的電力供應(yīng)的技術(shù)。將它運用于中、低配電系統(tǒng)，能有效地抑制諧波，補償無功功率，消除電壓波動和閃變、各相電壓不對稱，從而提高供電的安全性和可靠性。國內(nèi)在電能質(zhì)量控制方面的研究還處在起步階段，并且大都局限在諧波問題的范圍內(nèi)，先后開發(fā)了一些改善和提高電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補償裝置，包括各種有源電力濾波器(APF)、電能質(zhì)量綜合補償器(UPQC)、動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)等，但這些裝置多采用集中式補償?shù)姆绞街塾陔娋W(wǎng)，著眼于用戶端的分布式電能質(zhì)量補償裝置非常少，可見我國電能質(zhì)量控制水平方面與國外的差距非常明顯。

3．3三相電壓不平衡通過找出因電源電壓、線路阻抗、負荷特性因素導(dǎo)致的三相不平衡原因，并加以消除，如合理設(shè)計單相負載的安裝位置等。該方案可以有效減小系統(tǒng)中琴序諧波的產(chǎn)生，有利于設(shè)備的正常用電，減小損耗。

4提高供電質(zhì)量的展望

4．1建立健全電能質(zhì)量監(jiān)督管理體系以各級電力調(diào)度部門為中心，逐步加強對電能質(zhì)量指標的全面運行監(jiān)測。這里“全面”的含義，包括電能質(zhì)量指標的全面性、時間上連續(xù)性和監(jiān)測上普及性，使本系統(tǒng)的電能質(zhì)量受到全面、實時監(jiān)測，其相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)最終能真實反映用戶電能質(zhì)量狀況。

4．2完善電能質(zhì)量標準體系歷年來我國雖然制定了一些電能質(zhì)量的標準，但離市場運作還有很大差距，表現(xiàn)在：電能質(zhì)量的國家標準不完善；電氣產(chǎn)品的電能質(zhì)量標準差距相當大，對于大量干擾源的電氣產(chǎn)品，應(yīng)制定產(chǎn)生干擾的限制標準。

4．3加強電能質(zhì)量的測量和治理運行監(jiān)督部門應(yīng)對電能質(zhì)量指標做到全面運行監(jiān)測。在電能質(zhì)量治理上必須遵循《電力法》規(guī)定，“誰污染、誰治理”的原則。目前在管理上應(yīng)加大宣傳力度，提高對電能質(zhì)量重要性認識，在普及電能質(zhì)量知識基礎(chǔ)上對相關(guān)專業(yè)人員進行技術(shù)培訓(xùn)，使其對標準的使用和治理措施選擇上不出錯。

5結(jié)束語

建筑供電質(zhì)量，特別是諧波污染的日益嚴重已引起各方面的高度重視。隨著對諧波產(chǎn)生的機理、諧波現(xiàn)象的進一步認識，將會找到更加有效的方法抑制和消除諧波，同時也有助于制定更加合理的諧波管理標準。加大對諧波研究的投入將會大大加快對諧波問題的解決，當然諧波問題的最終解決將取決于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)的發(fā)展。隨著國民經(jīng)濟、諧波抑制技術(shù)的進一步發(fā)展、法制的進一步完善和對高效利用能源要求的增強，諧波治理問題最終將會得到妥善的解決。我們在對建筑供電電能質(zhì)量現(xiàn)狀研究與對策方面雖然做了一些工作，但還存在著很多不足。如對電壓波動和閃變及電壓暫降等指標還沒有關(guān)注，對諧波監(jiān)測的數(shù)據(jù)積累的也不是很多。但隨著用戶對優(yōu)質(zhì)電能需求水平的提高，在社會公益和經(jīng)濟杠桿的雙重作用下，人們將會自覺地逐步保證電能質(zhì)量，為用戶提供合乎要求的優(yōu)質(zhì)電能。