现代建筑电气设计中电源谐波问题

现代建筑电气设计中电源谐波问题

荆广昊李宗超徐长海刘赋王博文

（哈尔滨理工大学荣成学院264300）

摘要：本文将从谐波的概况出发，对电气设计方面电源谐波的出现原因与应对策略进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议。

关键词：电源谐波；电气设计；现代建筑

引言：通常来讲，谐波会给电网带来非常大的危害，不仅会损耗线路，还会引发电网的串联谐振、并联谐振，进一步放大谐波，造成严重的安全事故，因此研究电气设计方面电源谐波的出现原因与应对策略具有现实意义。

一、谐波概况

严格来说，谐波指的是在电流里包含的、频率是基波整数倍的一种电量，是对针对非正弦电量展开的周期性、傅里叶级数的分解，获得大于整数倍的基波频率分量。以广义的角度来说，交流电网的有效分量是单一的工频频率，因此不同于工频频率的任意成分都能够称作是谐波，这里的谐波在一定程度上脱离了原意，并衍生出次谐波、间谐波、分数谐波等概念。

二、在电气设计方面电源谐波的出现原因与应对策略

（一）出现电源谐波的主要原因

1.变压器原因

以变压器为来源的谐波一般是非线性磁路造成的。在变压器中，励磁回路存在一定的非线性电杆，使得励磁电流表现出非正弦的波形。因磁路是非线性的，为了形成正弦的波磁通，要求励磁电流是尖顶波，如果它是正弦波，则磁通就会是平顶波，不管平顶波、尖顶波，其中都包含整个奇次谐波，而且包含最多的是三次谐波。如果是尖顶波的励磁电流，那么因它是变压器受电端原便的原因，电流中会包含谐波。如果是尖顶波的磁通，则副边相电压是非正弦波，它输出的电压也包含谐波。

2.低压电器原因

现代建筑之中，很多住宅公寓、商住楼、办公楼不同电器设备的电源都是低压电网所供给的。低压的电器之中，存在大量非线性的元件，容易产生谐波的电流，比如调速驱动、医疗设备、充电器、打印机、电脑、电磁炉、微波炉、节能灯、洗衣机、电视机等，它们都具备整流小功率装置。部分电器的变压器容量较小，励磁电流占据较大的比例，虽然它只有较小的单个容量，几十瓦至几千瓦不等，不过分布范围广、数量非常多，电力系统会在很大程度上被他们形成的高次谐波所影响，让电流网中的谐波大大增加[1]。需要现代建筑进行电气设计的过程中应对其谐波和谐波所带来的负面影响进行全面考虑，对现代建筑中的无波功率、谐波进行全面治理，这样不但能增强电网中电能的质量，还能进一步提高现代建筑的效益与功能。

3.发电机原因

以发电机为来源的谐波一般是定子、转子两者间非正弦的磁场分布造成的。在发电机中，各对磁场气隙里的磁场并非全部都根据正弦进行分布，具体运行的过程中，气隙磁场的正弦波并不严格，包含谐波的成分，这种情况是受磁场结构影响而决定的。当发电机对电压进行输出的时候，自身就存在一些谐波，发电机的工作状态与自身结构决定了电压频率、幅值。按照iec有关规定，要求在发电机中的波形畸变率需要小于百分之五。

（二）应对电源谐波的具体策略

1.采用有源滤波器

有源滤波器是上世界末出现的全新谐波抑制方式，当前变成了抑制谐波的最新趋势。电力滤波器能够检查出存在于补偿对象之中的谐波电流，让补偿装置形成谐波电流来达到谐波的补偿效果，让电网的电流只存在基波分量。该滤波器可以跟踪补偿谐波，不被电网阻抗影响，并得到了大量应用。

有源滤波器是全新的一种电力装置，能够对无功进行补偿，使谐波得到抑制，通过补偿大小、频率随时变化的无功、谐波，能够让无源滤波器所具有的缺点和不足之处得到弥补，得到优于无源滤波器的补偿效果，属于谐波补偿最为理想的一个装置。有源滤波器的容量和其它类型三相交流设备容量有着相同的定义。并联型是基础的有源滤波器，它的容量一般是补偿电流值和回路电压值两者乘积。并联型的滤波器和谐波源有着相同的交流电压，使得补偿电流影响着该装置主要容量，但是电流补偿的大小情况和补偿装置的具体目的有一定关系，也就是说，有源滤波器应明确补偿的对象是谐波还是无功与谐波[2]。当只对谐波进行补偿的时候，有源滤波器负载电流、补偿电流两者谐波方向相反、分量相等，并且两者具有相同有效值，在这一背景下，谐波大小由装置具体容量所决定，当需要对无功与谐波同时补偿的时候，对象的补偿程度与谐波组成影响着该装置的容量。

2.采用无源滤波器

大部分地区的依然使用无源滤波器来补偿谐波，该滤波器主要由电阻器、电抗器、滤波电容器构成，是一种较为传统的补偿谐波方式。该滤波器使电感、电容处于谐波频率的时候产生谐振，给予谐波一个低阻入地通道，向大地导入谐波并与电网想脱离。该滤波器在基波工作的时候表现出容性，可以对电网里存在的感性无功功率进行同时补偿，因运行成本低廉、可靠性强、大功率容量、前期投入低、技术成熟、结构不复杂等优势，得到了人们的长期使用。

3.采用因数变流器

在电力系统中，谐波的主要来源之一就是整流装置，通过优化和完善整流装置，让该装置尽可能少地出现谐波，让电压、电流具有相同相位，这就是高功率的因数变流器或是因数整流器。因数变流器主要有：变频矩阵式的电路、二极管运用斩波器的整流电路、运用脉宽调制的整流电路、多重化的整流电路等。

结语：总而言之，研究电气设计方面电源谐波的出现原因与应对策略具有十分重要的意义。相关人员应对谐波概况有一个全面的认识，了解变压器原因、低压电器原因、发电机原因等出现谐波的主要原因，积极采用有源滤波器、无源滤波器、因数变流器来抑制谐波，从而推动电力系统的平稳运行。

参考文献：

[1]沈月青.华数白马湖数字电视产业园建设项目杭政工出[2009]7号地块生产厂房电气设计[J].智能建筑电气技术，2018，12（02）：55-60.

[2]本刊编辑部.第六届建筑电气与智能化节能技术发展论坛暨影响中国智能建筑电气行业2017年度优秀品牌评选颁奖典礼在京召开[J].智能建筑，2018，（01）：55.