建筑供配电系统的谐波治理问题不容忽视

    智能建筑建设日益兴盛，其供配电系统中使用的大量电子设备及电气设备所产生的谐波污染问题也越来越严重。原本运行正常的供配电系统效率下降、电气火灾、计算机无故重启、电容器烧损、变压器未过载超温等，这些频发事故无不与谐波有关，谐波的危害在建筑供配电系统中不容忽视。

    中国电力科学研究院教授级高工张祖平介绍说，白炽灯被有电子镇流器的现代灯具所替代；基于逆变器的发电形式（如光伏发电逆变器）被越来越多地使用；未来配电网在用户、分布式发电和配电网及其运行方面发生的根本性变化，都是谐波畸变的潜在来源。

    根据张祖平的说法，谐波畸变产生的原因主要来自非线性阻抗产生的低频畸变、开关设备投切产生的畸变、短路功率的影响、频率的变化以及新型设备产生的高频畸变的影响越来越大等几个方面。

    关于设备的谐波问题，张祖平表示，典型的现代电子设备产生的谐波频率较高，为使设备不受谐波影响，其谐波测量的方法和测量精度以及谐波建模和网络谐波测量的结果及案例研究等都需要进行研究。他举例说明，额定电流小于16A的设备在按照A、B、C、D四级分类的基础上，要考察设备的市场渗透力、使用的同时率、产生的各种谐波畸变以及其使用的时间等。其中A类包括平衡三相设备、白炽灯调光器、音响设备以及一切未被分类为B、C或D类的设备，B类为便携式工具、非专业的弧焊设备等，C类为照明设备，D类包括个人计算机和个人计算机监视器、电视接收机。对于这些设备的总谐波畸变的考察后，可通过无功率因数校正、无源功率因数校正、有源功率因数校正三种方式解决。

    电子设备产生谐波畸变的影响会达到何种程度？张祖平说，设备的谐波频率越高，电路中并联电容器的阻抗越低。总体来讲，电源电压引起的高频畸变因不同设备的灵敏度不同而不同，在谐波频率范围内，会显著增加电流消耗。如果没有瞬时故障，高频分量的水平通常低于10%，电路元件（如直流母线上的电容器）的温度上升可能会降低设备寿命。

    小型光伏逆变器因其更高的能源产量、安全性以及组件级监控能力，在住宅建筑等小型项目中极具吸引力。小型光伏逆变器的应用规模正不断扩大，但其高低频的谐波畸变问题也随之而来。张祖平说，在实验室测量三种不同型号的单相光伏逆变器，其较高频率的谐波畸变，幅度有显著差异。分析其原因为谐波畸变取决于电源阻抗，因为所有逆变器有着相同的工作点，但其电压与电流有不一致的行为。总结来讲就是在正弦电源电压的情况下，光伏逆变器存在较低的低频谐波畸变；供电电压畸变时，也会产生较大的低频谐波电流；相位角和电压畸变之间没有线性关系；开关操作会产生高频谐波畸变。<