智能建筑谐波及其抑制方法.doc

智能建筑谐波及其抑制方法 时间：07-07-26 13:57:44　　来源：　　进入论坛 【字体大小：大?中?小】 一、引言 随着智能建筑及智能小区的迅速发展，负荷中日新月异、种类繁多的电子类电器负荷比重逐渐增大，谐波污染影响日趋严重。由于谐波源负荷单个容量小，数量多、分布广，迄今尚未引起足够的重视，亦无成熟的防治办法、但这类谐波游负荷增长迅猛，其污染影响己不容忽视，采取必要的治理措施已是势所必然。本文就此作初步探讨。 二、智能建筑负荷的主要特征与谐波产生的原因 1．智能建筑负荷的主要特征 （1）因绝大多数用电设备为单相设备，采用单相供电造成三相配电负荷不平衡，中性点偏移且三相相差不对称，即三相相位之差不是120℃。 （2）绝大多数用电设备为非线性负荷，其中一类是含有开关电源的非线性负荷（电压型谐波源，）禹容性负载），如：个人计算机打印机、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、电视机等；另一类为感性负载，如：含电感镇流器的照明灯具等。这两类非线性负荷是系统污染的主要谐波源。 2．智能建筑谐波产生的原因 智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，例如：计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。 三、谐波的危害性 ??? 谐波是一种污染，这种污染的危害性可能很大，且不容易觉察，而电网污染面的扩大往往导致无法预料的结果。谐波主要有以下危害性： （1）干扰通信设备及电子设备，降低了电子系统运行可靠性； （2）因电容器对高次谐波的敏感性而大量损坏； （3〕中性线过载、设备过载和电缆过载，并有着火危险； （4）增加了电源变压器的损耗和温升，从而大大降低其使用寿命； （5）造成电机的转矩脉动、运行噪声，并降低其效率； （6）对断路器、漏电保护器、熔断器、继电器等保护、自动控制装置产生干扰，造成误动或拒动。 （7）使照明设施的寿命缩短。特别是对白炽灯光源的影响，美国IES照明手册指出，若谐波引起电压升高5％，则白炽灯寿命降低47％。 （8）电压表、电流表、电能表等仪器受谐波影响造成测量误差，严重时其误差可达20％。 （9）谐波对电子设备的不良影响主要有：对过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的影响造成过孚误动作。 四、谐波的抑制方法 目前，国内外内工行业中先后开发了多品种的谐波滤波器和具有抑制谐波功能的低压无功补偿装置，各有千秋。其中一个重要手段是采用有源电力滤波器。由于有源电力滤波器可动态地补偿谐波、无功及负序电流，而又不会与系统发生谐振，所以滤波效果比无源电力滤波器好得多。但由于单独使用的有源电力滤波器容量大、成本高，因而其应用受到限制。将有源电力滤波器与无源电力滤波器混合使用，充分发挥二者的优点无疑是一种较好的选择。基于此，下面介绍一种混合型滤波方法。 1．系统结构及工作原理 主电路结构如图1所示。其中，无源滤波器由3，5，7，9次单调谐滤波器支路及高通滤波器支路组成。有源滤波器由8个IGBT、直流电容及滤波电感构成，直流电容可为有源滤波器提供一个稳定的直流电压；滤波电感可减小有源滤波器产生的高频开关频率谐波。有源滤波器和无源滤波器串联后并入电网。由于有源滤波器不是直接对谐波电流进行消除，它所产生的补偿电压中只含有谐波电压，故其功率容量很小，具有良好的经济性，从而可降低系统成本。 当有源滤波器发生故障时，通过中断服务程序将有源滤波器停止运行，封锁有源滤波器的驱动脉冲；并控制交流接触器动作，从而将滤波器从电网中切除。而无源滤波器还可以正常工作，不至于对电网造成大的冲击，这在工程应用上是非常重要的。因此，这种混合滤波器具有很强的实用性。 2．控制系统 ??? 要得到好的滤波效果，控制系统就应尽可能快地检测、分析和计算出电流中特定的谐波分量，然后据此生成补偿电流的指令信号，并实时控制APF的主电路使其输出所需的波形。这一方面要求控制系统具有快速的数字处理能力；另一方面，也要求系统具有丰富的I/O接口并且适用于控制电力电子器件。 为满足以上要求，采用了以DSP为核心的全数字控制系统。 ??? 控制系统框图如图2所示。它由传感器板，信号检测处理板，DSP系统板及驱动板4个部分组成。其中，传感器板主要用作检测电网电流、电网电压及直流电容电压，并变换成低压信号。信号处理板主要用作将来自传感器板的信号进行低通滤波，滤除高于1/2采样频率的高次谐波，以防止混叠；同时，将电网电压进行处理后，得到与电网电压频率相同的方波信号送给DSP系统板，以获得电网电压的频率。DSP系统板主要用于实时检测电网谐波电流，根据检测出的电网谐波电流实时计算开关状态矢量，发出PWM脉冲；实时检测电网频率；为谐波检测环节提