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摘要：随着社会现代化的快速发展，越來越多的非线性用电设备被大量的在医院内使用。非线性元器件造成波形畸变给低压供电网带来了大量的谐波污染。国家已经制定节能中长期专项规划，提出电力需求侧管理、节能降耗、增加能源效率等重要措施。因此对民用建筑物的配电系统谐波治理，势在必行。
关键词：民用建筑；配电系统；谐波产生；治理
一、建筑配电系统典型的谐波源
1.1变频设备
为了节约能源，大部分建筑均采用变频风机、变频调速电梯等变频设备。变频器属于换流设备，是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，变频设备一般为6脉波整流设备，所以会产生大量5、7次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。
1.2非线性照明用电
目前，民用建筑中的照明设备几乎都是谐波源，目前大量使用的而且使用的带电子整流器荧光灯具和LED灯，此类灯具均会引起严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的3次谐波电流。
1.3计算机
随着高新技术的逐渐普及，计算机的使用已经非常普遍，特别是大型的办公建筑中。计算机的使用在企业中是必不可少的，其造成的谐波电流畸变率也很高。同时，计算机的辅助工作设备也逐渐地出现与使用，都对电流的谐波造成严重的影响。
1.4电子医疗精密设备
大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9次等谐波注入电网。
其他谐波源还有：各类显示设备、通讯设备、电冰箱等。
二、谐波的危害
2.1 对电缆的影响
由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积，而截面积小，意味着有更大的电阻，也就意味着会产生更大的热量。当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流比基波电流产生更大的热量，导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。
2.2对变压器的影响
谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。随着一些建筑物中的节能灯、PC机等为代表的非线性负荷增加，导致变压器正常使用时过热。谐波电流造成变压器过热的原因是谐波电流增加了线圈绕组的电阻损耗（称为铜损）和铁心的损耗（称为铁损）。谐波电流导致导线产生更大的损耗的原因是趋肤效应。
谐波电流导致铁心损耗增加的原因是铁心的涡流损耗和磁滞损耗，损耗都与频率有关，频率越高，损耗越大。
2.3对无功补偿装置
谐波电流造成这些危害的根本原因是谐波电无功补偿装置与变压器构成的回路中发生了LC并联谐振。LC并联谐振会导致电流放大，烧毁无功补偿装。
2.4对电子设备的影响
如医疗建筑中有很多电子设备，而且这些电子设备对电能质量的要求也越来越高，当电源电压中包含较多的谐波电压成分时，电路会受到不良影响，之所以说是谐波电压，是因为谐波电流本身并不会对其他设备产生影响，我们所讲的谐波对其他设备的影响，是通过谐波电压产生的。也就是谐波电流流过系统阻抗时，产生了谐波电压，谐波电压对电子设备产生了不良影响。对医院系统内的电子设备影响主要表现使信号采集系统、测量仪器等的设备的精度降低、设备输出的电压和电流波形为非正常波形等，使得医务人员误诊，进而发生医疗事故。
2.5对电机的影响
电机受谐波电压畸变的影响较大。电机未端的谐波电压畸变，在电机里表现为谐波磁链，谐波磁链对电机的转矩没有太大影响，但是它以与转子同步频率不同的频率旋转，在转子中感应出高频电流，其影响类似于基波负序电流的影响。谐波电压畸变将引起电机的效率下降、发热、振动和高频噪声。
2.6三次谐波的危害
三次谐波电流之所以危害很大，是因为三次谐波电流在中性线上叠加，会导致中性线电流过大，造成火灾隐患，而中性线上是没有保护装置的，中性线上一旦出现过大的电流，只能任其过热。
三、谐波治理的标准
我国针对电网制定的谐波限制标准为GB/T 14549-1993标准，这个标准对企业接入电网的位置的谐波电流和谐波电压进行了限制，谐波电流允许值注入公共连接点的谐波电流允许值（表1）
因此我们在进行电气设计时，各等级的谐波电压限值和注入电网的谐波电流允许值不能超过表1中的允许值。
四、谐波治理的措施
4.1无源滤波器
LC滤波器是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。根据其电容器与电抗器的连接方式不同，主要常用的有单调谐滤波器和高通滤波器。
LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显。而且成本低，技术成熟，但是由于其结构原理上的原因，在应用中存在着难以克服的缺陷：只能对特定次数谐波进行滤波；滤波器参数影响滤波性能；滤波特性依赖于电网参数；体积大；在特定情况下可能引起某次谐波的放大，影响滤波器和其他用电设备的安全运行。
4.2有源滤波器
有源电力滤波器采用与交流滤波器完全不同的原理，通过产生与补偿谐波形状一致、相位相反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使谐波不会流入公共供电回路。
有源电力滤波器具有高度可控和快速响应的特征，它能抑制各次谐波，补偿无功，其滤波特性不受系统阻抗的影响，具有自适应能力，可自动跟踪补偿变化的谐波。而跟踪谐波电流或电压的控制策略是决定有源电力滤波器输出性能和效率的关键，因为求得补偿信号参考值后，只有通过反馈环节控制变流器的开关器件使变流器产生与参考信号相等的实际信号才能起到补偿谐波的作用。当前有源电力滤波器的控制方法很多，如有单周控制、差拍控制、定时控制、无差拍控制、滑模变结构控制、滞环控制等。有源电力滤波器按不同的分类标准可分为不同的类型，如按其与电网的不同连接方式，可将其分为并联型和串联型两大类，其中，并联型又可分为不需要检测负载谐波电流和需检测负载谐波电流两种。串联型有源电力滤波器通过变压器串联在电网和负载之间，相当于一个受控电压源。它主要用于消除带容性负载的二极管整流电路等电压谐波源对系统的影响，以及系统电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。其主要优点是能补偿电网谐波电压和三相不平衡电压，对电压敏感性负载尤为适用。它的主要缺点是流过很高的负载电流使得变压器的额定参数上升，体积变大，损耗大，此外，串联型有源电力滤波器投切、故障后的退出及各种保护也比较复杂，目前，实际投入使用的比例较小。并联型有源电力滤波器主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。并联型有源滤波器检测负载电流，通过相应算法计算出其谐波电流，然后发出与负载谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载谐波电流相互抵消，以达到减小电网侧谐波电流的目的。目前，并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。
五、结语
总而言之，在我国的发展中，对电力能源的使用要求越来越高，这其中也存在很多的问题。谐波就是比较常见的问题之一，找到问题的根源，有效解决问题是发展的需要，最终提高电力系统的电能质量。
参考文献：
[1]通信机房电网谐波治理实例分析[J].李银碧.中国新通信.2017（09）.
[2]销湘宁等编著， 电能质量分析与控制 北京：中国电力出版社，2010.
[3]电力系统谐波危害及其治理措施的分析[J].陈必荣.电气时代.2016（08）.
[4]探析谐波对电力系统的危害及抑制对策[J].杨志刚.黑龙江科技信息.2015（03）.
（作者单位：中国中元国际工程有限公司）
关键词：民用建筑；配电系统；谐波产生；治理
一、建筑配电系统典型的谐波源
1.1变频设备
为了节约能源，大部分建筑均采用变频风机、变频调速电梯等变频设备。变频器属于换流设备，是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，变频设备一般为6脉波整流设备，所以会产生大量5、7次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。
1.2非线性照明用电
目前，民用建筑中的照明设备几乎都是谐波源，目前大量使用的而且使用的带电子整流器荧光灯具和LED灯，此类灯具均会引起严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的3次谐波电流。
1.3计算机
随着高新技术的逐渐普及，计算机的使用已经非常普遍，特别是大型的办公建筑中。计算机的使用在企业中是必不可少的，其造成的谐波电流畸变率也很高。同时，计算机的辅助工作设备也逐渐地出现与使用，都对电流的谐波造成严重的影响。
1.4电子医疗精密设备
大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9次等谐波注入电网。
其他谐波源还有：各类显示设备、通讯设备、电冰箱等。
二、谐波的危害
2.1 对电缆的影响
由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积，而截面积小，意味着有更大的电阻，也就意味着会产生更大的热量。当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流比基波电流产生更大的热量，导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。
2.2对变压器的影响
谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。随着一些建筑物中的节能灯、PC机等为代表的非线性负荷增加，导致变压器正常使用时过热。谐波电流造成变压器过热的原因是谐波电流增加了线圈绕组的电阻损耗（称为铜损）和铁心的损耗（称为铁损）。谐波电流导致导线产生更大的损耗的原因是趋肤效应。
谐波电流导致铁心损耗增加的原因是铁心的涡流损耗和磁滞损耗，损耗都与频率有关，频率越高，损耗越大。
2.3对无功补偿装置
谐波电流造成这些危害的根本原因是谐波电无功补偿装置与变压器构成的回路中发生了LC并联谐振。LC并联谐振会导致电流放大，烧毁无功补偿装。
2.4对电子设备的影响
如医疗建筑中有很多电子设备，而且这些电子设备对电能质量的要求也越来越高，当电源电压中包含较多的谐波电压成分时，电路会受到不良影响，之所以说是谐波电压，是因为谐波电流本身并不会对其他设备产生影响，我们所讲的谐波对其他设备的影响，是通过谐波电压产生的。也就是谐波电流流过系统阻抗时，产生了谐波电压，谐波电压对电子设备产生了不良影响。对医院系统内的电子设备影响主要表现使信号采集系统、测量仪器等的设备的精度降低、设备输出的电压和电流波形为非正常波形等，使得医务人员误诊，进而发生医疗事故。
2.5对电机的影响
电机受谐波电压畸变的影响较大。电机未端的谐波电压畸变，在电机里表现为谐波磁链，谐波磁链对电机的转矩没有太大影响，但是它以与转子同步频率不同的频率旋转，在转子中感应出高频电流，其影响类似于基波负序电流的影响。谐波电压畸变将引起电机的效率下降、发热、振动和高频噪声。
2.6三次谐波的危害
三次谐波电流之所以危害很大，是因为三次谐波电流在中性线上叠加，会导致中性线电流过大，造成火灾隐患，而中性线上是没有保护装置的，中性线上一旦出现过大的电流，只能任其过热。
三、谐波治理的标准
我国针对电网制定的谐波限制标准为GB/T 14549-1993标准，这个标准对企业接入电网的位置的谐波电流和谐波电压进行了限制，谐波电流允许值注入公共连接点的谐波电流允许值（表1）
因此我们在进行电气设计时，各等级的谐波电压限值和注入电网的谐波电流允许值不能超过表1中的允许值。
四、谐波治理的措施
4.1无源滤波器
LC滤波器是利用LC谐振原理，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。根据其电容器与电抗器的连接方式不同，主要常用的有单调谐滤波器和高通滤波器。
LC滤波器结构简单，吸收谐波效果明显。而且成本低，技术成熟，但是由于其结构原理上的原因，在应用中存在着难以克服的缺陷：只能对特定次数谐波进行滤波；滤波器参数影响滤波性能；滤波特性依赖于电网参数；体积大；在特定情况下可能引起某次谐波的放大，影响滤波器和其他用电设备的安全运行。
4.2有源滤波器
有源电力滤波器采用与交流滤波器完全不同的原理，通过产生与补偿谐波形状一致、相位相反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使谐波不会流入公共供电回路。
有源电力滤波器具有高度可控和快速响应的特征，它能抑制各次谐波，补偿无功，其滤波特性不受系统阻抗的影响，具有自适应能力，可自动跟踪补偿变化的谐波。而跟踪谐波电流或电压的控制策略是决定有源电力滤波器输出性能和效率的关键，因为求得补偿信号参考值后，只有通过反馈环节控制变流器的开关器件使变流器产生与参考信号相等的实际信号才能起到补偿谐波的作用。当前有源电力滤波器的控制方法很多，如有单周控制、差拍控制、定时控制、无差拍控制、滑模变结构控制、滞环控制等。有源电力滤波器按不同的分类标准可分为不同的类型，如按其与电网的不同连接方式，可将其分为并联型和串联型两大类，其中，并联型又可分为不需要检测负载谐波电流和需检测负载谐波电流两种。串联型有源电力滤波器通过变压器串联在电网和负载之间，相当于一个受控电压源。它主要用于消除带容性负载的二极管整流电路等电压谐波源对系统的影响，以及系统电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。其主要优点是能补偿电网谐波电压和三相不平衡电压，对电压敏感性负载尤为适用。它的主要缺点是流过很高的负载电流使得变压器的额定参数上升，体积变大，损耗大，此外，串联型有源电力滤波器投切、故障后的退出及各种保护也比较复杂，目前，实际投入使用的比例较小。并联型有源电力滤波器主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。并联型有源滤波器检测负载电流，通过相应算法计算出其谐波电流，然后发出与负载谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载谐波电流相互抵消，以达到减小电网侧谐波电流的目的。目前，并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。
五、结语
总而言之，在我国的发展中，对电力能源的使用要求越来越高，这其中也存在很多的问题。谐波就是比较常见的问题之一，找到问题的根源，有效解决问题是发展的需要，最终提高电力系统的电能质量。
参考文献：
[1]通信机房电网谐波治理实例分析[J].李银碧.中国新通信.2017（09）.
[2]销湘宁等编著， 电能质量分析与控制 北京：中国电力出版社，2010.
[3]电力系统谐波危害及其治理措施的分析[J].陈必荣.电气时代.2016（08）.
[4]探析谐波对电力系统的危害及抑制对策[J].杨志刚.黑龙江科技信息.2015（03）.
（作者单位：中国中元国际工程有限公司）