商业中心电力系统常见的电能质量问题及解决方案

摘要：

社会随着科技的发展变得越来越现代化，智能化。大型的商业建筑系统也随之运行升级，保证一个商业建筑相关电力设备的正常运行是居民获得商业建筑系统服务的基础。在紧随升级的电力系统中，电力电子设备的应用也越来越广泛，其中各种非线性、冲击性、波动性和不对称负载大量增加，造成诸如电压波动、谐波等电能质量污染日益严重，给大型商业中心带来极大影响，而商业中心往往又是人流量密集场所，我们更应该保证电力系统的稳定运行，降低安全隐患，那么面对一些电能质量的问题我们应该如何预防以及怎样去进行识别和治理？

一、产生谐波的非线性负载的特性：

1、负载吸收的电流为周期性的，但不是正弦波的电流，电流中因含有谐波而造成波形的失真；

2、欧姆定律中的电压和电流之间的关系不在有效，负载阻抗在一个周期内是变化的，电流和电压之间的关系也不再是线性的；

谐波的产生原因：非线性负载设备在工作中会由于其自身整流或逆变的电路的存在导致大量的谐波产生；谐波电流大量注入到电网中，引起电流波形失真（非正弦），同时也会导致电压失真。

商业中心安装有大量的LED屏、LED灯、荧光灯等。LED屏里包含了开关电源。开关电源的作用是把交流电通过开关管整流直流电源的设备，它作为一种典型的谐波源，谐波的含量是非常高。大型LED灯是非线性设备，需要使用到大量的开关、整流电源设备，对不同电压响应也是非线性的，从而叠加形成谐波含量很大的非线性交流供电电流，大型LED中众多的开关电源设备会产生大量谐波，从而污染电网，对与LED同一供电系统的其他设备造成影响，如造成电机发热，电压波动和闪变等，甚至会造成设备损害和安全事故等。例如剧院以及体育馆举办大型文艺演出及体育比赛对于光影和声音的要求很高，灯光调节系统和舞台音响是电能质量敏感设备同时也是非线性负荷，是主要谐波源，因此需要采用一些治理谐波的设备进行谐波治理。

三、空调、电梯、风机等设备包含变频器产生谐波的原因：

这类设备产生的谐波主要以3、5、7、11次谐波为主。首先变频电梯和空调含有变频器，变频器的主电路一般是交-直-交形式，即整流部分（AC/DC）和逆变部分（DC/AC）组成，先将电源进行三相桥式整流，再由大功率晶体管开关元件进行DC/AC转换。在输入部分，输入电压是正弦波，非线性二极管组成的三相整流桥及二极管参数离散将引起输入电流的波形为非正弦波。在输出部分，输出线电压是SPWM脉宽调制的矩形波，相电压是阶梯波，都是非线性的。输出电流是带毛刺的近正弦波。既然是非线性正弦波，就必将产生谐波。而输入的电流谐波会使得电网电压畸变，造成对其他用电设备的损耗和影响，比如会让变压器温度上升，产生震动噪声，引起保护电气误动作等。

四、充电设备、UPS电源系统等包含整流逆变设备产生的电能质量问题：

由五部分组成：主路，旁路，电池等电源输入电路，进行交直流变换的整流器，逆变器，自己切换电路以及蓄电池。UPS电源之所以会产生谐波，是因为其电路结构中，也含有整流电路做交直流转换所致。市场上主流的UPS为六脉整流，其所产生的谐波电流为5、7、11依次类推。UPS产生的大量谐波不仅会引发控制设备，继电保护装置的据动作或者误动作，还会降低功率因数，浪费电能，增加断路器容量，增加线缆的损耗。引起局部串联或者并联谐振，增加变压器的损耗，使变压器发热且有效容量下降。

五、电能质量问题的危害：

综合以上我们不难发现，大型商业中心建筑中庞大的空调系统、众多的通风设备、照明设备和电梯等设备，它们中的变频机构、控制部件以及计算机系统设备等这些都是典型的非线性负载，产生的谐波流入配电系统，污染电网系统，这些非线性负载不仅会对无功功率补偿设备造成潜在的影响，同时还会影响各类电气设备的正常运行，降低系统的效率，增加电力成本，造成严重的资源浪费，谐波电流也会直接导致中性线严重过载、会使得电缆、变压器的温度升高、引起电容超温，甚至引起爆炸，降低其他电气设备的使用寿命，对配电系统的可靠运行有着重大的影响。同时情况严重时更会危害整个电力系统的安全，对商业中心构成严重的安全隐患，甚至危及生命。

六、解决方案：

针对以上提到的电能质量问题：谐波、三相不平衡等问题。

推荐使用我司有源电力滤波器APF。谐波能对电力设备造成极大的危害，治理谐波可以对设备正常运行提供安全保证。

Sinexcel有源滤波器通过外部电流互感器CT,实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波大小相等、方向相反的电流注入到电网中补偿谐波电流，实现滤波功能。且通过盛弘APF补偿后的THDI<5%,,功率因数高达0.99的补偿效果.大大提升了电能质量，满足了配电系统的要求，有效地为商业综合体电力系统提供优质的电能质量。