浅谈大型办公楼谐波的产生和治理
摘要：谐波是当前配电网中最主要的电能质量问题。对大型办公楼中的典型非线性负荷及其配电设施进行了谐波测试，对采样数据进行分析。总结各谐波源的谐波特点，将办公楼的总谐波电流和电压与公用电网谐波国家标准进行比较，讨论办公楼谐波的产生和治理措施。
关键词：电能质量；办公楼；谐波
作者简介：凌志峰（1983-），男，浙江长兴人，华北电力大学电气与电子工程学院，助理工程师。（北京 102206）张文杰（1969-），男，浙江湖州人，湖州电力局，高级工程师。（浙江 湖州 313000）
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）33-0183-02
近年来大型办公楼发展迅速，已经成为城区配网的典型用户。其中计算机、打印机等现代化办公设备在提高办公效率的同时，也给电网注入了大量的谐波，已逐渐影响到办公楼的用电质量和办公设备的使用寿命，并对公用电网造成了谐波污染。分析办公楼谐波的来源，提出治理措施，对高质量供电具有重要的现实意义。
办公楼配电系统的谐波是由众多分散的小功率设备产生，很难用传统的计算方法进行评估。本文利用一种新型的电能质量测量仪对办公楼的配电网进行了测量，使用MATLAB软件进行分析，总结数据，讨论办公楼规模与谐波水平的一般规律。
一、大型办公楼的谐波源
谐波主要是由非线性负载或时变负载引起的，目前广泛使用的二极管整流滤波电路，是谐波产生的最大根源。如含电子镇流器的日光灯或节能灯、具有变频调速功能的家用电器等，功率越大的电子设备，产生的谐波危害也越大。办公楼中的用电负荷主要用于商用办公，大多数都属于这类负荷，由如下几种类型构成。
1.照明设备
以电子镇流器日光灯为主，在低碳生活的倡导下，节能照明设备的使用越来越多。虽然新型无谐波节能灯在技术上已经解决了整流滤波电路的谐波问题，单相与三相整流功率因数调整技术十分完善，例如电子镇流器节能灯通过调整变频器的功率因数，完全可使功率因数及整流谐波问题一同完美解决，但成本要增加一倍以上，完全普及还需要时间，目前使用的大多数节能灯仍然存在谐波。照明设备虽然功率不大，但数量众多，产生的谐波效不容忽视。
2.办公电器
主要指各功能房间内所使用的电器设备，如办公室内的电脑、打印机等，这些设备是最为常用的办公设备，种类繁多，产生的谐波也最多。
3.其他设备
主要包括空调和电梯，其都装有变频装置，谐波成分复杂且功率大，一般由专用干线或变压器供电，本文不做详细讨论。
二、办公楼用电负荷的统计
为正确分析办公楼的谐波，首先对用电负荷进行了统计。图1是办公楼的配电系统。办公楼用电负荷的大小与用电设备的功率、用电特性及作息时间相关。我们对一座大型办公楼用电负荷进行了统计，结果如下表1所示。
三、谐波的国家标准
公用电网谐波GB/T14549-93规定了公用电网谐波的允许值。
1.谐波电压的允许值
谐波电压的限值（见表2）是按电网标称电压规定的。
，，和分别为第h次谐波电压和基波电压。
2.谐波电流的允许值
谐波电流规定了一定电压等级的电网在基准容量下公共连接点（PCC）的全部用户向该点注入的谐波电流分量的允许值，见表3。
当最小短路容量不同于基准短路容量时，谐波电流的允许值按式（1）进行换算。
（1）
式中Sk1为公共连接点最小短路容量、Sk2为基准短路容量。
当PCC上有多个用户时，某个用户的谐波电流允许值可由下式计算：
（2）
式中：Si——第i个用户的用户协议容量。St——公共连接点的供电设备容量。α——相位迭加系数，按表4取值。
某办公楼短路容量为16MVA，变压器额定容量为800kVA，PCC2用户协议用电电流为160A的380V电网，计算出谐波电流允许值，见表5。
四、谐波测量
1.谐波测量的终端
本次谐波测量采用日本富士电机公司开发的Power SATELITE测量仪，利用其波形记录功能，采用定时触发，采样频率4800Hz，采样时间1秒。
2.谐波测试记录
（1）PCC2上谐波。
从表6可以看出，偶次谐波低、奇次谐波高。这是因为办公负荷中广泛采用了单相整流装置。与表2、表5相比可知，PCC2上电压谐波基本满足标准，但电流谐波比较严重，已经超出国标限值。
（2）主要谐波源（见表7）。
因本次测试正值春末，大楼均未使用空调，故减少了空调对大楼谐波的影响。实验表明，这些典型的非线性负荷的谐波具有偶次低、奇次高的特性，其中3、5、7次谐波最大。办公楼的谐波主要是由这些负荷所产生。
在本文测试的大楼中，根据谐波叠加原理可计算得PCC1上单一负荷时满足谐波允许值的最大数量（见表8）。
五、结论
办公楼配电系统的谐波主要由非线性负荷产生，其高压端的谐波通常能满足国家标准，若负荷中的非线性负荷比例较大，电流谐波分量就可能超出国标允许值。
本文测量的配电系统的短路容量为16MVA，用户协议用电电流为160A。测试结果表明该办公楼进线端电压谐波含量低于国标限值，但奇次电流谐波含量已超出国标限值，需要采用抑制3次、5次谐波的滤波装置。本文最后从谐波治理的角度，计算了单一负荷情况下的典型非线性负荷的数量上限，在负荷达一定规模时应考虑安装相应的滤波装置。
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（责任编辑：刘辉）