硕士学位论文开题报告

（适用于全日制硕士专业学位研究生）

（20##年10月版）

（硕士学位论文题目：宋体，小二号字，加粗）

研 究 生：                           

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华南理工大学研究生院

二〇##年十月

一、摘要

二、选题依据

说明：本页不够，可另附页。

三、研究方案及工作基础

四、论文工作计划及预期成果

五、开题报告作者承诺及导师意见

注：开题报告结束后，本表与《开题报告审核表》一起交至学院研究生教务员处。

第二篇：华南理工大学研究生课程论文模板

研 究 生 课 程 论 文

(20##-2012学年第二学期)

                                                                                                             

建筑供电电能质量分析

研究生：孙岩

提交日期： 2012年6 月  日                    研究生签名：

建筑供电电能质量分析

孙岩

摘要：对现代建筑供电电能质量问题产生的原因进行了分析，并对其产生的危害进行了阐述。通过分析得知建筑供电的电能质量问题主要是谐波，最后针对谐波抑制的问题，总结了提高供电电能质量的方法与措施。

关键词：建筑供电；电能质量；谐波；治理措施

1 绪论

随着社会经济的发展，电能质量问题逐渐引起各方人士的广泛关注。近年来，大型建筑群的形成成为一个地区、一座城市、一个国家经济和科技实力的象征。现代建筑中大量的非线性负荷形成的谐波源，产生谐波和无功功率，对配电系统造成污染，使电能质量下降，给建筑中的电气电子设备及楼宇自动化系统带来严重危害，造成重大损失。根据美国电力科学研究院的项关于电能质量的粗略估计，认为当今和电能质量相关的问题在美国每年造成的损失高达260亿美元。在中国，尚没有这方面的统计数据。

2 现代建筑中的负荷特性及电能质量问题的产生

现代建筑中的负荷与工业负荷有明显的不同，一般很少有大容量的冲击性负荷。其负荷具有以下特点：

（1）单相设备多，其用电负荷约占总容量的70%，采用单相供电造成三相配电负荷不平衡，中性点偏移。

（2）绝大多数用电设备为非线性负荷，其中大量使用的开关式电源、计算机、打印机、复印机、电视机、升降机、节能灯具、UPS等是现代建筑配电系统中主要的谐波源。这些设备大多容量较小，但是数量很多，整体对电能质量的影响很大，不容忽视。

（3）智能建筑中的非线性负荷的谐波含有率高，功率因数低，造成智能建筑配电系统电能质量下降。

（4）大多数用电设备如楼宇智能化设备、通信设备、办公自动化设备等对供电质量要求高，特别是对谐波比较敏感。

电力电子设备的应用使其成为最大的谐波源，如整流电路、相控电路等。同样，那些工作在非线性状态下的电气设备也是谐波源，如气体放电灯和工作在饱和状态下的变压器等。这些设备如今都在建筑内广泛应用，大大提高了建筑内谐波的含量。

1992年日本电气协会发表的关于对电能质量问题中谐波源的调查报告中指出：在各行业产生的谐波量分布中，由建筑产生的谐波量占总数的40.6%，如图1所示。

图1 电力用户谐波源比例图

3 电能质量问题及其危害

在现代建筑中，非线性负荷的增长导致电力系统运行中出现了各种不良的电能质量现象。其中最为严重的是谐波、三相不平衡、电压波动、电压暂降和短时中断。

3.1 谐波

现代建筑电能质量问题中最严重的是谐波干扰问题，主要是奇次谐波。谐波电流对配电系统是一种污染，谐波电流注入电网，将使供电变压器低压侧谐波电压升高，低压侧负荷由于相互干扰而无法正常工作，使楼宇中的电气设备的用电环境恶化；另一方面，谐波电压通过供电变压器传递到高压侧，从而干扰其他用户，并对周围的通信系统甚至配电系统以外的设备造成危害。

谐波对建中配电用电设备的主要危害有：

（1）谐波电流使变压器线圈发热，绝缘老化加速，寿命缩短，附加损耗增加，并发出噪声。

（2）谐波会对继电保护、楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置产生干扰，造成误动或拒动。

（3）使照明设施的寿命缩短，特别是对白炽灯光源的影响较大。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%。

（4）电压表、电流表、电能表等仪器受谐波影响造成测量误差。

（5）对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，降低语音或图像的清晰度，严重时会引起信息丢失，使系统无法正常工作。

（6）谐波电流使配电线路损耗增大，输电能力降低。三相配电系统中，主要以3次谐波形成的零序电流在中性线上相互叠加导致中性线电流过大，甚至超过相电流，引起线路、变压器过载和电压畸变，损坏线路和设备，甚至引发火灾事故。

（7）谐波影响计算机程序的正常运行，使数据丢失，甚至损坏硬件。

3.2 三相不平衡

系统处于三相不平衡运行时，其电压、电流中含有大量负序分量，可能导致继电保护和自动装置误动作。在三相不平衡负荷下，变压器容量得不到充分利用。另外，会产生中性线电流，使中性线过热，中性线截面积增大。

3.3 电压波动

电压波动一般是由开关动作或与系统的短路容量相比出现足够大的负荷变动引起的。有些电压波动尽管在正常的电压变化限度内，但可能产生10Hz左右的照明闪烁，引起人眼不适，使人们产生疲劳、烦躁情绪，并干扰各种电压敏感型电子设备和仪器的正常运行。

3.4 电压暂降和短时中断

电压暂降大部分是由雷暴、闪电、植物增生、第三者干扰及投入高负荷设备引起的。电压暂降的危害主要有:

（1）引起计算机系统紊乱，造成计算错误、程序丢失，电子设备芯片损坏。

（2）使基于计算机、微处理器控制的精密电子和电力电子装置误动作或停止运作。特别是在一些高新技术开发区，有大量对电能质量要求比较高的敏感负荷，一旦发生电压暂降和短时中断，将给生产带来严重影响，给企业带来巨大的经济损失。

（3）使扶手电梯和升降机跳闸而突然停运，引发安全风险。

    20世纪80年代，美国计算机和商用设备制造协会就大型计算机对电能质量的要求提出了电压容限曲线(即CBEMA曲线)，并作为对其制造商产品设计的技术要求，以防止电压扰动造成计算机及其控制装置误动和损坏。后来又在其基础上，根据大量试验数据修订为ITIC曲线，规定了计算机等信息工业设备对暂态电能质量(主要是电压跌落、上升、短时中断)的抗扰水平。该曲线是目前评估暂态电能质量事件影响的一个重要依据。

4 建筑供电电能质量的对策

4.1 电压偏差、波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压的改善措施

4.1.1 不间断供电电源

不间断供电电源具有稳压、稳频、抗干扰、防浪涌等功能；当遇到突然停电时，不间断供电电源可以对用电设备继续供电一段时间，使人们能及时处理计算机等设备中内存的信息，或者立即启动备用电源。

4.1.2 电源过电压保护器

    雷电及其它瞬变浪涌冲击现象，对电子计算机等微电子设备造成很大的危害。电源过电压保护器是利用快速响应模块，通过其优良的非线性伏安特性，来实现抑制暂态过电压的。在正常工作时，模块呈高阻抗特性，泄漏电流很低不影响正常工作；当出现暂态过电压时，模块呈低阻抗特性，使暂态过电流迅

速泄放，从而抑制暂态过电压，维持电压稳定。

4.1.3 采用隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统

    该系统能消除电网中的瞬变干扰、较大负荷启动和制动引起的电压波动、电磁干扰等。其优点是投资少、运行可靠、维护方便、运行费用低等；其缺

点是对突然停电或电网出现较大频率波动没有防护。

4.1.4 高频信号保护器

 高频信号保护器高频信号保护器主要防止天线的雷击和感应雷电。因为天线受雷击或雷电感应时，天线对偶极子上都将形成对地的暂态过电压。天馈线上两极导线上的暂态过电压是对共同地的，形成共模暂态电压。高频信号保护器的内部，采用特制的电感线圈，线圈两头并接在馈线上，中心抽头接地。高频信号保护器，主要用于防护雷击或雷电感应引起的天馈线对地的共模暂态电压幅值，从而保护通信设备免受暂态过电压侵害。

4.1.5 瞬变浪涌保护器

    暂态过电压是配电系统中最常见的干扰形式，而雷电仅是其中一种；主开关操作、补偿电容器的切换、重负荷的启动和运行等，都会产生暂态过电压。大部分过电压的产生带有随机性和重复性，往往伴随电网中其他干扰的发生而产生。采用瞬变浪涌保护器，来限制暂态过电压和分走浪涌电流，保障电子设备免受暂态过电压的干扰和侵害。

4.2 三相电压不平衡的应对措施

    通过找出因电源电压、线路阻抗、负荷特性因素导致的三相不平衡原因，并加以消除，如合理设计单相负载的安装位置等。该方案可以有效减小系统中零序谐波的产生，有利于设备的正常用电，减小损耗。

4.3 谐波的综合治理

首先需要根据谐波的危害程度（见表1）确定是否需要治理。

表1 谐波的危害程度

谐波抑制措施的选择应根据达标水平、措施效果、经济性和技术成熟程度等因素，综合比较后确定，并掌握下列原则：谐波源的谐波电流发射量限制与系统谐波治理相结合；谐波抑制与无功补偿相结合；有源滤波与无源滤波相结合；滤波装置集中装设与分散装设相结合。

4.3.1 消除谐波源

从源头上着手解决谐波问题，是最有效的办法。国家已经颁布了各类电气设备的限值标准，但在实际应用中执行情况并不理想，不少生产厂家和用户对此重视不够，即使能够提供谐波检测报告，也与实际应用的产品存在一定差异。一些注重技术和质量的企业在坚持不懈地进行研发和推广，例如，某品牌电子镇流器功率因数达到0.99，谐波得到有效控制。

4.3.2 采用无源电力滤波器

无源电力滤波器是利用电容、电抗、电阻元件构成谐波电流滤波器。在谐波频率下，为一低阻抗回路以吸收谐波，在基波频率下，提供无功电流以改善功率因数。无源滤波器用于谐波电流和无功负荷比较稳定，自然功率因数又较低，频谱特征明显，谐波集中于连续的三种或以下（如3、5、7 次）的系统中的谐波治理。

低成本的无源滤波器是目前普遍采用的补偿方法，但其滤波效果与系统运行参数密切相关，在特定情况下无源滤波器还可能与系统发生谐振，并且因电容器组无功功率补偿能力与公共连接点电压的平方成正比关系，补偿效果适得其反。

4.3.3 采用有源电力滤波器

80 年代以来，利用功率开关的有源电力滤波器（APF）的研究越来越引起人们的关注，被认为是治理电网谐波的最有前途的方法。有源电力滤波器的工业应用尚处于初期阶段，日本和美国已有此类产品投入实际运行。我国还处于研制阶段，有关研究还停留在实验室研究和工业化实验阶段，到目前为止，有源电力滤波器还未能在我国得到广泛运用。

图2为电力有源滤波器基本原理图。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；可同时对谐波和无功功率进行补偿，且补偿无功功率的大小可做到连续调节；补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量也不大；即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能发挥正常补偿作用；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响；既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功集中补偿。

图2 电力有源滤波器基本原理图

4.3.4 混合型滤波器

混合型滤波器结合了无源滤波器和有源滤波器的优点。混合型滤波器通常是将系统中谐波电流大的恒定部分由无源滤波器过滤，而其小谐波电流及波动部分由有源滤波器处理，以节约总体造价。

4.3.5 用户侧谐波保护器

用户侧谐波保护器可以随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌杂波，矫正因谐波影响而产生畸变的电压波形，对噪声进行消化并把被吸收的噪声能量部分返回到电网中，以矫正电网波形。体积小可导轨安装，用于电话/ 网络机房、有精密仪器、对谐波敏感的场所。

近年来，国外又提出了“用户电力技术”( Custom Power Technology)这一解决谐波及无功功率问题的新概念，即使用电力电子技术提高供电可靠性并实现电能质量严格控制。用户电力技术是将现代电力电子技术、自动控制技术和数字信号处理技术等高新技术结合，为用户提供特定要求的电力供应的技术。将它运用于中、低配电系统，能有效地抑制谐波，补偿无功功率，消除电压波动和闪变、各相电压不对称，从而提高供电的安全性和可靠性。

5 结语

    建筑供电质量，特别是谐波污染的日益严重已引起各方面的高度重视。随着对谐波产生的机理、谐波现象的进一步认识，将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。加大对谐波研究的投入将会大大加快对谐波问题的解决，当然谐波问题的最终解决将取决于相关技术的发展，特别是电力电子技术的发展。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。

参考文献

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