通信電源系統(tǒng)的諧波分析與治理探討

61469部隊 河北淶源 074300

摘要：通信電源在通信系統(tǒng)中起著至關重要的作用。但是在日常應用中，通信電源卻常常受到諧波方面的影響，導致供電系統(tǒng)電壓以及電流不穩(wěn)定，導致功率下降。所以要確保通信電源系統(tǒng)安全、可靠、不間斷穩(wěn)定運行，值勤人員必須采取合理方式抑制與治理諧波。本文通過對諧波的簡單分析，提出了治理方案，僅供參考借鑒。

關鍵詞：通信電源系統(tǒng)；諧波；治理

隨著電力系統(tǒng)大力發(fā)展，非線性電子裝置也被大眾熟知。但是正是由于這些非線性電子裝置的廣泛應用，致使通信電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量諧波，諧波越多，供電質(zhì)量就會受到越大程度的影響，因此抑制與治理諧波非常重要。

一、諧波在通信電源系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響

一般在電力通信電源系統(tǒng)中，電壓已經(jīng)有明確的規(guī)定，因此相關人員在設置通信電源系統(tǒng)電壓時，要根據(jù)國家規(guī)定要求進行設置。通常而言，在不受到任何干擾的情況下，電源能夠為電網(wǎng)提供50Hz左右的電壓，此時該電壓不僅屬于單一頻率，而且非常穩(wěn)定。但是由于諧波的存在，通信電源系統(tǒng)受到了非常巨大的影響，電壓浮動值已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有要求，也不是單一頻率，這就大大影響了負載運行情況。同時還會加劇變壓器的漏磁、銅損現(xiàn)象，甚至會使變壓器的鐵芯在磁通量發(fā)生高頻交變時出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。這不但會降低電網(wǎng)的運行下來，還會造成大量能源浪費。

二、通信電源系統(tǒng)中諧波治理的重要性

通信電源系統(tǒng)會出現(xiàn)諧波，究其根本原因是機房中有很多非線性設備，比如變頻空調(diào)、服務器等，這些非線性設備產(chǎn)生了大量諧波，直接影響了電能供應質(zhì)量。為了能夠讓諧波的危害性降低到最小程度，諧波治理就顯得非常重要。通信電源系統(tǒng)有兩種負載，一種是保障負載，即為開關電源、空調(diào)等，而另一種是非保障負載，即為照明、電梯等方面的負載。因為整流或者是濾波等元器件自身的功率非常大，當這些非線性元器件接到開關電源中時，就會出現(xiàn)很多的諧波電流，這些諧波的出現(xiàn)會導致電壓波形變形，由此系統(tǒng)功率會受到非常嚴重的影響。如果不對UPS中的諧波加以處理，會使得諧波電流含量占50%左右，而電壓含量卻低于11%，功率因素僅在0.7-0.85之間。之前人們對諧波并不重視，所以很多開關電源生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品具有非常多的諧波電流，以3000A的開關電源為例，如果負載率達到了50%，而諧波電流可能就占到了40%，而這其中有效功率不到8%。這對整個通信電源系統(tǒng)來說都非常不利。

三、通信電源系統(tǒng)諧波治理方法

（一）濾波設備的合理選擇

1.無源濾波器

目前在通信電源系統(tǒng)中，LC無源濾波器的應用較為廣泛，此種裝置可以用來進行諧波補償。其應用的最大優(yōu)點就是過濾效果顯著，且使用方法非常簡單方便，能夠很好的保證運行環(huán)境安全。但是此種方法也有一定的劣勢，比如需要應用非常多的元器件，如果不加以合理利用，可能會有很多資源被浪費，節(jié)能性非常差。

2.有源濾波器

有源濾波器在消除諧波過程中，可對系統(tǒng)中的諧波實施動態(tài)補償，可有效降低高次諧波電流引發(fā)的線路以及設備損耗等，并能實現(xiàn)諧波變化的跟蹤補償，具有良好的諧波抑制效果，但其結(jié)構(gòu)復雜，以及在實施補償中產(chǎn)生的功耗較高。

3.混合型濾波器

混合型濾波器在應用中，可將其串聯(lián)在負載、無源濾波器與電源之間，有源濾波器視作一個抗阻器件，其對諧波抗阻表現(xiàn)為高阻，而對基波則的抗阻則為0，從而避免了電網(wǎng)中諧波的流入，達到隔離諧波、避免諧振的作用。

（二）濾波設備安裝與調(diào)試。

在通信電源系統(tǒng)中選擇一個恰當位置安裝濾波器也非常重要，一般而言，諧波會受到時間的影響，時間變化，諧波也會發(fā)生波動，但是如果能夠合理安裝濾波器，就能夠解決這一問題，可以抑制系統(tǒng)中存在的大量諧波。

在安裝諧波治理設備之前，應合理選擇濾波設備的容量I。若設在濾波設備安裝處實際測得的諧波電流值為I0，選擇的諧波實測量用THDi表示，則安裝的濾波設備需滿足以下條件：I≥（THDi實測值-THDi目標值）

在設備安裝過程中，首先應正確選取其安裝位置，同時還需留出足夠的空間，以便于諧波治理設備的調(diào)試與維護。同時，在安裝過程中，進行設備接線時，應嚴格檢查輸入的駐點參數(shù)，確保其滿足設備安裝的技術規(guī)范要求。再次，在導線敷設時，還需確保其接線端子與導線截面積能夠?qū)诠ぷ麟娏?，并留有足夠的裕量，以確保濾波設備在進行高次諧波補償過程中的安全運行。最后，在完成安裝之后，在經(jīng)檢查，確保接線無誤之后，還需依據(jù)調(diào)試圖進行設備調(diào)試，在濾波設備正常運行情況下，方可投入諧波治理之中。

（三）諧波電流的計算

由于諧波電流計算涉及到諸多因素，尤其是在實際發(fā)生的現(xiàn)場更為復雜，很多設備即使諧波源，同時也是吸收諧波的消諧裝置。在這種情況下，收集到完整的電氣設備諧波數(shù)據(jù)是很困難的，在此提出諧波電流計算的經(jīng)驗公式，以滿足工程設計要求。

ITHD=k1×k2×THDi （1）

其中，ITHD——諧波電流，A；

k1——負荷率，即計算負荷占變壓器額定容量的比例，通常在0.5～0.8之間；

k2——綜合治理系數(shù)，通常在0.2～01.0之間；

THDi——諧波電流畸變率，通常在10%～35%之間。

例如，某電廠，一臺空冷變壓器的額定容量為2500kVA，負荷率k1為0.8，綜合治理系數(shù)k2取0.7，諧波電流畸變率取25%。由公式（1），

得ITHD=0.8×0.7×25%=505.2A

得出估算的諧波電流值，便可進一步選出適當?shù)腁PF產(chǎn)品，從而避免了諧波電流值估算過大或過小，從而影響APF的諧波消除效果。

（四）諧波諧振的治理

諧波諧振對通信電源系統(tǒng)運行有著非常大的不利影響，因此治理諧波的過程中，實際上就是在治理諧波諧振，具體的解決方法如下：①值勤人員要盡可能的減少諧波源；②盡量控制帶有諧波源的諧波電流進入到電網(wǎng)中；③在諧波源前應該安裝設置濾波器，能夠有效避免諧波電流進入到通信電源系統(tǒng)中；④通信電源系統(tǒng)參數(shù)要盡量避開諧波諧振區(qū)間。值勤人員可以調(diào)整補償電容器組數(shù)，以此讓整個系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，這樣就可能避免諧振區(qū)域，此外，在確保功率因素不發(fā)生任何變化時，可以對系統(tǒng)內(nèi)容性參數(shù)進行調(diào)整，也能夠避開諧振。

四、結(jié)語

總之，非線性電子裝置的應用，使得非線性負荷隨著增加，通信電源也因此受到了諧波非常嚴重的影響。由于諧波之間能夠疊加，損耗一定功率，這使得電網(wǎng)利用效率大為下降。在抑制與治理諧波問題上，工作人員首先要對諧波源類型、所具備的特性、產(chǎn)生機理等進行有效根治，以此才可以有針對性的應用方法，來抑制諧波。

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