諧波的治理與無(wú)功補(bǔ)償

孫加磊

摘 要：醫(yī)院的發(fā)展與建設(shè)離不開電。醫(yī)院的配電系統(tǒng)是保證醫(yī)院供電的一項(xiàng)重要因素。隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展與進(jìn)步，醫(yī)院的供電設(shè)施也得到了很大的改善以及提高。在發(fā)展的過(guò)程中，各種技術(shù)使得我國(guó)醫(yī)院的配電系統(tǒng)得到了逐漸的完善。在該課題的研究中，主要對(duì)醫(yī)院配電室的諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行了研究以及分析，以期為醫(yī)院配電室的諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償提供一定的參考以及借鑒。

關(guān)鍵詞：諧波治理 無(wú)功補(bǔ)償 改善措施

中圖分類號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（c）-0040-02

在醫(yī)院的發(fā)展以及運(yùn)行中，需要采用高科技等技術(shù)手段來(lái)滿足醫(yī)院供電設(shè)施的要求，從而逐漸實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的科學(xué)用電以及節(jié)能用電等，這樣能夠有效地減少醫(yī)院的成本。從當(dāng)前部分醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)來(lái)看，許多醫(yī)院的配電系統(tǒng)采用了無(wú)功補(bǔ)償裝置，但是這些無(wú)功補(bǔ)償裝置卻不能得意正常的工作。該文認(rèn)為，可以通過(guò)比較小的成本投入來(lái)對(duì)醫(yī)院的無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行改造，并且在原先的基礎(chǔ)之上，增加先進(jìn)的檢測(cè)以及控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)院配電系統(tǒng)中無(wú)功動(dòng)態(tài)的自動(dòng)補(bǔ)償，使得醫(yī)院配電系統(tǒng)的運(yùn)行更加有效率，將醫(yī)院供配電系統(tǒng)的諧波抑制控制在一定的范圍內(nèi)。

1 諧波及無(wú)功補(bǔ)償改善

1.1 諧波

從諧波的概念來(lái)看，諧波主要是指電流周期性交流信號(hào)量在傅里葉級(jí)數(shù)分級(jí)的基礎(chǔ)之上，得到比基波頻率更大的整數(shù)倍的分量。從諧波的來(lái)源來(lái)看，主要是來(lái)源于那些大容量的整流以及換流設(shè)備，同時(shí)那些非線性負(fù)荷也會(huì)產(chǎn)生諧波。通過(guò)對(duì)這些產(chǎn)生畸變的交流電進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，就能得計(jì)算得出諧波分量。

1.2 無(wú)功補(bǔ)償

無(wú)功補(bǔ)償主要描述的是電流的能量交換幅度，無(wú)功補(bǔ)償自身是不會(huì)消耗功率的。雖然電阻會(huì)消耗相應(yīng)的功率，但是電感卻不會(huì)消耗相應(yīng)的能量。同時(shí)，無(wú)功功率的數(shù)值表征以及電感之間交換能量的幅度等，都是受阻感負(fù)載的影響。在這種情況下，會(huì)對(duì)電流中電源的輸出產(chǎn)生影響。在醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)中，通過(guò)使用并聯(lián)的電容器裝置對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行集中性的補(bǔ)償或者分散，可以有效地解決電能。

從無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x來(lái)看，其主要作用是減少電氣設(shè)備以及電路線路等的功率損耗，從而逐漸穩(wěn)定電路電壓，并且有效地提高電路的供電質(zhì)量，并且有效地提高電路變壓器的負(fù)荷承載能力。對(duì)于那些需要長(zhǎng)距離輸電的電路來(lái)說(shuō)，無(wú)功補(bǔ)償能夠提高電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且提高電路的輸電能力。

2 醫(yī)院配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

當(dāng)前，醫(yī)院的配電配電系統(tǒng)主要是由數(shù)臺(tái)10/0.4 kV主變壓器，經(jīng)低壓配電設(shè)備向用電設(shè)備供電。主要負(fù)載為電子醫(yī)療精密設(shè)備、照明、中央空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)及UPS、電梯等。其中大部分為單相非線性負(fù)荷，低壓配電網(wǎng)上諧波嚴(yán)重，主要諧波源可分為下面幾種：（1）電子醫(yī)療精密設(shè)備。當(dāng)前醫(yī)院內(nèi)的大型電子醫(yī)療設(shè)備為一般的開關(guān)電源供電，開關(guān)電源設(shè)備會(huì)產(chǎn)生3、5/7次等諧波注入到電網(wǎng)中。（2）照明設(shè)備。醫(yī)院內(nèi)的照明設(shè)備會(huì)使用大量的具有熒光性質(zhì)的燈具，這樣會(huì)產(chǎn)生比較大的諧波電流，其中以3次諧波為主。（3）中央空調(diào)以及通風(fēng)設(shè)備。當(dāng)前醫(yī)院主要采用的是變頻空調(diào)以及大型風(fēng)機(jī)。其中，變頻空調(diào)中的變頻器是重要的諧波來(lái)源，在使用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的5次或者7次的諧波污染電網(wǎng)。（4）計(jì)算機(jī)及UPS，當(dāng)前醫(yī)院主要采用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，A醫(yī)院計(jì)算機(jī)的使用數(shù)量有很多。另外，由于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)需要配備UPS等備用電源，從而會(huì)產(chǎn)生大量的3次、5次以及7次諧波。

在醫(yī)院的低壓配電系統(tǒng)中，會(huì)使用較多GGJ系列的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。從這個(gè)裝置的特點(diǎn)來(lái)看，主要表現(xiàn)為投資金額較少，裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)安裝的過(guò)程十分簡(jiǎn)單。但是在醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行中，醫(yī)院不僅僅需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，同時(shí)還需要治理由于各種因素產(chǎn)生的諧波治理污染等。

3 補(bǔ)償方案的確定

3.1 無(wú)功補(bǔ)償方案對(duì)比

在醫(yī)院的諧波污染治理中，其主要目標(biāo)應(yīng)滿足或高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

因此預(yù)期目標(biāo)可以設(shè)置為：系統(tǒng)中諧波總分量THDI≤3%，功率因數(shù)COSΦ≥0.95。

以下將針對(duì)幾種主要的無(wú)功補(bǔ)償方案進(jìn)行對(duì)比以及分析。

（1）無(wú)源濾波器：在醫(yī)院的供配電系統(tǒng)中，為了有效地過(guò)濾諧波，需要為諧波提供一條相應(yīng)的釋放路徑，這樣才能保留電路中的基波，同時(shí)使諧波短路。因此，這就需要諧波能夠通過(guò)濾波器流回諧波源，但是不會(huì)流入到電路系統(tǒng)中。因此，這個(gè)時(shí)候可以使用一種LC無(wú)源濾波器。在當(dāng)前的生活中，主要使用的是單調(diào)諧波濾波器，這個(gè)濾波器主要由以下部分組成：電容、電感以及電阻。人們通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，就能夠在消除諧波頻率的基礎(chǔ)場(chǎng)，使得感抗以及容抗可以互相抵消，在這個(gè)過(guò)程中，電路的諧波就能夠通過(guò)濾波器返回諧波源，最終達(dá)到消除濾諧波的目標(biāo)。

（2）有源濾波器：從當(dāng)前的無(wú)功補(bǔ)償裝置中，進(jìn)行諧波治理的一個(gè)有效方法是使用有源濾波器。有源濾波器主要是通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)中實(shí)時(shí)的電壓電流，在經(jīng)過(guò)運(yùn)算以及處理之后獲得相應(yīng)的補(bǔ)償控制指令，從而控制電路中主電路產(chǎn)生的諧波補(bǔ)償電路，最終使得電路電網(wǎng)中的電流成分中只含有基波的分量。這種諧波治理方式是當(dāng)前電路無(wú)功補(bǔ)償以及諧波治理的一個(gè)重要研究方向以及研究思路。

（3）混合濾波補(bǔ)償方案：在諧波量較大的場(chǎng)合，考慮投入成本，采用有源濾波器+無(wú)源非調(diào)諧式濾波補(bǔ)償裝置的混合濾波補(bǔ)償是最佳的方案，既實(shí)現(xiàn)了安全補(bǔ)償，又徹底根治了諧波，并可以節(jié)約成本。

（4）靜止型無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止型無(wú)功發(fā)生器補(bǔ)償方案：靜止型無(wú)功補(bǔ)償器采用電力電子技術(shù)跟蹤電網(wǎng)無(wú)功波動(dòng)及諧波狀況，在線實(shí)時(shí)自動(dòng)控制補(bǔ)償。響應(yīng)速度快（5～20 ms），可補(bǔ)償無(wú)功功率，吸收高次諧波，減少電壓閃變。靜止型無(wú)功發(fā)生器補(bǔ)是近些年研制開發(fā)的一種新型靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，這種諧波治理的原理主要是將自換相橋式的電路通過(guò)電抗器或者將其直接并聯(lián)到點(diǎn)苦的電網(wǎng)中，從而適當(dāng)?shù)貙?duì)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位使電路進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，從而使其吸收無(wú)功電流，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)取?/p>

3.2 無(wú)功補(bǔ)償方案的確認(rèn)

從醫(yī)院的角度來(lái)看，醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)的諧波治理以及無(wú)功補(bǔ)償需要根據(jù)自身的實(shí)際情況來(lái)確定。這里主要是依據(jù)醫(yī)院配電系統(tǒng)中的諧波分量值以及主要諧波的頻次和相關(guān)的投資收益比來(lái)選擇無(wú)功補(bǔ)償方案。

其中，靜止型無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止型無(wú)功發(fā)生器主要是適用于工業(yè)領(lǐng)域中有大量沖擊負(fù)荷的情況，該無(wú)功補(bǔ)償方案造價(jià)較高，不適用于醫(yī)院的低電壓配電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償。因此，在這種情況下，筆者建議，醫(yī)院低電壓配電系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償以及諧波治理，需要采用低壓無(wú)源調(diào)諧式濾波補(bǔ)償方案，性價(jià)比高，同時(shí)改造效果明顯。如果醫(yī)院有新建的低壓配電系統(tǒng)，或者醫(yī)院現(xiàn)有的低壓配電系統(tǒng)中的諧波含量高于5%，那么就可以采用有源濾波器和無(wú)源非調(diào)諧式濾波補(bǔ)償裝置的混合濾波補(bǔ)償方案，從而達(dá)到諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖罱K目的。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前醫(yī)院配電系統(tǒng)的發(fā)展中，由于非線性負(fù)荷的逐漸增加，使得其產(chǎn)生的諧波迫切需要得到治理。對(duì)于醫(yī)院電路中諧波發(fā)生十分嚴(yán)重的地方，如果僅僅采用傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，那么可能會(huì)導(dǎo)致諧波放大的反作用，嚴(yán)重的情況下會(huì)產(chǎn)生諧振，因此，在醫(yī)院低壓配電系統(tǒng)中進(jìn)行諧波治理以及無(wú)功補(bǔ)償，既能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果，同時(shí)也能夠增加醫(yī)院精密設(shè)備的使用壽命以及提高其使用的穩(wěn)定性，對(duì)于醫(yī)院的和諧發(fā)展有著十分重要的作用以及意義。

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