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摘要：随着时间的推移，技术的进步和计算机时代的到来，国家工业化和建筑智能化水平不断提高，大容量电力整流、换流设备以及电子设备在各工业部门和电力系统及其自动控制中的广泛应用，产生谐波的设备及数量均已剧增，并将继续增长。本文首先分析了谐波产生的原因和危害性；其次分析了谐波的来源以及现有的改善手段；
关键词：智能建筑;谐波; 危害; 措施
Abstract: with the passage of time, the progress of technology and computer time arrival, national industrialization and the intelligent building level increases, the large capacity power rectifier, changing flow equipment and electronic equipment in the industrial sector and power system and its automatic control the widely application, harmonic generation equipment and quantity are already increase, and will continue to grow. This paper first analyzes the reason and harmfulness of harmonic; Secondly analyzes the harmonic source and the improvement of the existing means;
Keywords: intelligent building; Harmonic; Harm; measures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
前言：随着国际信息潮流冲击和微电子科技的发展，加上通讯、计算机及自动控制技术日新月异，使得民用建筑开始走向高品质、高功能领域。由于在民用建筑中运用了许多计算机和微电子设备，对基供电电源的质量提出了新的要求。电源品质的好坏，将直接影响建筑中设备的运行稳定性和可靠性，甚至导致重大人身、设备事故，造成巨大的政治经济损失。这种影响不仅来自供电电源的电压、频率及电流等基本要素是否满足用电设备的要求，而且也来自所提供的供电电源的电网质量。谐波是如何产生，为什么谐波的出现会影响电力系统和设备的正常运行，以及如何将这些影响减少到最小。这是摆在电气工程研究、设计人员面前的一道难题，解决这一难题对各行各业包括建筑电气设计具有非常深远的历史意义。
一、智能建筑谐波产生的原因
智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波，例如：计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器等作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。在智能建筑用电负荷中，阻感性负荷占很大的比例，变压器、荧光灯都是典型的谐波阻感性负荷，阻感性负荷必须吸收无功功率才能正常工作。电力电子装置等非线性负荷(相控整流器、周波变流器等)工作时基波电流相位滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率。此外，谐波源也要消耗无功功率。
电网中的非线性负载有：相控晶闸管整流设备和不间断电源(UPS)、变频装置、电弧炉、荧光灯等气体放电类光源、个人计算机及服务器和家用电器。这些设备大至电气化机车、电解槽、变速装置、整流器：小至电视机、计算机、充电器与节能灯等，这些大大小小的谐波源都给电力系统造成了谐波污染。即便供给它们理想的正弦波电压。流过它们的电流也含有谐波成分。
除了特殊情况外，谐波现象产生主要是大容量电力设备和用电整流或换流设备，以及其他非线性负荷造成。当正弦基波电压(当电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，畸变的电流影响电流回路中的配电设施，诸如变压器、导线、开关设备等。在实际存在系统电源阻抗时，畸变电流将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压，畸变电压将对所有负荷产生影响。这些电力设备或用电设备负荷从电力系统中吸收的畸变电流可以分解为基波和一系列的谐波分量，其谐波电流值实际上与50Hz基波电压值和供电网的阻抗无关。因此，对大多数谐波源可视作为恒流源，它们与50Hz基波不同。基波一般是恒压源蹈。
二、现代智能建筑中的主要谐波源
1、电视机。家用电器中对电网谐波影响最大的电器就是电视机群。由于采用单相桥式整流电容平波电路，其整流元件要等到整流电压大于电容器的储能电压时才能导通。故交流侧电流只有正弦波的波头部分。其特征谐波全部为奇次谐波，而且谐波的峰值与基波峰值相重合。同一相电压供电的多台电视机产生的谐波相位相同，而且同时间的使用率高，造成配电网谐波的增大。彩色电视机的尖峰电流比黑自电视机的大，特别是3次、5次、7次及9次尤为严重。
2、荧光灯。各种荧光灯的谐波电流含有率相差很大。以前用的是普通的长管荧光灯，现在愈来愈多的是紧凑型灯，其中又有各种亚型，其谐波特点有以下几点：
(1)、特征谐波电流全为奇次谐波。线绕镇流器的电流含有率3次谐波较高，可达8～10％。电子镇流器型脉冲式各齐次含有率15～18％，其中3次为70～80％，次数愈高，含有率愈低；高频时各谐波含有率低，～般为3～15％。
(2)、紧凑型灯中采用线绕镇流器的第三亚型装有并联电容器，以提高功率因数，降低电流和线损，但电容器起明显放大谐波的作用。
(3)、采用电子镇流器的第二亚型需经整流再逆变，产生出20～60Hz的电力经过高频变压器馈供给灯管，故除了3～19各齐次谐波电流外，尚有极高频率的谐波电流含量。
3、空调机。由于空调机功率较大，每台600W到数千瓦，因此在许多城市中空调负荷将跃居市政用电的榜首。因此，空调用电在性质上属于线性还是非线性，与未来城网背景谐波的涨幅密切相关，相关测试表明，空调机谐波电流大小依工作方式而变，只开风扇时，THDi％为6～9％，制冷时为20～27％，制热时为22～34％，谐波分布为2～17次，可见，无论是制冷还是制热，THDi都不小，而单台的各次谐波电流比电视机的还要大得多。
4、电冰箱。家用电冰箱的功率和电视机差不多，其谐波电流含有率比彩电小得多，但电冰箱谐波参与夜晚出现的家电谐波高峰。其谐波主要是3次、5次和7次，其中含有率3次为10～13％，5次为3～5％，7次为O．5～2％，7次以上小于O，8％。
5、洗衣机。洗衣机的功率与电冰箱接近，谐波电流畸变率稍大。但每天开机时间短，参与夜晚出现的家电谐波高峰的同时系数不大。例如，洗衣机产生的谐波含有率3次21～40％，5次4．5～9％，7次3～6％，9次1～4％，13次以上很小。
6、计算机。随着信息时代的到来，家用计算机和企事业单位计算机应用已开始普及，一般计算机用电负荷和谐波电流主要是显示器CRT的非线性用电，它和彩电十分相似。计算机整机运行和显示器单独运行相比，第3～11次谐波电流含有率稍减，而第13、15、17次谐波电流含有率稍增。由于计算机的谐波含有率高，谐波电流相位和电视机的谐波电流重合，而且商场和家用计算机的普及，以及多班制工作的计算机房的计算机都要参与夜晚出现的家用谐波高峰。所以计算机的谐波影响将迅速增大。另外，各种打印机、复印机、游戏机的用电性质以及谐波含有率也与计算机相类似。
三、改善谐波的手段
1、采用无源滤波器。采用无源滤波器是传统的抑制谐波的方法。无源滤波器包括一组以串联方式连接的电抗器与电容器。此电路的阻抗在某一频率下，被设计成比电网中的其他电路低的多。这种装置的缺点是容易过载，在过载时會被烧损。另外，可能造成功率因数过补偿，同时无源滤波器不能受控。因此，随着时间的改变以及配件老化或电网负载的变动，会改变谐波振频率，使滤波效果下降。更重要的是，无源滤波器只可以过滤一种谐波成分。如果过滤不同的频率，则要分别采用不同的滤波器，如有的滤波器只能滤除三次谐波。
2、 采用有源滤波器。并联型有源滤波器实质上是一个受控的、快速反应的谐波电流源，与非线性负荷并联，自动检测非线性负荷产生的谐波电流。DSP 产生的控制信号控制IGBT 高速开关器件，经过输出电抗器，输出与负荷产生的谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流，起到补偿谐波的作用，其结果是系统只向负荷提供基波电流。在设计有源滤波器治理位置时，需要根据剧场配电系统和负荷情况的不同，设计不同的安装位置。有源滤波器的安装与谐波源越近，滤波效果越好，这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。但在一些非线性负荷分布负载的场合，可以采取变压器总补偿或二级配电补偿的方案，而且不同方案可以配合使用。由于有源电力滤波器安装位置灵活，可以完全实现根据设计需要达到最完美的谐波治理效果。
结束语：
目前，尚无智能建筑电能质量标准，国家颁布的和国际上有关电能质量标准无法适用于智能建筑；很多智能建筑用户只重视无功补偿，提高功率因数，不重视谐波治理。当智能建筑谐波负荷较大时，如果仅仅考虑无功补偿，会造成谐波放大，使电容器无法投运；为保证现代智能建筑中各种不同类型设备和计算机及精密电子装置正常、可靠、高效地运行，必须要采取相应措施，确保用电设备的使用寿命，从以上分析可知，采取混合滤波器能快速、有效地跟踪谐波变化，抑制谐波，是最有成效的一种措施。
参考文献：
【1】 王少杰，罗安．新型谐波电流预测技术研究[J]．电气传动，2008，(1O)
【2】 哈建波．浅谈建筑电气设计中电源谐波相关问题[J]．中小企业管理与科技(下旬刊)，2009，(05)
关键词：智能建筑;谐波; 危害; 措施
Abstract: with the passage of time, the progress of technology and computer time arrival, national industrialization and the intelligent building level increases, the large capacity power rectifier, changing flow equipment and electronic equipment in the industrial sector and power system and its automatic control the widely application, harmonic generation equipment and quantity are already increase, and will continue to grow. This paper first analyzes the reason and harmfulness of harmonic; Secondly analyzes the harmonic source and the improvement of the existing means;
Keywords: intelligent building; Harmonic; Harm; measures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
前言：随着国际信息潮流冲击和微电子科技的发展，加上通讯、计算机及自动控制技术日新月异，使得民用建筑开始走向高品质、高功能领域。由于在民用建筑中运用了许多计算机和微电子设备，对基供电电源的质量提出了新的要求。电源品质的好坏，将直接影响建筑中设备的运行稳定性和可靠性，甚至导致重大人身、设备事故，造成巨大的政治经济损失。这种影响不仅来自供电电源的电压、频率及电流等基本要素是否满足用电设备的要求，而且也来自所提供的供电电源的电网质量。谐波是如何产生，为什么谐波的出现会影响电力系统和设备的正常运行，以及如何将这些影响减少到最小。这是摆在电气工程研究、设计人员面前的一道难题，解决这一难题对各行各业包括建筑电气设计具有非常深远的历史意义。
一、智能建筑谐波产生的原因
智能建筑中谐波主要来自于两方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，导致配电系统的电压、电流发生畸变，产生谐波，例如：计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器等作为谐波源产生的谐波，由网侧传输至配电系统。在智能建筑用电负荷中，阻感性负荷占很大的比例，变压器、荧光灯都是典型的谐波阻感性负荷，阻感性负荷必须吸收无功功率才能正常工作。电力电子装置等非线性负荷(相控整流器、周波变流器等)工作时基波电流相位滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率。此外，谐波源也要消耗无功功率。
电网中的非线性负载有：相控晶闸管整流设备和不间断电源(UPS)、变频装置、电弧炉、荧光灯等气体放电类光源、个人计算机及服务器和家用电器。这些设备大至电气化机车、电解槽、变速装置、整流器：小至电视机、计算机、充电器与节能灯等，这些大大小小的谐波源都给电力系统造成了谐波污染。即便供给它们理想的正弦波电压。流过它们的电流也含有谐波成分。
除了特殊情况外，谐波现象产生主要是大容量电力设备和用电整流或换流设备，以及其他非线性负荷造成。当正弦基波电压(当电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，畸变的电流影响电流回路中的配电设施，诸如变压器、导线、开关设备等。在实际存在系统电源阻抗时，畸变电流将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压，畸变电压将对所有负荷产生影响。这些电力设备或用电设备负荷从电力系统中吸收的畸变电流可以分解为基波和一系列的谐波分量，其谐波电流值实际上与50Hz基波电压值和供电网的阻抗无关。因此，对大多数谐波源可视作为恒流源，它们与50Hz基波不同。基波一般是恒压源蹈。
二、现代智能建筑中的主要谐波源
1、电视机。家用电器中对电网谐波影响最大的电器就是电视机群。由于采用单相桥式整流电容平波电路，其整流元件要等到整流电压大于电容器的储能电压时才能导通。故交流侧电流只有正弦波的波头部分。其特征谐波全部为奇次谐波，而且谐波的峰值与基波峰值相重合。同一相电压供电的多台电视机产生的谐波相位相同，而且同时间的使用率高，造成配电网谐波的增大。彩色电视机的尖峰电流比黑自电视机的大，特别是3次、5次、7次及9次尤为严重。
2、荧光灯。各种荧光灯的谐波电流含有率相差很大。以前用的是普通的长管荧光灯，现在愈来愈多的是紧凑型灯，其中又有各种亚型，其谐波特点有以下几点：
(1)、特征谐波电流全为奇次谐波。线绕镇流器的电流含有率3次谐波较高，可达8～10％。电子镇流器型脉冲式各齐次含有率15～18％，其中3次为70～80％，次数愈高，含有率愈低；高频时各谐波含有率低，～般为3～15％。
(2)、紧凑型灯中采用线绕镇流器的第三亚型装有并联电容器，以提高功率因数，降低电流和线损，但电容器起明显放大谐波的作用。
(3)、采用电子镇流器的第二亚型需经整流再逆变，产生出20～60Hz的电力经过高频变压器馈供给灯管，故除了3～19各齐次谐波电流外，尚有极高频率的谐波电流含量。
3、空调机。由于空调机功率较大，每台600W到数千瓦，因此在许多城市中空调负荷将跃居市政用电的榜首。因此，空调用电在性质上属于线性还是非线性，与未来城网背景谐波的涨幅密切相关，相关测试表明，空调机谐波电流大小依工作方式而变，只开风扇时，THDi％为6～9％，制冷时为20～27％，制热时为22～34％，谐波分布为2～17次，可见，无论是制冷还是制热，THDi都不小，而单台的各次谐波电流比电视机的还要大得多。
4、电冰箱。家用电冰箱的功率和电视机差不多，其谐波电流含有率比彩电小得多，但电冰箱谐波参与夜晚出现的家电谐波高峰。其谐波主要是3次、5次和7次，其中含有率3次为10～13％，5次为3～5％，7次为O．5～2％，7次以上小于O，8％。
5、洗衣机。洗衣机的功率与电冰箱接近，谐波电流畸变率稍大。但每天开机时间短，参与夜晚出现的家电谐波高峰的同时系数不大。例如，洗衣机产生的谐波含有率3次21～40％，5次4．5～9％，7次3～6％，9次1～4％，13次以上很小。
6、计算机。随着信息时代的到来，家用计算机和企事业单位计算机应用已开始普及，一般计算机用电负荷和谐波电流主要是显示器CRT的非线性用电，它和彩电十分相似。计算机整机运行和显示器单独运行相比，第3～11次谐波电流含有率稍减，而第13、15、17次谐波电流含有率稍增。由于计算机的谐波含有率高，谐波电流相位和电视机的谐波电流重合，而且商场和家用计算机的普及，以及多班制工作的计算机房的计算机都要参与夜晚出现的家用谐波高峰。所以计算机的谐波影响将迅速增大。另外，各种打印机、复印机、游戏机的用电性质以及谐波含有率也与计算机相类似。
三、改善谐波的手段
1、采用无源滤波器。采用无源滤波器是传统的抑制谐波的方法。无源滤波器包括一组以串联方式连接的电抗器与电容器。此电路的阻抗在某一频率下，被设计成比电网中的其他电路低的多。这种装置的缺点是容易过载，在过载时會被烧损。另外，可能造成功率因数过补偿，同时无源滤波器不能受控。因此，随着时间的改变以及配件老化或电网负载的变动，会改变谐波振频率，使滤波效果下降。更重要的是，无源滤波器只可以过滤一种谐波成分。如果过滤不同的频率，则要分别采用不同的滤波器，如有的滤波器只能滤除三次谐波。
2、 采用有源滤波器。并联型有源滤波器实质上是一个受控的、快速反应的谐波电流源，与非线性负荷并联，自动检测非线性负荷产生的谐波电流。DSP 产生的控制信号控制IGBT 高速开关器件，经过输出电抗器，输出与负荷产生的谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流，起到补偿谐波的作用，其结果是系统只向负荷提供基波电流。在设计有源滤波器治理位置时，需要根据剧场配电系统和负荷情况的不同，设计不同的安装位置。有源滤波器的安装与谐波源越近，滤波效果越好，这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。但在一些非线性负荷分布负载的场合，可以采取变压器总补偿或二级配电补偿的方案，而且不同方案可以配合使用。由于有源电力滤波器安装位置灵活，可以完全实现根据设计需要达到最完美的谐波治理效果。
结束语：
目前，尚无智能建筑电能质量标准，国家颁布的和国际上有关电能质量标准无法适用于智能建筑；很多智能建筑用户只重视无功补偿，提高功率因数，不重视谐波治理。当智能建筑谐波负荷较大时，如果仅仅考虑无功补偿，会造成谐波放大，使电容器无法投运；为保证现代智能建筑中各种不同类型设备和计算机及精密电子装置正常、可靠、高效地运行，必须要采取相应措施，确保用电设备的使用寿命，从以上分析可知，采取混合滤波器能快速、有效地跟踪谐波变化，抑制谐波，是最有成效的一种措施。
参考文献：
【1】 王少杰，罗安．新型谐波电流预测技术研究[J]．电气传动，2008，(1O)
【2】 哈建波．浅谈建筑电气设计中电源谐波相关问题[J]．中小企业管理与科技(下旬刊)，2009，(05)