混合型濾波方法在智能建筑諧波治理中的應(yīng)用

祁曉鈺

【摘 要】本文分析了智能建筑電氣用電設(shè)備諧波源分類及危害，并且開發(fā)了一種諧波治理的方法，分析了一種適用于智能建筑諧波抑制的混合電力濾波器，對(duì)解決當(dāng)前智能建筑日益嚴(yán)重的諧波污染問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。仿真結(jié)果證明本文提出的混合型濾波方法是可行的。

【關(guān)鍵詞】諧波治理；智能建筑；有源電力濾波器；混合補(bǔ)償法

Application of a Hybrid Filter Method in Intelligent Building Harmonic Suppression

QI Xiao-yu

（Qiqihar University， Qiqihar Heilongjiang 161006，China）

【Abstract】This paper analyzes the intelligent building electrical equipment harmonic source classification and harm， and developed a harmonic suppression method. Hybrid power filters apply to intelligent building harmonic control is analyzed， it is of important practical significance to solve intelligent building increasingly serious harmonic pollution problem. The simulation results prove that the proposed hybrid filtering method is feasible.

【Key words】Harmonics suppression；Intelligent building；Active power filter；Mixed compensating method

0 引言

隨著智能建筑及智能小區(qū)的迅速發(fā)展，智能建筑中大量的電子設(shè)備及電氣設(shè)備諧波源產(chǎn)生的諧波對(duì)配電系統(tǒng)污染嚴(yán)重， 若治理不力， 這種污染愈來愈重， 將成為公用電網(wǎng)的主要污染源。因此， 綜合治理好智能建筑的諧波和無功功率， 對(duì)提高公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及提高智能建筑的功能和效益等方面有十分重要的意義。

1 智能建筑中諧波源分類及危害

1.1 智能建筑中諧波源分類

1.1.1 含有半導(dǎo)體非線性元件的諧波源

UPS電源、直流屏、變頻調(diào)速器、軟起動(dòng)器、氣體放電燈、電子鎮(zhèn)流器、家用電器及辦公電器的直流電源、可控硅調(diào)光器、交流調(diào)壓器等電力電子裝置[1]。它們所產(chǎn)生的諧波電流主要為奇次諧波，也是民用建筑配電系統(tǒng)中主要的諧波源。

1.1.2 含有電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源

交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、特種光源、斷路器和熔斷器動(dòng)作電弧等，一般情況下同步電機(jī)所產(chǎn)生的奇次諧波與異步電機(jī)所產(chǎn)生的間諧波和次諧波并不嚴(yán)重，可以忽略[2]。變壓器所產(chǎn)生的諧波電流大小與其鐵芯飽和程度有關(guān)。

1.1.3 嚴(yán)格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中產(chǎn)生諧波最多位于用電環(huán)節(jié)上。充氣電光源和家用電器更是常見的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈應(yīng)用氣體放電原理發(fā)光，其伏安特性具有明顯的非線性特征。計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具、微波爐等家用電器，因內(nèi)置調(diào)壓整流元件，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生高次奇諧波；電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、空調(diào)器含小功率電動(dòng)機(jī)，也會(huì)產(chǎn)生一定量的諧波[3]。這類設(shè)備功率雖小，但數(shù)量多，也是電網(wǎng)諧波源中不可忽視的因素。

1.2 諧波對(duì)智能建筑用電設(shè)備的危害

（1）諧波電流使變壓器線圈發(fā)熱， 加速絕緣老化， 壽命縮短， 引起損耗增加和噪聲。

（2）諧波會(huì)對(duì)保護(hù)、自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生干擾， 造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（3）使照明設(shè)施的壽命縮短。

（4）電壓表、電流表、電能表等儀器受諧波影響造成測(cè)量誤差。

（5）對(duì)鄰近通信線路產(chǎn)生諧波電壓的靜電干擾和諧波電流的電磁干擾。

（6）諧波容易引起電網(wǎng)與用于補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生串/并聯(lián)諧振。

（7）諧波電流使配電線路損耗增大， 輸電能力降低。

（8）諧波對(duì)電子設(shè)備有不良影響。

（9）無功功率的增加， 會(huì)導(dǎo)致電流的增大和視在功率的增加[4]。

（10）設(shè)備及線路損耗增加。

2 幾種常見的諧波治理方法

抑制諧波的總體思路有三個(gè)：其一是設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波；其二是對(duì)電力系統(tǒng)裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控為1；其三是在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波[5]。具體方法有以下幾種：

（1）選用適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳎?/p>

（2）選用適當(dāng)濾波器；

（3）采用多相脈沖整流；

（4）開發(fā)新型的變頻器；

（5）選用D-YN11接線組別的三相配電變壓器。

3 混合型諧波（HAPF）治理方法及工程設(shè)備仿真

有源電力濾波器可動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償諧波、無功及負(fù)序電流，而又不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生諧振，所以濾波效果比無源電力濾波器好得多。但由于單獨(dú)使用的有源電力濾波器容量大、成本高，因而其應(yīng)用受到限制。將有源電力濾波器與無源電力濾波器混合使用，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)無疑是一種較好的選擇。

3.1 混合型諧波治理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1示。其中，無源濾波器由3，5，7，9次單調(diào)諧濾波器支路及高通濾波器支路組成。有源濾波器由8個(gè)IGBT、直流電容及濾波電感構(gòu)成，直流電容可為有源濾波器提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓；濾波電感可減小有源濾波器產(chǎn)生的高頻開關(guān)頻率諧波。有源濾波器和無源濾波器串聯(lián)后并入電網(wǎng)。由于有源濾波器不是直接對(duì)諧波電流進(jìn)行消除，它所產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓中只含有諧波電壓，故其功率容量很小，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，從而可降低系統(tǒng)成本。

當(dāng)有源濾波器發(fā)生故障時(shí)，通過中斷服務(wù)程序?qū)⒂性礊V波器停止運(yùn)行，封鎖有源濾波器的驅(qū)動(dòng)脈沖；并控制交流接觸器動(dòng)作，從而將濾波器從電網(wǎng)中切除。而無源濾波器還可以正常工作，不至于對(duì)電網(wǎng)造成大的沖擊，這在工程應(yīng)用上是非常重要的。因此，這種混合濾波器具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 工程設(shè)備概況

本文以齊齊哈爾市某電信大樓為實(shí)例，針對(duì)大樓產(chǎn)生的電氣諧波進(jìn)行研究，驗(yàn)證混合式濾波在建筑電氣諧波治理中的有效性。本樓地處齊齊哈爾市繁華地段，地塊占地面積為4500㎡；東西約63m；南北75m；建筑物呈L形布置，主樓2～25層建筑高度為84.6m；附樓10層建筑高度為40.80m。地下室為汽車庫(kù)和設(shè)備用房，底層為門廳、展示廳、消防值班室。主樓層為綜合辦公會(huì)議室，附樓二層為機(jī)房管理用房，3～10層為樞紐機(jī)房。本工程變電所內(nèi)設(shè)有四臺(tái)干式變壓器，1#、2#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、變頻泵、VRV主機(jī)等非線性負(fù)載電源，3#、4#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、UPS不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備及開關(guān)電源等非線性負(fù)載電源。

1#、2#變壓器容量分別為1250kV？A；3#、4#變壓器容量分別為1600kV·A。

工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備：

表1 本工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備

本工程諧波計(jì)算所應(yīng)用的計(jì)算原則：

（1）據(jù)甲方要求，1#、2#變壓器互為備用（一用一備），中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)平時(shí)均合上，3#、4#變壓器也一樣。故1#、2#變壓器合在一起計(jì)算，3#、4#變壓器合在一起計(jì)算。

（2）計(jì)算按照最惡劣的負(fù)載工況進(jìn)行。

（3）本計(jì)算方法考慮正常的電感性負(fù)載，但沒有考慮電容性負(fù)載。

（4）1250kV·A及1600kV·A變壓器的短路阻抗按6%計(jì)算。

3.3 基于MATLAB的仿真計(jì)算

本工程的工作條件選擇在最惡劣的工況下，投入混合補(bǔ)償器，取得了很好的補(bǔ)償效果。補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)達(dá)到了0.94。在基波電流劇烈波動(dòng)的情況下，混合補(bǔ)償器亦能實(shí)現(xiàn)跟蹤補(bǔ)償。首先建立一個(gè)有源濾波裝置的系統(tǒng)圖如下圖2示，其中期望值為SCOPE5所顯示的波形，SCOPE4顯示的為干擾噪聲的波形，SCOPE8顯示的是濾波后的波形效果，SCOPE2顯示的是誤差值。RLS自適應(yīng)濾波器單獨(dú)作用，基本結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，期望即正弦波，輸入為正弦波與雜波混合后的諧波。

圖2 仿真系統(tǒng)圖

比較僅加裝PPF以及加裝PPF和APF兩種情況下的濾波效果，得到如圖3示的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明：APF能有效阻止背景諧波進(jìn)入PPF，使混合補(bǔ)償器具有較強(qiáng)的防止串聯(lián)諧振的能力。當(dāng)電壓源的頻率發(fā)生偏移時(shí)，PPF的濾波能力下降，系統(tǒng)電流的THDI由8.3%升到9.8%。此時(shí)由于APF的作用，混合補(bǔ)償器仍保持了較好的濾波能力，系統(tǒng)電流的THDI為2.1%。仿真結(jié)果證明：由于采用了鎖相環(huán)來跟蹤電源電壓的頻率與相位，并將鎖相環(huán)的輸出作為電壓參考信號(hào)，將此諧波及無功電流檢測(cè)方案用數(shù)字信號(hào)處理芯片（或其他微處理器）來實(shí)現(xiàn)時(shí)，檢測(cè)的結(jié)果不受頻偏的影響。APF能在電壓源的頻率發(fā)生偏移的情況下，保證混合補(bǔ)償器仍有很好的濾波能力，此時(shí)由于裝置的主要無功元件仍是電感和電容，混合濾波器的濾波效果還是要受到頻偏影響。

圖3 有源濾波效果圖

由圖3可以直觀的看到本次運(yùn)行后的一個(gè)濾波效果，可以說效果非常的明顯，有著其它濾波方式無法比擬的優(yōu)越性，但是現(xiàn)在由于技術(shù)和材料方面的限制，有源濾波方式還沒能達(dá)到現(xiàn)在電力電子方面的技術(shù)要求，所以，本文建議如果追求高效的濾波效果，還是應(yīng)該考慮無源-有源混合濾波方式。在圖3中也可以看出，雖然濾波的效果已經(jīng)很明顯，但是仍然沒有達(dá)到我們想要的接近于理想效果的波形曲線，下面我們將要在原有的基礎(chǔ)上再加裝一個(gè)無源濾波器，仍然以MATLAB仿真平臺(tái)作為我們的實(shí)驗(yàn)工具，對(duì)原裝置進(jìn)行優(yōu)化。建立MATLAB仿真系統(tǒng)圖如4所示，按照控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。其中，解算選項(xiàng)如下：變步長(zhǎng)，最大步長(zhǎng)1e-5s，相對(duì)精度1e-5s，相對(duì)精度為1e-3，算法選擇ode23t（mod.Stiff/trapezoidal），其它選項(xiàng)選擇默認(rèn)設(shè)置。運(yùn)行后的運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。圖5是SCOPER濾波器中得到的濾波結(jié)果，其余示波器的顯示結(jié)果此處省略。

圖4 優(yōu)化后的系統(tǒng)圖

圖5 優(yōu)化后的系統(tǒng)得出的濾波效果圖

3.4 結(jié)果分析

由圖5可以看出，得到的波形已經(jīng)很接近我們期望的理想狀態(tài)下的波形。濾波效果達(dá)到了95%，可以說很好的完成了濾波任務(wù)。另外，將圖3與圖5進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)加有源濾波器的效果明顯不如混合式濾波方式的效果，進(jìn)一步證明了混合式濾波方式的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)了一種諧波治理的方法，分析了一種適用于智能建筑諧波抑制的混合電力濾波器，對(duì)解決當(dāng)前智能建筑日益嚴(yán)重的諧波污染問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。仿真結(jié)果證明本文提出的混合補(bǔ)償器是可行的，采用的控制策略合理，有益于智能建筑中電力系統(tǒng)的無功和諧波綜合治理方案的制定與實(shí)施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李令冬，張昊，等.樓宇電能質(zhì)量測(cè)試實(shí)例[J].電氣工程應(yīng)用，2005，2：34-35.

[2]唐卓堯，任震.并聯(lián)型混合濾波器及其濾波特性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20（5）：25-29.

[3]胡銘，等.有源濾波技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，20003，24：66-70.

[4]劉宏超，彭建春，等.電力系統(tǒng)無功功率控制與優(yōu)化綜述[J].電測(cè)與儀表，2004，460（41）：34-36.

[5]基于免疫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油田電網(wǎng)諧波電流檢測(cè)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2009，36（5）：56-58.

[責(zé)任編輯：丁艷]

當(dāng)有源濾波器發(fā)生故障時(shí)，通過中斷服務(wù)程序?qū)⒂性礊V波器停止運(yùn)行，封鎖有源濾波器的驅(qū)動(dòng)脈沖；并控制交流接觸器動(dòng)作，從而將濾波器從電網(wǎng)中切除。而無源濾波器還可以正常工作，不至于對(duì)電網(wǎng)造成大的沖擊，這在工程應(yīng)用上是非常重要的。因此，這種混合濾波器具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 工程設(shè)備概況

本文以齊齊哈爾市某電信大樓為實(shí)例，針對(duì)大樓產(chǎn)生的電氣諧波進(jìn)行研究，驗(yàn)證混合式濾波在建筑電氣諧波治理中的有效性。本樓地處齊齊哈爾市繁華地段，地塊占地面積為4500㎡；東西約63m；南北75m；建筑物呈L形布置，主樓2～25層建筑高度為84.6m；附樓10層建筑高度為40.80m。地下室為汽車庫(kù)和設(shè)備用房，底層為門廳、展示廳、消防值班室。主樓層為綜合辦公會(huì)議室，附樓二層為機(jī)房管理用房，3～10層為樞紐機(jī)房。本工程變電所內(nèi)設(shè)有四臺(tái)干式變壓器，1#、2#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、變頻泵、VRV主機(jī)等非線性負(fù)載電源，3#、4#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、UPS不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備及開關(guān)電源等非線性負(fù)載電源。

1#、2#變壓器容量分別為1250kV？A；3#、4#變壓器容量分別為1600kV·A。

工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備：

表1 本工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備

本工程諧波計(jì)算所應(yīng)用的計(jì)算原則：

（1）據(jù)甲方要求，1#、2#變壓器互為備用（一用一備），中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)平時(shí)均合上，3#、4#變壓器也一樣。故1#、2#變壓器合在一起計(jì)算，3#、4#變壓器合在一起計(jì)算。

（2）計(jì)算按照最惡劣的負(fù)載工況進(jìn)行。

（3）本計(jì)算方法考慮正常的電感性負(fù)載，但沒有考慮電容性負(fù)載。

（4）1250kV·A及1600kV·A變壓器的短路阻抗按6%計(jì)算。

3.3 基于MATLAB的仿真計(jì)算

本工程的工作條件選擇在最惡劣的工況下，投入混合補(bǔ)償器，取得了很好的補(bǔ)償效果。補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)達(dá)到了0.94。在基波電流劇烈波動(dòng)的情況下，混合補(bǔ)償器亦能實(shí)現(xiàn)跟蹤補(bǔ)償。首先建立一個(gè)有源濾波裝置的系統(tǒng)圖如下圖2示，其中期望值為SCOPE5所顯示的波形，SCOPE4顯示的為干擾噪聲的波形，SCOPE8顯示的是濾波后的波形效果，SCOPE2顯示的是誤差值。RLS自適應(yīng)濾波器單獨(dú)作用，基本結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，期望即正弦波，輸入為正弦波與雜波混合后的諧波。

圖2 仿真系統(tǒng)圖

比較僅加裝PPF以及加裝PPF和APF兩種情況下的濾波效果，得到如圖3示的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明：APF能有效阻止背景諧波進(jìn)入PPF，使混合補(bǔ)償器具有較強(qiáng)的防止串聯(lián)諧振的能力。當(dāng)電壓源的頻率發(fā)生偏移時(shí)，PPF的濾波能力下降，系統(tǒng)電流的THDI由8.3%升到9.8%。此時(shí)由于APF的作用，混合補(bǔ)償器仍保持了較好的濾波能力，系統(tǒng)電流的THDI為2.1%。仿真結(jié)果證明：由于采用了鎖相環(huán)來跟蹤電源電壓的頻率與相位，并將鎖相環(huán)的輸出作為電壓參考信號(hào)，將此諧波及無功電流檢測(cè)方案用數(shù)字信號(hào)處理芯片（或其他微處理器）來實(shí)現(xiàn)時(shí)，檢測(cè)的結(jié)果不受頻偏的影響。APF能在電壓源的頻率發(fā)生偏移的情況下，保證混合補(bǔ)償器仍有很好的濾波能力，此時(shí)由于裝置的主要無功元件仍是電感和電容，混合濾波器的濾波效果還是要受到頻偏影響。

圖3 有源濾波效果圖

由圖3可以直觀的看到本次運(yùn)行后的一個(gè)濾波效果，可以說效果非常的明顯，有著其它濾波方式無法比擬的優(yōu)越性，但是現(xiàn)在由于技術(shù)和材料方面的限制，有源濾波方式還沒能達(dá)到現(xiàn)在電力電子方面的技術(shù)要求，所以，本文建議如果追求高效的濾波效果，還是應(yīng)該考慮無源-有源混合濾波方式。在圖3中也可以看出，雖然濾波的效果已經(jīng)很明顯，但是仍然沒有達(dá)到我們想要的接近于理想效果的波形曲線，下面我們將要在原有的基礎(chǔ)上再加裝一個(gè)無源濾波器，仍然以MATLAB仿真平臺(tái)作為我們的實(shí)驗(yàn)工具，對(duì)原裝置進(jìn)行優(yōu)化。建立MATLAB仿真系統(tǒng)圖如4所示，按照控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。其中，解算選項(xiàng)如下：變步長(zhǎng)，最大步長(zhǎng)1e-5s，相對(duì)精度1e-5s，相對(duì)精度為1e-3，算法選擇ode23t（mod.Stiff/trapezoidal），其它選項(xiàng)選擇默認(rèn)設(shè)置。運(yùn)行后的運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。圖5是SCOPER濾波器中得到的濾波結(jié)果，其余示波器的顯示結(jié)果此處省略。

圖4 優(yōu)化后的系統(tǒng)圖

圖5 優(yōu)化后的系統(tǒng)得出的濾波效果圖

3.4 結(jié)果分析

由圖5可以看出，得到的波形已經(jīng)很接近我們期望的理想狀態(tài)下的波形。濾波效果達(dá)到了95%，可以說很好的完成了濾波任務(wù)。另外，將圖3與圖5進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)加有源濾波器的效果明顯不如混合式濾波方式的效果，進(jìn)一步證明了混合式濾波方式的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)了一種諧波治理的方法，分析了一種適用于智能建筑諧波抑制的混合電力濾波器，對(duì)解決當(dāng)前智能建筑日益嚴(yán)重的諧波污染問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。仿真結(jié)果證明本文提出的混合補(bǔ)償器是可行的，采用的控制策略合理，有益于智能建筑中電力系統(tǒng)的無功和諧波綜合治理方案的制定與實(shí)施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李令冬，張昊，等.樓宇電能質(zhì)量測(cè)試實(shí)例[J].電氣工程應(yīng)用，2005，2：34-35.

[2]唐卓堯，任震.并聯(lián)型混合濾波器及其濾波特性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20（5）：25-29.

[3]胡銘，等.有源濾波技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，20003，24：66-70.

[4]劉宏超，彭建春，等.電力系統(tǒng)無功功率控制與優(yōu)化綜述[J].電測(cè)與儀表，2004，460（41）：34-36.

[5]基于免疫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油田電網(wǎng)諧波電流檢測(cè)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2009，36（5）：56-58.

[責(zé)任編輯：丁艷]

當(dāng)有源濾波器發(fā)生故障時(shí)，通過中斷服務(wù)程序?qū)⒂性礊V波器停止運(yùn)行，封鎖有源濾波器的驅(qū)動(dòng)脈沖；并控制交流接觸器動(dòng)作，從而將濾波器從電網(wǎng)中切除。而無源濾波器還可以正常工作，不至于對(duì)電網(wǎng)造成大的沖擊，這在工程應(yīng)用上是非常重要的。因此，這種混合濾波器具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 工程設(shè)備概況

本文以齊齊哈爾市某電信大樓為實(shí)例，針對(duì)大樓產(chǎn)生的電氣諧波進(jìn)行研究，驗(yàn)證混合式濾波在建筑電氣諧波治理中的有效性。本樓地處齊齊哈爾市繁華地段，地塊占地面積為4500㎡；東西約63m；南北75m；建筑物呈L形布置，主樓2～25層建筑高度為84.6m；附樓10層建筑高度為40.80m。地下室為汽車庫(kù)和設(shè)備用房，底層為門廳、展示廳、消防值班室。主樓層為綜合辦公會(huì)議室，附樓二層為機(jī)房管理用房，3～10層為樞紐機(jī)房。本工程變電所內(nèi)設(shè)有四臺(tái)干式變壓器，1#、2#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、變頻泵、VRV主機(jī)等非線性負(fù)載電源，3#、4#變壓器主要提供節(jié)能燈、熒光燈、計(jì)算機(jī)、電梯、UPS不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備及開關(guān)電源等非線性負(fù)載電源。

1#、2#變壓器容量分別為1250kV？A；3#、4#變壓器容量分別為1600kV·A。

工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備：

表1 本工程產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備

本工程諧波計(jì)算所應(yīng)用的計(jì)算原則：

（1）據(jù)甲方要求，1#、2#變壓器互為備用（一用一備），中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)平時(shí)均合上，3#、4#變壓器也一樣。故1#、2#變壓器合在一起計(jì)算，3#、4#變壓器合在一起計(jì)算。

（2）計(jì)算按照最惡劣的負(fù)載工況進(jìn)行。

（3）本計(jì)算方法考慮正常的電感性負(fù)載，但沒有考慮電容性負(fù)載。

（4）1250kV·A及1600kV·A變壓器的短路阻抗按6%計(jì)算。

3.3 基于MATLAB的仿真計(jì)算

本工程的工作條件選擇在最惡劣的工況下，投入混合補(bǔ)償器，取得了很好的補(bǔ)償效果。補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)達(dá)到了0.94。在基波電流劇烈波動(dòng)的情況下，混合補(bǔ)償器亦能實(shí)現(xiàn)跟蹤補(bǔ)償。首先建立一個(gè)有源濾波裝置的系統(tǒng)圖如下圖2示，其中期望值為SCOPE5所顯示的波形，SCOPE4顯示的為干擾噪聲的波形，SCOPE8顯示的是濾波后的波形效果，SCOPE2顯示的是誤差值。RLS自適應(yīng)濾波器單獨(dú)作用，基本結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，期望即正弦波，輸入為正弦波與雜波混合后的諧波。

圖2 仿真系統(tǒng)圖

比較僅加裝PPF以及加裝PPF和APF兩種情況下的濾波效果，得到如圖3示的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明：APF能有效阻止背景諧波進(jìn)入PPF，使混合補(bǔ)償器具有較強(qiáng)的防止串聯(lián)諧振的能力。當(dāng)電壓源的頻率發(fā)生偏移時(shí)，PPF的濾波能力下降，系統(tǒng)電流的THDI由8.3%升到9.8%。此時(shí)由于APF的作用，混合補(bǔ)償器仍保持了較好的濾波能力，系統(tǒng)電流的THDI為2.1%。仿真結(jié)果證明：由于采用了鎖相環(huán)來跟蹤電源電壓的頻率與相位，并將鎖相環(huán)的輸出作為電壓參考信號(hào)，將此諧波及無功電流檢測(cè)方案用數(shù)字信號(hào)處理芯片（或其他微處理器）來實(shí)現(xiàn)時(shí)，檢測(cè)的結(jié)果不受頻偏的影響。APF能在電壓源的頻率發(fā)生偏移的情況下，保證混合補(bǔ)償器仍有很好的濾波能力，此時(shí)由于裝置的主要無功元件仍是電感和電容，混合濾波器的濾波效果還是要受到頻偏影響。

圖3 有源濾波效果圖

由圖3可以直觀的看到本次運(yùn)行后的一個(gè)濾波效果，可以說效果非常的明顯，有著其它濾波方式無法比擬的優(yōu)越性，但是現(xiàn)在由于技術(shù)和材料方面的限制，有源濾波方式還沒能達(dá)到現(xiàn)在電力電子方面的技術(shù)要求，所以，本文建議如果追求高效的濾波效果，還是應(yīng)該考慮無源-有源混合濾波方式。在圖3中也可以看出，雖然濾波的效果已經(jīng)很明顯，但是仍然沒有達(dá)到我們想要的接近于理想效果的波形曲線，下面我們將要在原有的基礎(chǔ)上再加裝一個(gè)無源濾波器，仍然以MATLAB仿真平臺(tái)作為我們的實(shí)驗(yàn)工具，對(duì)原裝置進(jìn)行優(yōu)化。建立MATLAB仿真系統(tǒng)圖如4所示，按照控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。其中，解算選項(xiàng)如下：變步長(zhǎng)，最大步長(zhǎng)1e-5s，相對(duì)精度1e-5s，相對(duì)精度為1e-3，算法選擇ode23t（mod.Stiff/trapezoidal），其它選項(xiàng)選擇默認(rèn)設(shè)置。運(yùn)行后的運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。圖5是SCOPER濾波器中得到的濾波結(jié)果，其余示波器的顯示結(jié)果此處省略。

圖4 優(yōu)化后的系統(tǒng)圖

圖5 優(yōu)化后的系統(tǒng)得出的濾波效果圖

3.4 結(jié)果分析

由圖5可以看出，得到的波形已經(jīng)很接近我們期望的理想狀態(tài)下的波形。濾波效果達(dá)到了95%，可以說很好的完成了濾波任務(wù)。另外，將圖3與圖5進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)加有源濾波器的效果明顯不如混合式濾波方式的效果，進(jìn)一步證明了混合式濾波方式的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)了一種諧波治理的方法，分析了一種適用于智能建筑諧波抑制的混合電力濾波器，對(duì)解決當(dāng)前智能建筑日益嚴(yán)重的諧波污染問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。仿真結(jié)果證明本文提出的混合補(bǔ)償器是可行的，采用的控制策略合理，有益于智能建筑中電力系統(tǒng)的無功和諧波綜合治理方案的制定與實(shí)施。

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