學(xué)校的智能化辦公大樓、教學(xué)樓的冷氣、照明設(shè)備、高校工程中心的變頻設(shè)備、高校圖書館和學(xué)術(shù)報(bào)告廳的舞臺(tái)燈光、音響、升降設(shè)備、電氣設(shè)備、 LED照明設(shè)備、高校實(shí)驗(yàn)室的儀器、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試設(shè)備等，都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的諧波污染，造成設(shè)備損壞，影響正常教學(xué)，因此，加強(qiáng)電力品質(zhì)管理是非常必要的。
1.圖書館及學(xué)術(shù)報(bào)告多功能廳
作為重要的科研、學(xué)術(shù)會(huì)議和文化交流的地方，圖書館和學(xué)術(shù)報(bào)告廳包括了大量的舞臺(tái)燈光、舞臺(tái)音響、舞臺(tái)升降設(shè)備、 LED顯示、電子信息、 LED熒光燈、調(diào)光器、熒光燈等。這些非線性負(fù)載的大量應(yīng)用會(huì)造成電網(wǎng)的污染，同時(shí)也會(huì)引起電網(wǎng)的不穩(wěn)定，給電網(wǎng)造成一定的傷害。一般照明使用 LED光源，會(huì)造成供電線路的電流波形失真，并以3 N次次諧波電流為主，對(duì)線路的 N線造成很大的影響。多功能廳的舞臺(tái)照明諧波主要是由于可控硅調(diào)光器，每一調(diào)光器本質(zhì)上都是一個(gè)單相 AC調(diào)壓器，它的輸出波形包含了50 Hz的基本波形，其頻率是基波分量的整數(shù)倍。這些高次諧波會(huì)透過電線傳遞給其它負(fù)荷，造成電源電壓波形失真，主要以3,5,7次諧波為主。多功能廳的舞臺(tái)音響系統(tǒng)是某些專業(yè)的電子信息裝置，特別是電氣、通信系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生大量的3,5,7次諧波。多功能廳的舞臺(tái)升降裝置是以3,5,7次諧波為主要諧波源。
2.高校供配電系統(tǒng)諧波源及其特點(diǎn)
學(xué)校供、配電網(wǎng)的諧波源主要來源于四個(gè)方面：綜合教學(xué)大樓（涉及電梯、變頻空調(diào)、水泵、照明設(shè)備、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備等）、圖書館及學(xué)術(shù)報(bào)告多功能廳（涉及大量各種舞臺(tái)燈光、舞臺(tái)音響、舞臺(tái)升降設(shè)備以及 LED顯示屏電子信息用電設(shè)備和調(diào)光器、 LED熒光燈等）、科研場(chǎng)所及實(shí)驗(yàn)室（涉及高新儀器、儀器測(cè)量設(shè)備、開關(guān)電源、整流/逆變器、 UPS/EPS等諧波源）和體育館及校史館（涉及變頻空調(diào)、風(fēng)機(jī)通風(fēng)設(shè)備和數(shù)量較多的 LED熒光燈等），具有頻譜寬、畸變率高、種類雜和數(shù)量多等特點(diǎn)。
2.1綜合教學(xué)大樓,高校電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案
目前，在大學(xué)里，大部分的教學(xué)大樓都采用了計(jì)算機(jī)，包括電梯、變頻空調(diào)、水泵、照明設(shè)備、計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備等。微機(jī)的開關(guān)電源和 UPS都是諧波源，它會(huì)產(chǎn)生大量的次諧波，如3,5,7,9等。學(xué)校里的空調(diào)基本上都是變頻式的，而升降機(jī)的頻率也是三相的，這就導(dǎo)致了3,5,7,9等的次諧波，對(duì)學(xué)校的供電和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定有很大的影響。同時(shí)，在校園里，大多數(shù)的燈具都是熒光燈，它會(huì)產(chǎn)生很高的3次諧波。
2.2科學(xué)研究場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)室
實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校的重要教學(xué)與研究基地，為了保證“干凈”的電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，許多敏感設(shè)備都必須保持良好的工作狀態(tài)。比如工程物理系的加速器實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)學(xué)系的核磁共振譜儀實(shí)驗(yàn)室、材料系的燒結(jié)室，這些實(shí)驗(yàn)室都是高科技儀器、測(cè)量?jī)x器、開關(guān)電源、逆變器、 UPS/EPS。如嵌入式、實(shí)驗(yàn)室等具有較高的開關(guān)電源負(fù)荷的場(chǎng)合，因其負(fù)荷特性，會(huì)出現(xiàn)3次、5次、7次以上的諧波。
2.3體育與歷史博物館
體育館和校史館是學(xué)校體育、休閑、觀光的場(chǎng)所，這些場(chǎng)地所涉及的負(fù)荷類型比較小，通常是變頻空調(diào)、風(fēng)機(jī)、 LED燈數(shù)量多等。變頻調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)荷自身的功率因數(shù)較高，有時(shí)無功為電容，其諧波頻率多為6 N+1；LED發(fā)光負(fù)荷中的3 N次次諧波（零序）占主導(dǎo)地位，對(duì) N線路產(chǎn)生一定的影響。3次諧波為零序諧波，中性線產(chǎn)生諧波，其電流大于相線2倍，由于進(jìn)線斷路器是三極子斷路器，不進(jìn)行中性線電流的探測(cè)，因此，當(dāng)中性線的電流超出導(dǎo)線容許負(fù)載時(shí)，斷路器就不會(huì)工作，從而引起中性線溫度過高、絕緣老化、接地失效，從而引起電力供應(yīng)中斷，乃至引發(fā)電氣火災(zāi)，危及學(xué)校和學(xué)生的生命。
3.諧波危害
由于電力系統(tǒng)中存在著大量的非線性負(fù)荷，從而產(chǎn)生了諧波、諧波，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的整體供電，并對(duì)其他電力設(shè)備的正常工作產(chǎn)生了一定的影響。電力系統(tǒng)中存在的非線性負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的諧波造成的危害有以下幾個(gè)方面：
3.1電力系統(tǒng)的作用
如果將諧波輸入到大學(xué)校園，將會(huì)引起電網(wǎng)的波動(dòng)，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的損失，從而導(dǎo)致設(shè)備的發(fā)熱，從而降低設(shè)備的壽命。另外， n次諧波還會(huì)引起并聯(lián)電容（容抗）和系統(tǒng)（感抗）的并聯(lián)共振，從而引起電容群的過載和過流。
3.2變壓器效應(yīng)
諧波電流增大了變壓器的銅消耗，不但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的電源品質(zhì)下降，而且會(huì)造成變壓器和系統(tǒng)的損失，而且還會(huì)對(duì)系統(tǒng)的功率因數(shù)產(chǎn)生一定的影響，從而使變壓器的壽命大大縮短。如果變壓器一次側(cè)線圈是三角形的，那么，由于高校圖書館和學(xué)術(shù)會(huì)議大廳中使用了 LED和 LED顯示屏，因此，大量的3次諧波電流會(huì)在變壓器一次側(cè)的封閉環(huán)路中循環(huán)，從而導(dǎo)致變壓器的銅、鐵損耗增大，從而提高變壓器的工作溫度。
3.3對(duì)電容器性能的影響
電網(wǎng)的諧波對(duì)并聯(lián)電容的工作性能有很大的影響，其諧波電流與電容器的基波電流疊加，使其工作電流增大，溫度升高，從而導(dǎo)致電容器過熱，從而縮短電容器的壽命，甚至造成電容器的損傷。由于電容器的基波電壓與電容器的基波電壓疊加，不但增大了電容器工作電壓的有效值，還會(huì)導(dǎo)致電容器在工作過程中出現(xiàn)局部放電無法熄滅的現(xiàn)象。此外，并聯(lián)電容對(duì)諧波電流的放大也有一定的放大效果，電容對(duì)諧波的放大通常是2~3倍，共振時(shí)可以達(dá)到20多倍。
3.4在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的作用
諧波對(duì)大學(xué)教學(xué)網(wǎng)通訊系統(tǒng)的影響主要有三個(gè)方面：電網(wǎng)的諧波電壓、諧波電流、輸電線路與通訊線路的耦合強(qiáng)度、通訊線路對(duì)諧波的敏感性。電網(wǎng)不均衡的諧波電流會(huì)對(duì)校園網(wǎng)的通訊造成一定的影響，嚴(yán)重的話會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的噪音干擾，嚴(yán)重的話會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的整體信息和資料的丟失，從而造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。在多個(gè)中性點(diǎn)的地網(wǎng)中，如果有大量的零序分量的諧波電流從中性點(diǎn)進(jìn)入地面，會(huì)對(duì)鄰近的通訊系統(tǒng)造成很大的影響。一般情況下，音頻頻道的頻率在200-3500 Hz之間，大部分的諧波都是在這個(gè)范圍內(nèi)，很容易對(duì)附近的電話線造成靜電和電磁感應(yīng)，輕則會(huì)造成噪音，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致手機(jī)鈴聲，嚴(yán)重的話會(huì)危及到設(shè)備和工作人員的生命。
4.高校電能質(zhì)量主要特征
(1)教育一直是全國(guó)的重要組成部分，全國(guó)各地的大學(xué)建設(shè)仍然是重中之重。
(2)高?？蒲袑?shí)驗(yàn)室、圖書館和學(xué)術(shù)報(bào)告廳是科研、學(xué)術(shù)會(huì)議、文化交流的重要場(chǎng)所，其中非線性負(fù)荷的數(shù)量大，對(duì)電力系統(tǒng)的整體供電質(zhì)量有很大的影響。
5.高校電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案
5.1解決方案
在大學(xué)中，照明、電梯、空調(diào)是主要的電力負(fù)載，這些負(fù)載較輕的電力品質(zhì)較好，因而經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的諧波。然而，在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)大樓中，存在著許多帶有非線性器件的專用試驗(yàn)設(shè)備，這些器件會(huì)引起諧波，導(dǎo)致電能質(zhì)量不佳。由于電網(wǎng)存在著一定的諧波污染，因此，學(xué)校電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題將會(huì)造成其它電器設(shè)備的損壞，影響教學(xué)工作的正常進(jìn)行。
無錫沃思智能開發(fā)的電能質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)，能夠很好地滿足電力系統(tǒng)的監(jiān)控管理、運(yùn)維和電能質(zhì)量管理等方面的要求，為高等院校提供全方位的電力系統(tǒng)集成解決方案，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等多個(gè)方面，為大學(xué)的整體運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造價(jià)值。
5.2方案特點(diǎn)
(1)除了作為局域網(wǎng)站，為高校的后勤維護(hù)人員提供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、治理及設(shè)備維護(hù)等服務(wù)，還可以接入校園綜合能效管理系統(tǒng)平臺(tái)，為高校提供遠(yuǎn)程在線服務(wù)和運(yùn)維管理；
(2)利用全控制技術(shù)，提高學(xué)校電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)；
(3)電力品質(zhì)的專業(yè)化監(jiān)控：電力品質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，精度高，測(cè)量精度高，滿足IEC61000-4-30要求；
(4)電力品質(zhì)監(jiān)控及治理系統(tǒng)的設(shè)備采用一體化的設(shè)計(jì)，可以通過上層的平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和閉環(huán)的控制；
(5)高質(zhì)量的電能質(zhì)量管理：所配套的電力電子器件技術(shù)過關(guān)，質(zhì)量過硬，具有網(wǎng)絡(luò)化、可調(diào)節(jié)、快速響應(yīng)等特點(diǎn)；
(6)電力管理業(yè)務(wù)的一體化協(xié)作：電力系統(tǒng)的管理與維護(hù)、電能分析與電能質(zhì)量信息的共享與協(xié)調(diào)，為電力供應(yīng)和消費(fèi)提供了有效的控制。
5.3方案價(jià)值
(1)對(duì)電力品質(zhì)進(jìn)行綜合監(jiān)控，確保電力供應(yīng)的可靠性
全面監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證電力供應(yīng)滿足規(guī)范的使用。微秒級(jí)的故障錄波和 SOE報(bào)警可以實(shí)時(shí)地將所有的數(shù)據(jù)信息記錄下來，從而為故障的跟蹤和定位提供了有力的支撐。
(2)全面的電力品質(zhì)管理
采用集中+現(xiàn)場(chǎng)（終端）一體化的電力品質(zhì)管理方式，進(jìn)一步滿足電網(wǎng)無功、諧波治理的需要，改善電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)，降低配電系統(tǒng)、變壓器、輸電線路及整個(gè)校園網(wǎng)的通訊，從而降低對(duì)學(xué)校的教學(xué)工作的影響。
6.無錫沃思智能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理產(chǎn)品選型
6.1集中治理
利用電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)全校低壓供、0.4 KV的電力質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括：電力因數(shù)監(jiān)測(cè)、諧波分析與記錄、波形采樣、電壓暫降/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡監(jiān)測(cè)、事件記錄和測(cè)量控制等功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全校電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。為了降低諧波對(duì)電網(wǎng)的危害和影響，為了保證無功功率因數(shù)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以采取集中治理的方法。
6.2末端治理
對(duì)于終端使用大量 LED燈具和調(diào)光設(shè)備的地方，如圖書館、學(xué)術(shù)報(bào)告多功能廳、體育館等，因?yàn)檫@類燈具的主要負(fù)載形式是切換式，其諧波電流以3次次諧波電流為主，3次次諧波電流為零序，三相向量角度相同，因而將三次諧波電流疊加到 N條線路上，造成 N股電流過大，對(duì)電力系統(tǒng)的整體影響很大，所以必須分別進(jìn)行終端治理；此外，為了保證“干凈”的電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，研究實(shí)驗(yàn)室中的許多敏感設(shè)備都需要有針對(duì)性地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)治理，以減少非線性負(fù)荷對(duì)其它設(shè)備的諧波造成的影響。7.湖北省某高校電能質(zhì)量治理項(xiàng)目案例
7.1項(xiàng)目背景
以湖北省重點(diǎn)大學(xué)電力質(zhì)量治理工程為例，根據(jù)后勤部門的反映，主校區(qū)綜合教學(xué)樓經(jīng)常跳閘，而且食堂配電房電容柜內(nèi)電抗器出現(xiàn)燒焦和 N線線纜過熱的情況，由于綜合教學(xué)樓和食堂分別涉及變頻空調(diào)、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備、 LED燈照明和水泵等負(fù)荷，運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)整體供電系統(tǒng)造成一定的影響。
7.2測(cè)量結(jié)果
（1）主校區(qū)綜合教學(xué)樓配電室諧波測(cè)量數(shù)據(jù)
（2）食堂配電室諧波測(cè)量數(shù)據(jù)
由以上兩組測(cè)試結(jié)果可知，綜合教學(xué)樓內(nèi)的諧波頻率以5、7次為主，電流失真率最高達(dá)22%,5、7次諧波可在配電房進(jìn)行集中處理，以消除電力系統(tǒng)、變壓器、無功柜及其他電力設(shè)施的諧波，確保教學(xué)工作的正常進(jìn)行；《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中的0.38 KV系統(tǒng)中的諧波電流、諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)是：3次、5次諧波?，F(xiàn)場(chǎng)電容器串聯(lián)7%的電抗，3、5次諧波進(jìn)入電容器，并與電容器的基波電流疊加，使電容器的工作電流增大，溫度升高，造成電容器過熱，縮短電容器的壽命，或造成電容器的損傷。因?yàn)?次諧波是零序的，三相的向量角是相等的， N線的電壓是223 A左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了相線的電流值， N線的電壓太高，會(huì)引起導(dǎo)線的溫度升高、絕緣老化、接地失效，從而導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷，甚至引發(fā)電氣火災(zāi)。
7.3治理方案
針對(duì)綜合辦公大樓及餐廳的諧波測(cè)試，提出了相應(yīng)的電力品質(zhì)管理方案。
方案一：集中治理：建議對(duì)配電機(jī)房進(jìn)行無功改造，將電抗率為7%的就地電抗器改為14%，能有效地防止3、5次諧波進(jìn)入電容器，造成電容器的破壞，并與有源諧波治理系統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合，有效地解決了電網(wǎng)的諧波問題，確保了教學(xué)工作的順利進(jìn)行；或者用有源無功補(bǔ)償系統(tǒng)來代替被動(dòng)電容器，并在一定的余量條件下對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償。
方案二：現(xiàn)場(chǎng)治理：因餐廳使用 LED燈具、通風(fēng)裝置多，故建議在各樓層配電間或負(fù)荷端安裝中線保安保護(hù)器，解決因3 N次諧波和三相不平衡造成 N線電流過大問題，以達(dá)到控制諧波的目的，防止因諧波對(duì)電力系統(tǒng)及其它用電設(shè)備造成的諧波產(chǎn)生，從而保護(hù) N線路，降低電氣火災(zāi)，保證學(xué)生和學(xué)生的生命。
