利用超低谐波驱动提高智能建筑的能效
- 来源：千家网
- 2021/11/9 16:39:41
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众所周知，电力线谐波会给智能建筑带来麻烦，它们会导致电气设备运行不可靠和效率低下，以及功率因数低，从而降低整个建筑物的能源效率。 ABB Motion 驱动产品全球产品管理主管 Arnold Taddeo 分享了谐波的起源以及超低谐波 (ULH) 驱动如何从源头上消除它们。
变速驱动 (VSD) 对于安装在智能建筑中的电机、泵和风扇的节能运行至关重要。它们通过控制电动机的速度以满足应用的确切需求来节省能源。这一点尤其重要，因为许多电机通常在远低于其峰值负载的情况下运行。但是，VSD 会引入电力线谐波。如果它们在网络中的相对存在变得太高，谐波可能是一个麻烦的电能质量问题，会影响可靠性和能源效率。
谐波会损坏敏感的电子设备、干扰通信设备以及测量设备上的错误读数。它们还会使断路器跳闸、熔断保险丝和损坏电容器，并导致变压器、电缆、电动机、发电机和电容器过热，浪费能源并缩短其寿命。
除了VSD之外，谐波还可能来自 EC(电子换向)电机、LED 或荧光灯、手机充电器、计算机、不间断电源 (UPS) 和 Wi-Fi 路由器等设备。它们是由设计中电力电子元件的不断开关引起的。
谐波的影响用总谐波失真 (THD) 来衡量。这是 RMS(均方根)谐波含量与基频的 RMS 值之比。在不存在电压或电流谐波的情况下，THD 为 0%。随着谐波电平的增加，THD 值增加。 THDi 是电流的总谐波失真。
THDi 越高，电力网络中的损耗就越高——例如，40% 的 THDi 会导致比没有谐波的网络高 16% 的损耗。这意味着能源成本增加。并且它还需要调整电气系统的大小以承载过量电流。
单个 4 千瓦 (kW) 驱动器，即使使用 100% THDi，也不总是会导致整个网络出现问题。但重要的是要考虑来自多个驱动器的谐波失真的累积影响。
处理谐波
解决由谐波损耗引起的过热的一种方法是加大关键电气设备的尺寸，例如变压器、发电机和电缆。这通常是昂贵的，而且通常是无效的。相反，最好使用首先不会引起谐波的设备。这就是建筑开发商采用新一代 ULH 驱动器的原因。
ULH 驱动器内置了谐波抑制功能。这包括有源前端 (AFE) 和集成的低谐波线路滤波器。无需外部滤波器、多脉冲装置或特殊变压器。简单的安装可显着节省空间、时间和金钱。
与传统驱动器相比，谐波含量降低了 95%，这导致典型的 THDi 为 3%。相比之下，使用外部无源滤波器时，典型的总谐波失真介于 5% 到 10% 之间。此外，由于降低了过热风险，因此无需加大设备尺寸。
功率因数的重要性
谐波还会影响功率因数 (PF)，它描述了建筑物使用其电力的效率。真正的功率因数必须考虑两个因素。它们是位移功率因数(也称为 cosφ) - 与无功功率有关，以及失真功率因数 - 与谐波有关。在好的情况下，网络将具有统一的 PF。
在某些情况下，公用事业公司会对功率因数较差的建筑物征收罚款。将标准 VSD 与电机一起使用将提高其位移功率因数，但会增加由于驱动整流器引起的失真。由于 ULH 驱动器可减轻谐波，因此它们对失真功率因数有积极影响。它们还补偿无功功率以提高位移功率因数。
为了说明差异，标准驱动器可能具有大约 0.78 的真实 PF，导致它吸收的线路电流增加了 128% 的标称值。相比之下，真正 PF 为 1 的 ULH 驱动器将仅消耗标称电流 (100%)。
从本质上讲，ULH 驱动器不仅可以优化建筑物电气设备的能源效率，还有助于提高整个电网的效率，可以带来更低的电费支出。
节省建筑资本成本
我们已经看到，部署 ULH 驱动器减少了对超大关键电气资产的需求。相反，它们可以被优化以更紧密地匹配实际负载。这种“大小合适”的效果会影响到建筑物的资本成本。例如，与标准 VSD 相比，电缆的尺寸可能减少约 10%。此外，配电变压器的尺寸可能会减少 20%，发电机的尺寸可能会减少 50%，开关设备和断路器的尺寸可能会减少 10-30%。
主动解决谐波的方法会带来好处
当智能建筑的设计者和运营商采取适当措施解决电网中的谐波问题时，他们很快就会获得积极的投资回报。这体现在提高可靠性、延长设备寿命、降低能源费用和降低资本成本方面。
一个特别优雅且具有成本效益的解决方案是部署超低谐波 (ULH) 变频器，例如 ABB 的 ACS880 系列，从源头上减轻谐波。
(原标题：利用超低谐波驱动提高智能建筑的能效)
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