关于通信电源系统谐波分析与治理的技术发展

　摘 要 通信系统中起关键作用的是通信电源。目前通信电源系统受到了很大的影响是因为大量使用功率较大的非线性负荷以及多种半导体元件如服务器、计算机，这些器件不可避免的产生很多的谐波，使供电系统电压和电流波形发生畸变，导致功率因素的降低。因此，如果我们想要确保网络系统运行非常稳定，必须要重视研究抑制和治理谐波。本文主要对通信系统中的谐波进行了详细的分析以及提出相对应的解决办法，并针对通信电源系统的谐波问题给出了作者自己部分的看法以作参考和建议。
　　【关键词】通信电源 功率因数 校正技术
　　1 引言
　　自改革开放以来，电力系统发展迅速，各级各类的用户的数量也是呈直线上升，尤其是在计算机、电动机极易服务器等各种高科技先进产品得到推广之后，导致了阻抗在整个电力系统中也随之增大，增大的后果是使得电力系统中的无功功率消耗过快，超出额定的要求，同时也严重的降低了电力系统中的很多功率因素，降低了整个发电机的输出功率，最终使得电力传输线上的线损明显增多。与此同时，非线性的电子装置在电力系统中广泛使用，使得电网中的谐波越来越多，出现了谐波污染的现象，这也导致了正弦波形发生了畸变，供电的质量越来越得不到保障。所以，研究与分析为什么会产生谐波以及找到相应解决谐波问题的方法是现在的当务之急。
　　2 谐波分析
　　（1）谐波产生原因。在整个通信领域里，计算机等非线性设备以及如UPS、整流器、高频开关电源的变流装置中极易产生电源系统中的谐波，这些设备的主要原理是利用如IGBT和晶闸管的整流元器件并利用它们的导通特性跟开关特性来切换运行的电流，即将较高频率的电流强行断开或接通，这样就会使得产生的正弦电流发生形变，跟常见的正弦波形会有一定程度上的差别，我们运用数学方法——傅里叶对这种畸变的波形进行分解，所得的结果是基波分量和它整数倍的谐波分量，前者是指理想的正弦交流电能，后者指的就是谐波。
　　（2）谐波的影响范围。电压的幅值在我国是有着十分明确的要求的，理想的情况下，电网中电源所提供的电压大小为50赫兹，并且这种电压是单一频率跟稳定的，但是现在的问题就是随着谐波的加入，电网也受到了不小的影响，使得电压的幅值远远超过了我国要求的大小，频率也不再是单一的，使得负载的运行环境的稳定性极差，严重影响了负载。
　　对电网也产生了一下的影响：第一，谐波会产生电流，这种电流会加剧变压器的漏磁、铜损现象，谐波产生的电压也会增加铁损的程度，另外，谐波功率会产生非常大的噪声，增大了整个线圈的电流，导致了变压器的铁芯在磁通量发生高频交变时出现涡流现象。电源系统本身也会受到谐波极大的影响，它会严重降低电网的运行效率，使得输出的电能得不到有效的利用，白白浪费了能源，同时仪表的精确度也大大降低了。
　　3 谐波的分析
　　（1）谐波治理的必要性。供电系统之所以出现如此多的谐波，主要原因是在通信楼中，尤其是在机房中安装了大量的UPS、变频空调等非线性设备。出现谐波的最严重的后果就是会对供电系统提供的电能质量造成很大的影响，为了使得通信设备受到谐波的危害降到最低甚至避免，治理谐波的重要性便充分体现出来了。另外通信系统中的负载主要分为保障负载和非保障负载，保障负载主要包括上述的UPS、开关电源以及机房专用空调，非保障负载就是指我们日常生活或者办公所使用的照明、电梯等负载。
　　由于整流、滤波等非线性元器件的功率非常大，当它们运用到UPS、开关电源时会使整个供电系统产生很多的谐波电流，这些谐波电流又会使得电压波形严重变形，降低了整个系统的功率因素。在UPS中，治理谐波之前，谐波电流的含量不超过50%，谐波电压的含量仅在5%到11%之间，功率因素大于0.7小于0.85，在早些年，部分厂家的开关电源产品中含有大量的谐波电流，例如一个3000A的开关电源，如果接的负载率在50%左右是，其中包含的谐波电流就达到了40%，但是功率仅大约0.8。
　　一般通信枢纽楼内UPS开关和开关电源中大容量系统占大多数，具体的数据是UPS的容量一般是300KV到500KV之间为主，2000A到3000A的开关电容量也是经常用到的，它的输入电流一般都比较大；另外，UPS、开关电源与低压配电系统一般不会同时安装在同一个楼层，这样必然会使输入电缆的长度增加，增大了线路压降，导致严重发热，因此我们治理像UPS跟开关电源这样的谐波问题，最好的办法就是采取就近的原则来解决。
　　（2）谐波的抑制方法。经过长期的研究发现，通常抑制谐波有如下几种方法：第一、在整个供电系统中我们选择合适的位置安置部分无源滤波器，L-C无源滤波器是经常被使用到谐波补偿的一种无源滤波器，这种方法的好处就是装置简易、运行环境等也比较安全，但是这种方法需要大量的元器件，通常会造成资源上的不合理使用，不利于节能。第二、因此第二种方法就是在供电系统中带有电力的有源滤波器，通常情况下，如果时间因素发生了变动，电源系统中的谐波也会随着相应的出现波动，而电力有源滤波器很好的解决了这一问题，能够消除系统中的谐波能力十分强劲。
　　4 结论
　　改革开放以来，由于越来越多的半导体元件和大功率非线性负荷被广泛使用，整个电力系统遭受到了谐波的重度“污染”，这些谐波之间又可以相互叠加，使其自身具有一定的功率，降低了电网的有效利用，本文针对电网系统中出现的谐波问题进行了分析，参考目前国内外谐波的研究的发展方向，提出可以在以下几个方面加强研究：首先，可以深入探究一下通信电源系统的谐波源，如果我们知道了谐波源的种类，谐波源的特性以及谐波产生的机理，才能对其进行针对性的根治，才能合理有效的采用各种消谐的技术来控制谐波；其次，在分析与测量技术上，应加强对不同工况下谐波测量问题的研究，提高谐波测量精度的方法，研制多通道实时谐波监测分析仪和电质量分析仪。最后，进一步加强畸变波形的评估方法的研究，制定出合乎现场实际的、规范化的通信电源系统谐波标准。
　　参考文献
　　[1]罗文.浅析通信电源系统谐波治理与节能降耗[D].通信电源新技术论坛—2010通信电源学术研讨会论文集，2010.
　　[2]姜卫华.通信电源系统的谐波分析与治理[J].信息通信，2013.
　　[3]孙鹏博.通信电源系统的谐波分析与治理[D].天津大学硕士论文，2012.
　　作者单位
　　中国联合网络通信有限公司烟台市分公司 山东省烟台市 264000