建筑节能之公共建筑电能质量分析研究
关键字：建筑节能；电能质量；能耗分析
引言
伴随着全球气候和环境变化的压力与挑战，人类越来越认识到建筑及其运行对环境的巨大影响。由此掀起了一场世界范围内关于发展“绿色建筑”的高潮。与此同时，信息和网络时代开创的智能系统，更有助于人类建设一个舒适，高效，安全的生活和工作环境。但随着工业化、城市化进程加快，能源消耗迅速增加，资源环境约束和经济快速增长的矛盾，已成为当前经济社会发展面临的严峻挑战。我国是能源稀缺国家，节能减排是我国的一项基本国策和战略决策，而建筑业是人类迄今对自然资源、能源消耗最大的行业之一。随着城市化进程的加快，城市环境受到威胁，如何在建立符合可持续发展观，节约能源、适应生态和气候状态的人居环境的同时，能够节能能源，实现可持续发展，应该是目前建筑业关注的焦点。因此，建筑节能已成为建设行业发展的重要方向，如何在建筑领域内解决好节能问题，对于我国经济持续发展有着十分重要的意义。
多年来，我国已开展了相当规模的建筑节能工作，主要采取先易后难、先城市后农村、先新建后改建、先住宅后公建、从北向南逐步推进的策略。但是到目前为止，建筑节能仍然停留在试点、示范的层面上，尚未扩大到整体，其原因多种多样，如建筑节能开发成本较高；建筑节能的材料、工艺技术未形成体系；国家对建筑节能的规范还没有列入强制执行的范畴；建筑节能缺乏必要的资金支持等。另一方面，对于建筑节能，普遍关注的是新建建筑物的节能问题如何解决，而对已建建筑的电能质量的检测、计量、分析及其造成的巨大损耗问题没有得到足够的重视，这也成为我国建筑节能发展缓慢的重要原因之一。
一问题提出
电能质量一般是指电压或电流的幅值，频率，波形等参数与标准值的偏差。过去，电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地工作。但是在近五到十年，随着现代科学技术的发展，各种新型、高效、多功能的商务用电设备不断更新，使得诸如商务写字楼这类典型公共建筑中基于电力电子装置的非线性负荷的应用越来越广泛，引起电能质量问题的因素也逐渐增多，对同样快速普及的各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备的安全可靠运行带来严重威胁。另一方面，随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机，微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中的大量使用，这些设备对来自系统的干扰比机电设备更为敏感，对电能质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题，轻则加大电能损耗、引起设备故障，重则导致整个系统的崩溃，可能由此带来的巨大的经济损失和负面的社会影响。同时，这些设备自身也可能是引起电能质量问题的因素，对其他相邻用电设备的正常工作及能耗造成不良影响。
针对这一问题，对耗电设备电能质量进行实际检测，获得相关有效数据，对电能质量进行综合分析，找出问题，提出相应法的解决方案，对系统进行改进改良，从而从根本上解决能耗过高和系统用电质量问题。
商务写字楼是典型的公共建筑之一，其中大量使用的开关式电源、公共照明系统中荧光照明、计算机、打印机、复印机、调光灯等负荷正逐渐成为配电系统中主要的谐波和波动源之一。下面，由一个实际案例入手，来分析商务写字楼的常见电能质量问题。下面通过一个典型案例，分析了商务写字楼的常见电能质量问题、危害及探讨了相关问题的一般解决方案。
二问题分析
某大酒店写字楼由3路10kV电源供电，每个办公室内基本配有UPS，主要对室内的计算机等办公自动化设备进行不间断供电，UPS采用AC-DC-AC在线式拓扑，容量为1～2kW。
该系统全部采用电缆供电，有三台主变压器，容量均为1000kVA，额定电压为10kV/0.4kV，额定电流为57.7A/1443A，接地电阻大约1.2～1.3Ω。变压器和线路所装设的保护有速断保护、过流保护和欠压保护。其中速断保护是主保护，动作时间为0.35s。系统主要采用电容器组作为无功容量的补偿装置，有15kVar和30kVar两种，其中15kVar的电容器的额定电压为400V，额定电流为21.7A。
由于该用户是比较重要用户，采用三回路供电，所以供电可靠率极高，当供电电源发生故障时，另外的两回电源采用倒闸自投的方式迅速投入供电，动作时间为0.7s。
长期以来，用户中性线电流偏大，带负荷运行时可达400A左右，其中三次谐波含量很大。
1测量数据
本例中采用Fluke43B电能质量分析仪对供电系统其中一回线路出线进行了测量，典型波形如图2所示。其中，上部波形为AB相间的线电压。
线电压有效值为391V，波形为完美的正弦波。电压总谐波畸变率仅为0.7%。