一．諧波的產(chǎn)生

　　電網(wǎng)諧波來自于三個方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波,；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波,，其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。

　　1.電網(wǎng)與電源設(shè)備

　　發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波,，但一般來說很少。

　　輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波,，由于變壓器鐵心的飽和,，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性,，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波,。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式,、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高,，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn),，諧波電流也就越大，其中諧波電流可達(dá)額定電流的30.5%,。

　　2.在用電設(shè)備中,，下面一些設(shè)備都能產(chǎn)生諧波

　　（1）晶閘管整流設(shè)備：由于晶閘管整流在電力機(jī)車,、鋁電解槽,、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用,，給電網(wǎng)造成了大量的諧波,。

　　我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制,，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波,。如果整流裝置為單相整流電路時則含有奇次諧波電流,，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓,，其諧波含量隨電容值的增大而增大,。如果整流裝置為三相全控橋脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流,；如果是12脈沖整流器,，也含有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%,，這是最大的諧波源,。

　　（2）變頻裝置：變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵,、電梯等設(shè)備中,，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜,，除含有整數(shù)次諧波外,，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大,，隨著變頻調(diào)速的使用的增多，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多,。

　?。?）電弧爐、電石爐：由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,，使得燃燒不穩(wěn)定,，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流,，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng),。其中主要是2～7次的諧波，平均可達(dá)基波的8%～20%,，最大可達(dá)45%,。

　　（4）氣體放電類電光源：熒光燈,、高壓汞燈,、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,，可知其非線性十分嚴(yán)重,，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流,。

　?。?）家用電器：電視機(jī)、錄像機(jī),、計算機(jī),、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等,，因具有調(diào)壓整流裝置,，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī),、電風(fēng)扇,、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,，但數(shù)量巨大,，也是諧波的主要來源之一。

　　二．諧波的危害

　　諧波會產(chǎn)生各種各樣的危害主要有：

　?、庞捎谥C波的頻率較高,，使導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)加重，因此銅損急劇增加,。同時變壓器鐵心由于不能適應(yīng)急劇變化的磁通而導(dǎo)致鐵損急劇增加,。

　　⑵諧波會影響表計的計量精度,。從原理上進(jìn)行分析：諧波源將其吸收的一部分電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去,，因此電能表會將諧波能量當(dāng)作發(fā)電來進(jìn)行計算，從而導(dǎo)致計量誤差,。對于機(jī)械式電能表還會由于高頻率諧波所產(chǎn)生的高頻渦流阻力而變慢,。在高次諧波嚴(yán)重的情況下（例如中頻爐）會嚴(yán)重影響電能表的計量精度，導(dǎo)致莫名其妙的丟電現(xiàn)象,。

　?、蔷茈娮釉O(shè)備（包括電子式電能表）會被嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致不能正常工作,，甚至燒毀,。

　　⑷所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會增加,，溫升增加,。含有電容器的設(shè)備受影響最為嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備損壞以及電容器爆炸等事故,。

　?、呻姍C(jī)類負(fù)荷由于諧波的逆序作用而導(dǎo)致輸出扭矩下降。

　?、世^電保護(hù)機(jī)構(gòu)可能會由于諧波而產(chǎn)生誤動或拒動故障,。

　　當(dāng)電網(wǎng)的諧波污染程度小于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時，通常不會對系統(tǒng)造成影響,。隨著污染程度的增加,，諧波的影響就逐漸顯現(xiàn)出來。在諧波嚴(yán)重超標(biāo)的情況下,，如果不進(jìn)行諧波治理,，往往會產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果。

　　三．諧波的抑制

　　對電力諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流,，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi),，抑制諧波電流主要有三方面的措施：

　?。?）降低諧波源的諧波含量：也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生,。這種方法比較積極,，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用,。

　　具體方法有：

　　?增加整流器的脈動數(shù)：整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源,，其特征頻譜為：

　　n＝Kp±1，則可知脈沖數(shù)p增加,，n也相應(yīng)增大,，而In≈I1/n，故諧波電流將減少,。因此,，增加整流脈動數(shù)，可平滑波形,，減少諧波。電力電子裝置常將6脈波的變流器設(shè)計成12脈波或24脈波變流器,，以減少交流側(cè)的諧波電流含量,。理論上，脈波越多,，對諧波的抑制效果越好,，但是脈波數(shù)越多整流變壓器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體積越大,，變流器的控制和保護(hù)變得困難,，成本增加。

　　脈寬調(diào)制法：脈寬調(diào)制技術(shù)的基本思想是控制PWM輸出波形的各個轉(zhuǎn)換時刻,，保證四分之一波形的對稱性,。根據(jù)輸出波形的傅立葉級數(shù)展開式，使需要消除的諧波幅值為零,、基波幅值為給定量,，達(dá)到消除指定諧波和控制基波幅值的目的，目前采用的PWM技術(shù)有最優(yōu)脈寬調(diào)制,、改進(jìn)正弦脈寬調(diào)制,、Δ調(diào)制、跟蹤型PWM調(diào)制和自適應(yīng)PWM控制等,。

　　三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線：三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線形式,，這樣可以消除3的整數(shù)倍次的電力諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5,、7,、11……等次諧波,。

　　（2）在諧波源處吸收諧波電流：這類方法是對已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法,，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法,。目前常用的方式采用有無源濾波裝置和有源濾波裝置等。下面就談?wù)勥@幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場前景及其經(jīng)濟(jì)效益的分析,。

　　無源諧波濾除裝置：無源濾波器也稱為LC濾波器,，可分為單調(diào)諧濾波器、雙諧濾波器和高通濾波器,，實(shí)際應(yīng)用中常采用幾組單調(diào)諧濾波器和幾組高通濾波器組成一個濾波裝置,，單調(diào)諧濾波器也叫單調(diào)諧濾波回路，其主要由控制器,、電容器,、電抗器和投切開關(guān)以及其控制回路和保護(hù)回路組成。無論高壓和低壓,，都是一樣的,。高壓濾波器和低壓濾波器的區(qū)別，主要是使用的元器件的耐壓不同,，其所承受的電流也不同,，要求的安全距離也就不同了，其設(shè)計和制造的難易程度也就有極大的區(qū)別了,。

　　濾除諧波的多少視每一個工程的實(shí)際情況而不同,，一般為系統(tǒng)原含有諧波量的20%~50%不等。也可視工程的具體情況,，多設(shè)幾組濾波器,，濾波效果達(dá)到原有諧波含量的70%以上，但這要在保護(hù)回路上多下功夫,，其保護(hù)回路也就相對復(fù)雜一點(diǎn)了,。無源濾波的主要結(jié)構(gòu)是用電抗器與電容器串聯(lián)起來，組成LC串聯(lián)回路,，并聯(lián)于系統(tǒng)中,，LC回路的諧振頻率設(shè)定在需要濾除的諧波頻率上，例如5次,、7次,、11次諧振點(diǎn)上，達(dá)到濾除這3次諧波的目的?，F(xiàn)在,，市場上流通較多采取的濾波方法就是這一種，濾波效果雖差,，但成本較低,，用戶容易接受,。但使用中如果諧振頻率設(shè)定得不好，會與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振,。

　　有源諧波濾除裝置：有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，它的濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內(nèi),，濾波效果是百分之百的,。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個和系統(tǒng)的諧波同頻率,、同幅度,，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。但由于受到電力電子元件耐壓,，額定電流的發(fā)展限制,，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置復(fù)雜得多,，成本也就高得多了,。其主要的應(yīng)用范圍是計算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫字樓的供電系統(tǒng),，工廠的計算機(jī)控制供電系統(tǒng),。

　　防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大：在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時,，在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全,?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器,，還可以采取限定電容器組的投入容量,，避免電容器對諧波的放大。為了解決無源濾波器和有源濾波器各自存在的缺點(diǎn),構(gòu)成比較理想的諧波補(bǔ)償系統(tǒng),一般將有源濾波器和無源濾波器混合使用,。

　?、芗友b靜止無功補(bǔ)償裝置：快速變化的諧波源有電弧爐、電力機(jī)車和卷揚(yáng)機(jī)等,，除了產(chǎn)生諧波外,，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡,，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量,。在諧波源處，并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置,，可有效減小波動的諧波量,，同時,，可以抑制電壓波動、電壓閃變,、三相不平衡,，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。

　?。?）改善供電環(huán)境：選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡,，可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級電壓的電網(wǎng)供電,，承受諧波的能力將會增大,。對諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負(fù)荷的影響,，也有助于集中抑制和消除高次諧波,。

　　總之，諧波問題的解決方法可分為預(yù)防性的和補(bǔ)救性兩種,，濾波的最后結(jié)果是要使系統(tǒng)的諧波含量滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求或用戶對諧波的要求,。除了上述介紹的幾種方法，抑制諧波的技術(shù)措施還有很多,，但大都依據(jù)以下幾個原則：抑制諧波電流的產(chǎn)生與注入,；改善裝置的功率因數(shù)與無功功率補(bǔ)償；濾波裝置安裝位置的合理選擇,；電磁干擾的消除和電磁兼容性,；多種補(bǔ)償功能一體化。