隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，供電系統(tǒng)非線性負(fù)荷的大量增加,，對電網(wǎng)造成的干擾愈加嚴(yán)重和復(fù)雜,，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。目前電力系統(tǒng)諧波污染與功率因數(shù)降低、電磁干擾已并列為電力系統(tǒng)的三大公害,。

1 諧波,、諧波產(chǎn)生和標(biāo)準(zhǔn)
所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍,。
諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生：當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時,，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變,，由于負(fù)荷與電網(wǎng)相連,，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源,。
系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類：① 含半導(dǎo)體的非線性元件,，如各種整流設(shè)備、變流器,、交直流換流設(shè)備,、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備；② 含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源,，如日光燈,、交流電弧爐、變壓器,、發(fā)電機(jī)組及鐵磁諧振設(shè)備等,。
國際上對電力諧波問題的研究大約起源于五六十年代，當(dāng)時的研究主要是針對高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題,。進(jìn)入70年代后,，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應(yīng)用,，諧波問題日趨嚴(yán)重，從而引起世界各國的高度重視,。各種國際學(xué)術(shù)組織如電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）,、國際電工委員會（IEC）和國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）相繼各自制定了包括供電系統(tǒng)、各項(xiàng)電力和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn),。我國國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,，標(biāo)準(zhǔn)給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值,；GB17625.1《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值》規(guī)定電氣（電子）設(shè)備送出的諧波電流限值,。

2 諧波的危害
（1） 增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗,，使設(shè)備的溫度過熱,，降低設(shè)備的利用率和壽命：
① 電力諧波對輸電線路的影響：
諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),，使線路電阻隨頻率增加而提高,，造成電能的浪費(fèi),；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì),，當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時,，會使導(dǎo)線過熱，損害絕緣,，引起短路甚至火災(zāi),。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿,。
② 電力諧波對變壓器的影響：
諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗,、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損,。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言,，會大大增加勵磁電流的諧波分量。
③ 電力諧波對電力電容器的影響：
含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時,，由于電容器對電力諧波阻抗很小,，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大,，溫度升高,，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸,，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振,，使故障加劇。
④ 諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要影響是引起附加損耗,，其次是產(chǎn)生機(jī)械振動,、噪聲和諧波過電壓。
（2） 影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作可靠性：
特別對于電磁式繼電器來說,，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動,，使其動作失去選擇性，可靠性降低,，容易造成系統(tǒng)事故,，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
（3） 對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：
電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時,，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓,，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度,，甚至在極端的情況下,，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。
（4） 對用電設(shè)備的影響：
電力諧波會使電視機(jī)、計算機(jī)的圖形畸變,，畫面亮度發(fā)生波動變化,，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤,，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器,。
⑸ 對產(chǎn)品質(zhì)量的影響
諧波對敏感的用電設(shè)備影響是造成設(shè)備工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率下降,，甚至造成批次性產(chǎn)品報廢,。
此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示,、計量不準(zhǔn)確,。

3 諧波源管理與諧波測量（監(jiān)測）
對諧波源負(fù)荷要實(shí)行統(tǒng)一設(shè)備選型管理、相對集中地安排用地和供電,。避免諧波源設(shè)備選型不當(dāng)（劣質(zhì)）造成諧波污染放大,、不合理的地理布局和供電方案造成影響其他企業(yè)正常生產(chǎn)，并造成諧波治理難度增大,。
諧波源負(fù)荷一般要進(jìn)行測量才能掌握諧波水平和分布情況,。測試分為兩種：實(shí)地實(shí)時用便攜式電能質(zhì)量分析儀測試、電能質(zhì)量在線監(jiān)測,。
電能質(zhì)量實(shí)時監(jiān)測是電能質(zhì)量綜合治理的基本要求,，不僅能夠使我們掌握全網(wǎng)的諧波水平與狀況，了解運(yùn)行負(fù)荷諧波源的分布規(guī)律,，發(fā)現(xiàn)諧波源負(fù)荷的動態(tài)時間分布特性,，研究電網(wǎng)對不同層次諧波的響應(yīng)特性，觀察并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置吸收,、放大,、甚至產(chǎn)生并聯(lián)諧振的機(jī)理。

4 諧波抑制方法
（1） 嚴(yán)格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),，加強(qiáng)管理：
GB17625.1《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值》,，要求購置的用電設(shè)備，經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí),，符合該標(biāo)準(zhǔn)限值才允許接入到配電系統(tǒng)中。 GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,，規(guī)定的注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值的用戶,，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網(wǎng)的諧波,。
（2） 改善供電系統(tǒng)
加大供電系統(tǒng)短路容量,、提高供電電壓等級、增大供電設(shè)備容量、盡可能保持三相電壓平衡能提高電網(wǎng)承受能力,。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,。
（3） 降低諧波源的諧波含量
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：
①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,。如：整流相數(shù)為6相時,，5次諧波電流為基波電流的18．5％，7次諧波電流為基波電流的12％,，如果將整流相數(shù)增加到 12相,，則5次諧波電流可下降到基波電流的4．5％，7次諧波電流下降到基波電流的3％,。
②脈寬調(diào)制法
采用PWM,，在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達(dá)到抑制諧波的目的,。
③三相整流變壓器采用Y－d（Y／Δ）或D,、Y（Δ／Y）的接線
這種接線可消除3的倍數(shù)次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法,。
（4） 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。主要方法有以下幾種：
①無源濾波器
無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè),，由L,、C、R元件構(gòu)成諧振回路,，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時,，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng),。
②有源濾波器
利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流,，使電源的總諧波電流為趨向零,，達(dá)到較實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。
③加裝靜止無功補(bǔ)償裝置
快速變化的諧波源,，如：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),。
（5） 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,。

5 諧波污染的綜合治理
諧波治理從形式上可分為諧波源就地治理和區(qū)域集中治理兩種。從治理設(shè)備的設(shè)計原理上分為無源交流濾波,、有源交流濾波兩種,。
低電壓諧波濾除設(shè)備按原理分有無源濾波裝置和有源濾波裝置。有源濾波裝置：國內(nèi)以高校研究為代表,，大多處于實(shí)驗(yàn)室間段,；國外以ABB、諾基亞等公司為代表,，性價比極低,。無源濾波裝置：國內(nèi)外廠家眾多，主要區(qū)別在方案設(shè)計,、設(shè)備工藝,、原配件制造與選擇、整機(jī)調(diào)試等方面,，性價比較高,。
有源濾波器是一種向系統(tǒng)注入補(bǔ)償諧波電流，以抵消非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動式濾波裝置,。它能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償,，且補(bǔ)償特性不受系統(tǒng)阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,，運(yùn)行損耗較大,，設(shè)備造價高；在補(bǔ)償諧波的同時,，也會注入新的諧波,。
無源濾波器（又稱LC濾波器）是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯(lián)諧振支路,，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道,，使之不注入電網(wǎng)。LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單,，吸收諧波效果明顯,；但僅對針對濾波頻率的諧波有較好的補(bǔ)償效果；且補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大,，在特定頻率下,，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間可能會發(fā)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。
在研的有向通用無源濾波器（RUHF：RATA Universal Harmonic Filter）是一種采用隔離濾波新技術(shù)的新型濾波裝置,。由一級串聯(lián)電抗器減小流過電網(wǎng)的諧波電流而提高濾波率,，用二級反串電抗器確保負(fù)荷正常工作電壓，采用小容量濾波電容器獲得高濾波率并且不易受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變影響,、不會與電網(wǎng)諧振,。

6 用戶進(jìn)行諧波治理的效益
直接效益：
提高生產(chǎn)的效率，一是有2%————10%的有功功率節(jié)能,，二是相對縮短生產(chǎn)時間,。有效補(bǔ)償運(yùn)行產(chǎn)生的滯后無功功率，降低總視在電流,、提高變電設(shè)備的承載能力,；功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，不被征收力率調(diào)整電費(fèi),。
間接效益：
延長電器設(shè)備的使用壽命,，如斷路器（空開）；延長用戶變壓器使用壽命,，減少維護(hù)費(fèi)用,。