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(duì)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(gè)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(shí)，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(lèi)：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(guó)際上對(duì)電力諧波問(wèn)題的研究大約起源于五六十年代，當(dāng)時(shí)的研究主要是針對(duì)高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問(wèn)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(wèn)題日趨嚴(yán)重，從而引起世界各國(guó)的高度重視。各種國(guó)際學(xué)術(shù)組織如電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)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(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國(guó)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(guò)熱，降低設(shè)備的利用率和壽命： ① 電力諧波對(duì)輸電線路的影響： 諧波對(duì)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(shí)流過(guò)電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波流過(guò)中性線時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線過(guò)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(shí)，對(duì)輸電線路和電力電纜線路會(huì)造成絕緣擊穿。 ② 電力諧波對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對(duì)帶有非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷的變壓器而言，會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。 ③ 電力諧波對(duì)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(shí)，由于電容器對(duì)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(guò)負(fù)荷甚至爆炸，同時(shí)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(duì)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(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓。 （2） 影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性： 特別對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)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(duì)通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾： 電力線路上流過(guò)的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過(guò)磁場(chǎng)耦合時(shí)，會(huì)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(huì)威脅著通信設(shè)備和人員的安全。 （4） 對(duì)用電設(shè)備的影響： 電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過(guò)熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。 ⑸ 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響 諧波對(duì)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(bào)廢。 此外，電力諧波還會(huì)對(duì)測(cè)量和計(jì)量?jī)x器的指示、計(jì)量不準(zhǔn)確。 3 諧波源管理與諧波測(cè)量（監(jiān)測(cè)） 對(duì)諧波源負(fù)荷要實(shí)行統(tǒng)一設(shè)備選型管理、相對(duì)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(cè)量才能掌握諧波水平和分布情況。測(cè)試分為兩種：實(shí)地實(shí)時(shí)用便攜式電能質(zhì)量分析儀測(cè)試、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)。 電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)時(shí)間分布特性，研究電網(wǎng)對(duì)不同層次諧波的響應(yīng)特性，觀察并聯(lián)無(wú)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(guó)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(gòu)置的用電設(shè)備，經(jīng)過(guò)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(jí)、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(duì)諧波源負(fù)荷由專(zhuān)門(mén)的線路供電，減少諧波對(duì)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(dòng)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(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。如：整流相數(shù)為6相時(shí)，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(lèi)方法是對(duì)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(wú)源濾波器 無(wú)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(shí)，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(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。 ③加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機(jī)車(chē)和卷?yè)P(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)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(wú)功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、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(duì)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(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)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(duì)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(jì)原理上分為無(wú)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(wú)源濾波裝置和有源濾波裝置。有源濾波裝置：國(guó)內(nèi)以高校研究為代表，大多處于實(shí)驗(yàn)室間段；國(guó)外以ABB、諾基亞等公司為代表，性價(jià)比極低。無(wú)源濾波裝置：國(guó)內(nèi)外廠家眾多，主要區(qū)別在方案設(shè)計(jì)、設(shè)備工藝、原配件制造與選擇、整機(jī)調(diào)試等方面，性價(jià)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(dòng)式濾波裝置。它能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)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(duì)復(fù)雜，運(yùn)行損耗較大，設(shè)備造價(jià)高；在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，也會(huì)注入新的諧波。 無(wú)源濾波器（又稱(chēng)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(jiǎn)單，吸收諧波效果明顯；但僅對(duì)針對(duì)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(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振。 在研的有向通用無(wú)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(jí)串聯(lián)電抗器減小流過(guò)電網(wǎng)的諧波電流而提高濾波率，用二級(jí)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(huì)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(duì)縮短生產(chǎn)時(shí)間。有效補(bǔ)償運(yùn)行產(chǎn)生的滯后無(wú)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(zhǎng)電器設(shè)備的使用壽命，如斷路器（空開(kāi)）；延長(zhǎng)用戶變壓器使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用。