摘要：针对谐波对电能质量的严重影响，提出必须采取有效的措施来加以抑制。着重介绍了电力系统中谐波的产生、危害和常用的有效抑制谐波的方法，为实际应用提供一定的指导。
关键词：谐波；危害；治理
一、电力系统谐波产生的原因
1、由于发电系统中发电机三相绕组在制造过程中很难做到完全对称，铁芯也很难做到绝对均匀一致等原因，所以发电时多少会产生一些谐波，总体来说数量较小。
2、输配电系统中产生的谐波：主要是输配电系统中电力变压器产生的谐波，由于电力变压器铁芯饱和，磁化曲线的非线性，加上设计时要考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线上接近于饱和段，就使磁化电流呈现尖顶波形，从而就含有了奇次谐波。它的大小是与磁路的结构形式、铁芯饱和度相关。其饱和度越高，电力变压器工作点就会越远地偏离线性，从而造成谐波电流就越大。
3、用电设备所产生谐波是因为供电系统中存在着非线性负荷，当电流流过和所加的电压不是线性关系时，就会发生非正弦电流，这就是谐波电流。非线性负荷设备有开关电源（SMPS）、调速装置、电子荧光灯镇流器、不间断电源、包含磁性铁芯设备以及部分家用电器（如电视机、计算机）等。
二、电力系统谐波危害
1、谐波使企业电网中的设备产生附加谐波损耗，增加电网线损。在三相四线制系统中，零线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流，造成零线过热，严重时造成电缆火灾。谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命，甚至关键部件的频繁损坏。
2、对变压器的危害。谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。
3、电力电容器的危害。含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。如果企业电网中装有补偿电容器，谐波容易使电网与补偿电容器之间发生谐振，使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器和与之相连设备的损坏，经常发生此类设备的重大事故。谐波还会引起一些敏感的自动化设备误动作，也会导致电气测量仪表计量不准确。
4、电力谐波会使计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。此外，电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，会对附近系统的信号传输产生干扰，轻者引入噪声，重者导致信号丢失，使系统无法正常工作。
5、感应电动机。和变压器中的道理一样，谐波畸变会加大电动机中的损耗。然而，由于励磁磁场的谐波会产生附加的损耗，每个谐波分量都有自身的相序（正序、逆序、零序），它表示旋转的方向（在感应电动机中相对于基波磁场的正向而言的）。零序谐波产生不变的磁场，但是因为谐波频率较高，故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式放出。负序的谐波产生反方向旋转的磁场（相对于基波而言），而使电机的力矩下降，并和零序谐波一样，产生更多的损耗。正序谐波产生正向旋转磁场来加大力矩，它和负序分量一起，可造成电机的振动而降低电机寿命。
三、电力系统谐波的检测方法
1 傅立叶变换谐波检测法
在数字控制方面利用傅立叶变换进行李希特谐波检测，将离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，确定电力系统谐波的属性和特征。
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2 小波变换谐波检测法
对于高频谐波信息的检测可以应用小波变换检测法，对信号的高频分量做细致的观测，对电力系统谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行处理，小波可以看作是一个双窗函数，确定谐波的属性和特点。
四、谐波消除对策与方法措施
1、安装滤波器。目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法，多采用安装滤波器来减少谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。
（1）有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与正弦波相比较，差额部分由有源滤波器进行补偿，这是谐波治理的发展方向。滤波性能不受系统阻抗的影响；不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果；原理上比PPF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。
（2）无源滤波器具有成本低、效率高、结构简单、维护方便，以及技术成熟等优点，是目前应用较为广泛的谐波抑制手段。但同时无源滤波器也存在一些难以克服的缺陷：只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率以上的谐波。然而，在目前的电力电子器件的制造水平下，单独采用APF实现高压大功率的谐波补偿较为困难，而且成本也非常昂贵。因而，采用HAPF即将PPF和APF结合起来，取两者之长，避免它们的短处，是当前中、高电压大功率APF推广应用的必然途径。
2、防止并联电容器组对谐波的放大。在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
3、增加换流装置的相数。换流装置是供电系统的主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk（p为整流相数或脉动数，k为正整数）。当脉动数由p=6增加到p=12时，可以有效的消除幅值较大的低频项，（其特征谐波次数分别为12k±1和12k），从而大大地降低了谐波电流的有效值。
4、谐波的隔离。非线性用电设备产生的谐波，它不仅直接影响到本级电网，而且经过变压器后，还会影响到上几级电网。如何把这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其他几级电网，这也是谐波治理的一个基本方法。
5、减少非线性用电设备与电源间的电气距离。也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。但此种方法投资相当大，往往需要和电网发展规划相协调。
总结与展望
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。针对电力系统产生谐波的形式，无源滤波装置是目前应用较为广泛的谐波抑制手段，但存在一些难以克服的缺点。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案；串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂；串－并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造价高。拓扑结构、检测与控制理论以及数控技术是当前有源滤波装置重点研究方向。
针对APF控制复杂、造价高的问题，通过磁场、磁势平衡与现代控制相结合的方式设计的成本低廉的谐波抑制装置可能成为将来滤波装置一种研究方向。
参考文献：
[1]张彬.城市电网谐波治理问题的探讨[J].高科技与产业化.2010（10）.
[2]董新武.电网谐波的危害及抑制方法[J].现代经济信息.2007（11）.
[3]刘长林，满俊来.配电网的谐波治理[J].中国电力企业管理.2007（08）.
[4]涂斌.电力系统谐波的危害和治理[J].高科技与产业化.2010（07）.
[5]沈宵朗.基于DSP的电网谐波监测仪的研制[J].企业家天地（理论版）.2010（06）.
论文作者:张化乐
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
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