1、前言
从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。产生的原因：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
2、谐波电流产生的原因
非线性的用电设备接入电网后，会产生大量的谐波电流，谐波电流流入电网后，通过电网阻抗产生谐波压降，叠加到电网基波上引起电网的电压畸变。
2.1整流电源与直流传动设备
以三相交流为输入、直流为输出的整流电路，含有高次谐波，其次数随整流器的脉动数而定，理论上产生的为特征谐波，但也含有非线性谐波，包括偶次和三倍频谐波。
2.2变频设备
交—交变频器主要产生整数次高次谐波，同时还产生少部分旁谐波和次谐波。频率是基波频率非整数倍的称为旁谐波；频率低于基波频率的称为次谐波。
交—直—交变频器供电的电动机，其交直整流部分的二极管或晶闸管均产生大量高次谐波。
2.3电弧炉
电弧炉主要应用于冶金行业，由于电弧的非线性和电弧燃烧的不稳定性，使电流波形严重畸变。
2.4变压器
电力变压器的铁芯具有非线性的磁化特性，而变压器的额定磁通密度B值一般都设计在其磁滞回线（B-H曲线）的拐点附近，造成变压器的励磁电流为非正选波形，其中含有大量的谐波电流，以奇次谐波为主。产生的谐波电流的大小与工作电压幅值有关，系统电压越高，运行点越深入饱和区，电流畸变越大，谐波含量越高。
2.5气体放电灯
气体放电灯如荧光灯、高压钠灯、金卤灯等，电弧放电时因具有负阻抗特性而产生谐波电流；电子镇流器和高频逆变电路也产生大量的谐波电流，主要以3次谐波电流为主，含有率为12%~13%；高功率因数电感整流器内常设有并联电容器，它对谐波有明显放大作用。
2.6家用电器
目前家电市场主打节能环保产品，变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等变频电器受到广泛青睐，这些设备产生的大量谐波大多注入当地电网。
3、谐波的危害
3.1影响供配电系统的稳定运行
供配电系统中的电力变压器，其保护措施通常采用继电器保障系统和设备的安全，其中所用的电磁式继电器、感应式继电器对10%含量以下的谐波并不敏感，当谐波含量达到40%时将导致继电器保护系统误动。晶体管继电器具有很多优点，但其整流取样电路极易受谐波影响，产生拒动或误动，严重威胁供配电系统安全、稳定运行。
3.2影响配电设备和用电设备的正常工作
供配电设备和用电设备设计时均以工频正弦波为额定条件，如谐波过大会导致额定工作点偏移，造成设备的功能不能正常发挥，甚至损坏。如电容器、电抗器、电力电缆等会在谐波过大时过热，甚至烧毁。
3.3对通讯线路的影响
使通讯线路和信息线路产生噪声，甚至造成故障。
3.4对电动机的影响
电动机定子中的正序和负序谐波电流，分别形成正向和反向旋转磁场，使电动机产生固定数的振动力矩和转速周期变化，从而降低电动机效率，增加发热。
3.5影响电力测量和电能计量的准确性
目前大量采用的仪表分为电磁型、电动型、磁电型和感应型几种，其中电磁型和电动型对谐波不敏感，但磁电型和感应型受谐波的影响较大，特别是电能表，多采用感应型、在谐波较大时会产生电能计量的混乱。
3.6使电网中的电容器产生谐振
工频下，系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗，加快电力电容器绝缘老化。系统谐波电压或电流发生谐振则引起过电压和过电流，对电气设备绝缘损坏，引起噪音与振动，导致电容器等设备被烧毁。
4、谐波的抑制方法
在供配电系统及用电设备中常用的谐波抑制措施有以下几种：
4.1设置LC滤波器，LC滤波器是传统的谐波补偿装置。即可补偿无动功率又可吸收谐波，其缺点是只能补偿固定频率的谐波，易和系统中其他频率谐波发生谐振，导致谐波放大。
4.2由dyn变压器供电的单相插座，首先测量变压器二次侧的相电流和中性线电流，利用谐波频谱观察相电流中各次谐波的数值，使变压器降载，或用K因数变压器替代原变压器。
4.3采用新型整流电路：目前已有PWM整流器和带斩波器的二极管整流电路等新型整流电路在各种开关电源中使用，这将是从根本上抑制谐波的产生。
4.4增大TN-S、TN-C、TN-S-C中性线截面，在选用TN-S、TN-C、TN-S-C配电系统中性线或保护中性线截面时，当用电负荷大部分为单相用电设备时，其N线或PEN线的截面不宜小于相线截面；以气体放电灯为主要负荷的回路中，N线截面不应小于PEN线截面；
4.5照明线路系统中，谐波引起的过热可能导致电线绝缘损坏，造成电路短路或中断。应尽量减少每根护管内的电线数量或安装低谐波电抗器。
4.6设置有源滤波器，APF（下图）是近年来发展迅速的新技术，它采用了闭环运行方式，使得APF能动态抑制谐波并能补偿大小的频率都变化的谐波。它将取代传统的LC滤波器。
4.7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子和调节电压的作用。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。
4.8加装静止无功补偿装置
快速变化的谐波源，如：电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统
电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因子。
4.9改善供电环境
选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。
5、结语
总之，当电路中出现谐波时，有必要对各个谐波含量进行区分，以便找到相应的谐波源，以上所述的一些措施，都涉及费用和系统运行方式的问题，故在采取某一措施之前应认真考察所有方案。随着电力电子技术的不断发展，各种大功率整流设备的广泛应用，谐波的危害作用将会愈加凸显，其表现形式会更加复杂，造成的经济损失会更加巨大，这是我们的电力系统的必然挑战，也是我们输电技术发展的重要契机。
参考文献：
[1] 刘利宏.治理谐波污染、提高电能质量[J].电气时代，2002（8）：41-42.
[2] 杨斌文.电力系统中谐波的抑制方法[J].电气时代，2002（3）：55-56.
论文作者:许振诚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/13
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