谐波治理

周靖翔　古力丹

摘 要：简要分析谐波的来源及危害，以及如何治理谐波的建议和措施。

关键词：谐波；整流；治理

1.什么是谐波

谐波 （harmonic wave），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。

谐波产生的原因主要有：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.谐波在电网中的产生与危害

一是电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀等原因，发电源也会产生较少的谐波。

二是输电系统产生谐波：配输电系统中主要由电力变压器产生谐波。电压器的工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，使得磁化电流呈尖顶波型，因而含有奇次谐波。

三是用电器产生的谐波：由于晶闸管整流设备在电力系统中的广泛应用，给电网带来大量谐波。晶闸管整流装置采用移相控制，吸收电网缺角的正弦波，同时也给电网留下一部分缺角的正弦波，其中便有大量的谐波。据统计，由整流装置产生的谐波是所有谐波的百分之四十，為最大的谐波源。

危害：

一是影响电路的稳定运行：谐波会影响供配电系统中电力线路和电力变压器的保护作用，从而严重威胁供配电系统的稳定与安全。

二是影响电网质量：电力系统中的谐波能使电网中的电流和电压波形发生畸变，相同频率的谐波电流和谐波电压产生相同频率的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，浪费电网容量。

三是对电力设备的危害：当电网中存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加的更大，从而电容器损耗功率增加。同时，谐波也能使电力变压器的铜耗增大，铁耗增大，磁滞损耗增大，减少了变压器的实际容量。

四是对用电设备的危害：谐波使得异步电动机的附加损耗增大，降低效率，还能使得噪音增大。同时，谐波还可能造成低压开关的误动作，影响生产生活效率，

五是谐波对人体也有影响，我们知道，人体细胞在刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上，发生快速电波动或可逆翻转，其频率若与谐波频率接近时，电网谐波会影响人的脑磁场和心磁场。

3.谐波治理的措施

通过对市场的常用用电器的谐波状况的测试，我们了解到目前我国内工业企业的谐波污染十分严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量分别占基波的20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言，还不怎样，但对于大功率的用户来说，危害就很大了，对于中频炉用户，它用常规的无功补偿就无法进行，有的用户用常规的电容器无功补偿，无法投入电容器，有的即便投入了，也对5次谐波电流放大了1.8-3.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地增加，缩短了设备的使用寿命，多交了电费。

1.谐波治理的总体思路。谐波的治理应当首先考虑预防，控制好谐波产生的源头，使系统中产生的谐波尽量减小，就可以更方便的治理或者不用再进行进一步的治理。因此，在选择设备和构建系统时，就应该将减小谐波做为一项重要的条件来考虑。对于交流和直流两大类通信电源设备：在其他条件同等或类似的情况下，UPS系统应该优先选择12脉冲或者Delta变换的设备，直流系统应优先选择有更好的整流电路和完善的滤波措施的产品。

其次，在预防的基础上，再考虑补救措施。特别是对于既有的用户低压系统来说，由于系统结构已经基本固定，谐波问题的解决只能通过加装电抗器、滤波器等补救措施得以控制。

2.治理谐波的预防性措施。预防性的解决办法是指避免谐波及其后果出现的措施，如下。

（1）整流器中的相位抵消（通过选择合适的相位移动，由低脉波数整流器构成的高脉波数整流器可以消除谐波）或谐波控制。应该使用具有较高脉波数的整流器，如使用12脉冲的整流器来代替6脉冲整流器。

（2）开发有效的过程和方法来控制、减小或消除电力系统设备的谐波。

3.治理谐波的补救性措施。补救性的解决方法是指为克服既有谐波问题所采用的技术，包括使用LC无源滤波器、使用有源滤波器、电路解谐。主要方法见下：

（1）无源滤波器

无源滤波器主要由电抗器、电容器构成，体积比较庞大

无源滤波器是由电容器和电抗器串联而成，并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上滤波器在其调谐频率处阻抗为零，因此可吸收掉要滤除的谐波。目前国内的谐波治理以无源滤波器为主，其特点是技术实现相对简单，具有一定消谐效果，缺点是被动式滤波，一旦用电环境发生变化，无源滤波设备无法随之调整，滤波效果也就无法保证。

（2）.有源滤波器

有源滤波器主要由电力电子元件构成，体积比较小

有源谐波过滤器使用的是电力电子技术来监控非线性负载，动态地纠正。发现一个谐波自动注入一个补偿电流使波形恢复。通过注入和抵消过程，恢复正弦波。使失真减少到不足5%的总谐波失真（THD）。

其特点是可主动消谐，设备体积小，消谐效果非常理想，但是由于技术要求比较高。

参考文献

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