隨著工業(yè)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，供電系統(tǒng)非線性負荷的大量增加，對電網(wǎng)造成的干擾愈加嚴重和復雜，導致電網(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)生和標準 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：當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設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，由于負荷與電網(wǎng)相連，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。 系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類：① 含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設備；② 含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器、發(fā)電機組及鐵磁諧振設備等。 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用，諧波問題日趨嚴重，從而引起世界各國的高度重視。各種國際學術(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)、各項電力和用電設備以及家用電器在內(nèi)的諧波標準。我國國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國家標準GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，標準給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值；GB17625.1《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值》規(guī)定電氣（電子）設備送出的諧波電流限值。 2 諧波的危害 （1） 增加輸、供和用電設備的額外附加損耗，使設備的溫度過熱，降低設備的利用率和壽命： 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。由于集膚效應和鄰近效應，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導線較細，當大量的三次諧波流過中性線時，會使導線過熱，損害絕緣，引起短路甚至火災。當注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡諧振點附近的諧振區(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度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言，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)電機的主要影響是引起附加損耗，其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。 （2） 影響繼電保護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，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。 （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，還會威脅著通信設備和人員的安全。 （4） 對用電設備的影響： 電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，嚴重甚至損害機器。 ⑸ 對產(chǎn)品質(zhì)量的影響 諧波對敏感的用電設備影響是造成設備工作不穩(wěn)定，導致產(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、計量不準確。 3 諧波源管理與諧波測量（監(jiān)測） 對諧波源負荷要實行統(tǒng)一設備選型管理、相對集中地安排用地和供電。避免諧波源設備選型不當（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。 諧波源負荷一般要進行測量才能掌握諧波水平和分布情況。測試分為兩種：實地實時用便攜式電能質(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，了解運行負荷諧波源的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)諧波源負荷的動態(tài)時間分布特性，研究電網(wǎng)對不同層次諧波的響應特性，觀察并聯(lián)無功補償裝置吸收、放大、甚至產(chǎn)生并聯(lián)諧振的機理。 4 諧波抑制方法 （1） 嚴格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標準，加強管理： GB17625.1《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值》，要求購置的用電設備，經(jīng)過試驗證實，符合該標準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。對諧波源負荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負荷的影響，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備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當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，達到較實時補償諧波電流的目的。 ③加裝靜止無功補償裝置 快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機車和卷揚機等，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，嚴重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設靜止無功補償裝置，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備的安全。可采取串聯(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。從治理設備的設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，大多處于實驗室間段；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)別在方案設計、設備工藝、原配件制造與選擇、整機調(diào)試等方面，性價比較高。 有源濾波器是一種向系統(tǒng)注入補償諧波電流，以抵消非線性負荷所產(chǎn)生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進行迅速的動態(tài)跟蹤補償，且補償特性不受系統(tǒng)阻抗影響。其結(jié)構(gòu)相對復雜，運行損耗較大，設備造價高；在補償諧波的同時，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償效果；且補償特性受電網(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。有效補償運行產(chǎn)生的滯后無功功率，降低總視在電流、提高變電設備的承載能力；功率因數(shù)達到0.9以上，不被征收力率調(diào)整電費。 間接效益： 延長電器設備的使用壽命，如斷路器（空開）；延長用戶變壓器使用壽命，減少維護費用。