諧波的概念

當電網中的電壓或電流波形非理想的正弦波時，即說明其中含有頻率高于50Hz 的電壓或電流成分， 我們將頻率高于50Hz 的電流或電壓成分稱之為諧波。當諧波頻率為工頻頻率的整數(shù)倍時，我們將其稱之為整數(shù)次諧波，這類諧波通常用次數(shù)來表示。例如：將頻率為工頻頻率5 倍(250Hz)的諧波稱之為5 次諧波，將頻率為工頻頻率7 倍(350Hz)的諧波稱之為7 次諧波，依此類推。當諧波頻率不是工頻頻率的整數(shù)倍時，我們將其稱之為分數(shù)諧波。這類諧波通常直接使用諧波頻率來表示。例如：頻率為1627Hz 的諧波。

諧波產生的原因。

諧波產生的原因多種多樣，比較常見的有2 類：第1 類是由于非線性負荷而產生諧波，例如可控硅整流器、開關電源等， 這一類負荷產生的諧波頻率均為工頻頻率的整數(shù)倍。例如三相六脈波整流器所產生的主要是5 次和7 次諧波，而三相12 脈波整流器所產生的主要是11 次和13 次諧波;第2 類是由于逆變負荷而產生諧波，例如中頻爐、變頻器，這一類負荷不僅產生整數(shù)次諧波，還產生頻率為逆變頻率2 倍的分數(shù)諧波。例如： 使用三相六脈波整流器而工作頻率為820Hz 的中頻爐則不僅產生5 次和7 次諧波，還產生頻率為1640Hz 的分數(shù)諧波。

諧波在電網誕生的同時就是存在的，因為發(fā)電機和變壓器都會產生少量的諧波。但是由于產生大量諧波的用電設備不斷增加，并且電網中大量使用的并聯(lián)電容器所造成的諧波放大，使得諧波的影響越來越嚴重，逐漸引起人們的重視。

諧波造成的危害

當電網中的諧波電流較大，以至于電壓波形也產生畸變時，我們將其稱之為電網被污染。電網的污染程度用電壓波形畸變率來表示，簡稱THDu。按照國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》的規(guī)定：10kV 電網的THDu 應小于4%，400V 電網的THDu 應小于5%。諧波與無功電流不同。無功電流只影響電網的電壓，并增加供電系統(tǒng)的銅損，通常不會影響用戶，也不會影響計量精度。而諧波的影響可以用“無孔不入”來形容。在電網被污染的情況下，所有電網中的設備與負荷均會受到影響。諧波與無功還有一點不同：無功電流在沒有補償?shù)那闆r下會一直傳送到發(fā)電機，而諧波電流通常全部被電網中的設備與負荷吸收掉。

當電網的諧波污染程度小于國家標準的規(guī)定時，通常不會對系統(tǒng)造成影響。隨著污染程度的增加，諧波的影響就逐漸顯現(xiàn)出來。在諧波嚴重超標的情況下，如果不進行諧波治理，往往會產生很嚴重的后果。

諧波造成的危害大致如下：

(1)對變壓器，諧波電流會增加變壓器的銅損和漏磁損，諧波電壓會增加變壓器的鐵損，諧波會增加變壓器的工作噪音和溫升等。

(2)對電纜，諧波電流可能造成線路過載過熱，損害導體絕緣體，同時高頻諧波可能造成集膚效應降低電纜的額定載流，銅損急劇增加。

(3)對表計，諧波會影響表計的計量精度。從原理上進行分析：諧波源將其吸收的一部分電網電能轉變?yōu)橹C波發(fā)送到電網中去，因此電能表會將諧波能量當作發(fā)電來進行計算，從而導致計量誤差。對于機械式電能表還會由于高頻率諧波所產生的高頻渦流阻力而變慢。因為在高次諧波嚴重的情況下(例如中頻爐)會嚴重影響電能表的計量精度，導致莫名其妙的丟電現(xiàn)象。

(4)對精密電子設備(包括電子式電能表)，精密電子設備會被嚴重干擾，導致不能正常工作，甚至燒毀。

(5)對設備，所有接于電網中的設備的損耗都會增加，溫升增加。含有電容器的設備受影響最為嚴重，甚至可能導致設備損壞以及電容器爆炸等事故.

(6)對電機類負荷，諧波的逆序作用而導致輸出扭矩下降。

(7)對控制系統(tǒng)，諧波電流會造成電壓畸變，導致電壓過零點漂移，改變了線電壓之間的位置點，使得控制系統(tǒng)判斷錯誤而誤操作等。

諧波源的特性非常復雜，因為諧波的產生不僅僅取決于產生諧波的負荷本身，還與電網的短路容量、電網的組成形勢以及電網中的其他負荷的性質有關。因此濾波器無法做成定型產品， 必須通過技術人員對諧波源現(xiàn)場情況的測試，然后根據現(xiàn)場測試結果進行專門設計。

諧波的治理

無源濾波器由濾波電容器， 濾波電抗器等適當組合成LZS 濾波裝置， 濾波器除起濾波作用外， 還兼作無功補償作用。 濾波器主要有調諧和濾波器，雙調諧和濾波器，高通濾波器，C 型濾波器等。實際運用中根據諧波電流的分布及大小以及無功需求情況設計成幾組濾波器，每一組濾波器對應某一次諧波呈低阻抗，高通濾波器對截止頻率以上的諧波均呈現(xiàn)低阻抗，C 型濾波具有調諧頻帶寬，損耗低的特點。濾波器的分組需進行精密計算， 既要濾除主要的諧波電流，也要滿足無功補償要求，同時還要防止某一詞整數(shù)次頻率下由于濾波器與系統(tǒng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振而產生的諧波電流放大。

可根據功率因數(shù)定值、無功需求量依據“先投后切”的原則自動投切濾波通道，使功率因數(shù)和諧波穩(wěn)定在適當?shù)姆秶鷥取?

(1)針對系統(tǒng)需求選項，可同時濾除3 次到7 次的諧波電流，濾波效果明顯。

(2)既能治理諧波又能補償無功。

(3)改善沖擊負載引起的電流沖擊，減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高電壓穩(wěn)定性。

(4)可提高功率因數(shù)。

(5)采用高性能真空斷路器投切各濾波支路，完善的控制系統(tǒng)，保護功能齊全，具有短路保護、過壓保護、過流保護等，運行可靠，操作簡單。

諧波治理帶來的效益

安裝諧波治理裝置后， 帶來明顯的經濟效益和社會效益：

(1)諧波經測試達到國家標準要求，同時能有效的就地無功補償，有效的降低了諧波電流，增加了變壓器的有效容量，增加相應的帶載能力，節(jié)電率達10%～30%，減少擴容所需的投資。

(2)有效的降低變壓器的損耗，提高變壓器的安全運行系數(shù)， 保證對諧波敏感的保護裝置和器件不發(fā)生誤動作，起到節(jié)能降耗的目的。

(3)平均諧波濾除率可達70%～80% 以上，減小集膚效應，熱損、銅損、鐵損、磁損、噪音大為下降，符合國家對能源節(jié)約和降耗的指示和可持續(xù)發(fā)展的要求。

(4)有效地抑制諧波電流，提高了電壓穩(wěn)定性，用電質量明顯改善，10kV 側滿足國標GB/T14549-93 優(yōu)化供電質量，進而提高了產品質量，同時避免因諧波造成的交流電波形畸變而造成電網計量具不準而被當?shù)毓╇姴块T罰款。

(5)功率因數(shù)提高到0.92 以上，使電網線損降低并提高配電變壓器的承載效率，力率調整費變罰為獎，經濟效益明顯。

(6)提高電網安全經濟運行水平，并逐步消除諧波污染，減少諧波對通信、自動裝置、電能計量和繼電器保護的干擾。

隨著我國電能質量治理工作的深進開展，綜合動態(tài)的諧波治理措施并同時考慮電網的無功功率補償問題，是用電企業(yè)當前面臨的一大課題。采取有力的抑制諧波的措施，不僅能夠改善整個網絡的電力品質，同時也能延長用戶設備使用壽命，提高產品質量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高電能利用率，同時能不斷降低企業(yè)成本，提高企業(yè)市場競爭力。