隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化的工業(yè)設(shè)備和民用電器裝置的應(yīng)用越來越普及，尤其是先進(jìn)電子設(shè)備，諸如電力電子變頻、調(diào)壓設(shè)備、調(diào)速控制設(shè)備、可控硅整流設(shè)備、數(shù)字通訊設(shè)備、電氣鐵路設(shè)備、各類UPS、充放電設(shè)備、大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件、開關(guān)電源、變頻器、信息技術(shù)設(shè)備、數(shù)控機床、節(jié)能燈、可控硅負(fù)載、變頻電機、變頻空調(diào)、中頻爐、節(jié)能燈、調(diào)光器等，還有電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、露天采掘設(shè)備、電氣機車等與日俱增，都屬于非線性電源負(fù)荷。

這些設(shè)備數(shù)量大、分布廣，使得諧波電流由少聚多地不斷注入電網(wǎng)，使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。因此諧波電流對公用電網(wǎng)造成的諧波問題越來越突出，這不但會使接入該電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至造成故障，而且還會使供電系統(tǒng)中性線承受超載電流，影響供電系統(tǒng)的電力輸送。因此諧波問題得到各有關(guān)方面的高度重視。

　　1 諧波的危害

　　諧波增加了輸配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的附加損耗——鐵損(包括磁滯損耗和渦流損耗)和銅損，使設(shè)備過熱，降低設(shè)備的效率和利用率。由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時，因集膚效應(yīng)的作用，導(dǎo)致導(dǎo)體對諧波電流的有效電抗增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。供電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1.1 .對旋轉(zhuǎn)電機的影響

　　在工程供電系統(tǒng)中，電動機負(fù)荷約占整個負(fù)荷的85%左右。因此，諧波使電動機總的附加損耗影響較為顯著。由于集膚效應(yīng)、磁滯、渦流等現(xiàn)象將隨著諧波次數(shù)增高而使得各類旋轉(zhuǎn)電機的鐵芯和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加。諧波電流和電壓對感應(yīng)及同步電動機所造成的主要效應(yīng)為在諧波頻率下鐵損和銅損的增加所引起之額外溫升。這些額外損失將導(dǎo)致電動機效率降低，并影響轉(zhuǎn)矩。當(dāng)設(shè)備負(fù)荷對電動機轉(zhuǎn)矩的變動較敏感時，其扭動轉(zhuǎn)矩的輸出將影響所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。諧波還使電動機噪音增大甚至可導(dǎo)致扭矩震動，而扭矩的震動則是由諧波電流和基波頻率磁場所造成的，如果機械諧振頻率與電氣勵磁重合，會發(fā)生共振進(jìn)而產(chǎn)生很高的機械應(yīng)力，導(dǎo)致機械損壞的危險。

　　1.2 對變壓器的影響

　　諧波電流會引起變壓器的銅損、鐵損和雜散損增加。諧波會在變壓器繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱，變壓器整體溫升提高，這些由諧波所引起的額外損失將與電流和頻率的平方成比例上升，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降，而且諧波也會導(dǎo)致變壓器噪聲增加。

　　1.3 對輸電線路的影響

　　由于用戶系統(tǒng)中導(dǎo)線阻抗的頻率特性，導(dǎo)線的電阻會隨著頻率的升高而增加，又由于導(dǎo)線中集膚效應(yīng)的作用，諧波會使得用戶自身供電系統(tǒng)中導(dǎo)線的附加損耗增加，由諧波引起的非正弦波會對線路產(chǎn)生更高的熱量。尤其值得注意的是這類諧波還會使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過載，大大浪費了用戶的用電成本。

　　1.4對電子設(shè)備的影響

　　電力電子設(shè)備對供電電壓的諧波畸變很敏感，這種設(shè)備常常須靠電壓波形的過零點或其它電壓波形取得同步運行。電壓諧波畸變可導(dǎo)致電壓過零點漂移或改變一個相間電壓高于另一個相間電壓的位置點。這兩點對于不同類型的電力電子電路控制是至關(guān)重要的?？刂葡到y(tǒng)對這兩點(電壓過零點與電壓位置點)的判斷錯誤可導(dǎo)致控制系統(tǒng)失控。而含諧波的電力與通訊線路之間的感性或容性耦合亦可能造成對通訊設(shè)備的干擾。計算機和一些其它電子設(shè)備，如可編過程控制器(PLC)，通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于5%，且個別諧波電壓畸變率低于3%，較高的畸變量可導(dǎo)致控制設(shè)備誤動作，進(jìn)而造成生產(chǎn)或運行中斷，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟損失。

　　1.5對開關(guān)的影響

　　像其它設(shè)備一樣，諧波電流也會引起開關(guān)之額外溫升并使基波電流負(fù)載能力降低。溫升的提高對某些絕緣組件而言會降低其使用壽命。

　　1.6 對絕緣的影響

　　隨著非線性電力設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中諧波問題日趨嚴(yán)重，諧波的存在會對電力設(shè)備造成損壞，加速設(shè)備絕緣老化。諧波疊加后的電壓峰值對器件老化有很大的影響，研究表明，諧波對其壽命的主要影響因素為：電壓峰值、電壓均方根值和電壓波斜率。其中峰值對它壽命的影響*大。

　　1.7對各類電力電容器(包括補償電容)的影響

　　由于大部分電力電容器對于高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，有的電容器在和系統(tǒng)電路中的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近某次諧波分量的頻率時，就會引起諧波電流放大，使電力電容器過熱，過電壓而不能正常工作，在高次諧波的影響下很容易被擊穿。加速電容器老化，縮短壽命甚至燒毀。

　　1.8對通信系統(tǒng)的干擾影響

　　通信系統(tǒng)少不了的換流設(shè)備和UPS設(shè)備本身是很嚴(yán)重的諧波源，這類設(shè)備產(chǎn)生的諧波頻率一般在20KHz左右，該頻段的諧波必然會干擾載波通信的正常工作，由此產(chǎn)生的干擾電壓將會嚴(yán)重影響通信線路的通信質(zhì)量，甚至于在某些情況下還會造成通信線路的中斷等嚴(yán)重后果。

　　1.9對自動化流水線、數(shù)控機床、工作母機類精密設(shè)備的影響

　　眾所周知，絕大部分的數(shù)控類設(shè)備都通過一系列的交直流電機，通過變頻調(diào)速來控制的。在此過程中諧波的瞬時脈沖會引起控制元件的誤動作，尤其是由于數(shù)控設(shè)備中的控制用芯片中的電容受到諧波的影響，很容易老化甚至短路，引起設(shè)備不能工作。另外在這類精密加工設(shè)備的各類繼電器的接觸點上，在諧波的作用下很容易形成一個氧化碳膜層，既增加了接觸點的阻抗又大大降低了控制器的靈敏度。

　　1.10諧波對銀行、海關(guān)、證券公司、機場等大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)作業(yè)的用戶的影響

　　為確保大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)工作的網(wǎng)絡(luò)平臺能正常運行，UPS設(shè)備對這類用戶是必不可少的。但是UPS在整流充電過程中所產(chǎn)生的諧波一方面會影響到計算機網(wǎng)絡(luò)中來，造成網(wǎng)絡(luò)莫名其妙的出錯、停機等。另一方面，這些諧波反過來又使UPS中的蓄電池中的極板加速氧化，而逐漸失效，嚴(yán)重的將根本起不到不間斷電源的本身作用，從而對上述重要用戶帶來很大的損害。

　　1.11諧波對雷達(dá)系統(tǒng)，測空設(shè)備的影響

　　航天航空的地面測空系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)的正常工作關(guān)系到國家人民的巨大利益，設(shè)備供電電源中任何瞬時脈沖、浪涌和諧波都會引起各類精密測試儀器、控制系統(tǒng)一連串的不正常的反應(yīng)，哪怕某一個繼電器的接觸點由于諧波造成接觸點表面形成阻抗很小的氧化膜，使繼電器靈敏度降低而造成的危害將是無法彌補的。

　　總之，諧波的危害表現(xiàn)為引起電氣設(shè)備(電機、變壓器和電容器等)附加損耗和發(fā)熱；使同步發(fā)電機的額定輸出功率降低，轉(zhuǎn)矩降低，變壓器溫度升高，效率降低，絕緣加速老化，縮短使用壽命，甚至損壞；降低繼電保護(hù)、控制、以及檢測裝置的工作精度和可靠性等。諧波注入電網(wǎng)后會使無功功率增大，功率因數(shù)降低，甚至有可能引發(fā)并聯(lián)或串聯(lián)諧振，損壞電氣設(shè)備以及干擾通信線路的正常工作。

　　2 諧波的治理

　　治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽，隔離，接地及濾波等技術(shù)手段。

　　①增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法；

　　②使用無源濾波裝置或有源濾波裝置：消除諧波的設(shè)備要求頻譜范圍廣、能力要大、響應(yīng)時間要快而且使用方便、可靠、壽命長等。

　　2.1 減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法

　　諧波產(chǎn)生的根本原因是由于使用了非線性負(fù)載，因此，解決的根本辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)載的供電線路和對諧波敏感的負(fù)載的供電線路分開。由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過。因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而加大了資金投入。另一方法是將線性負(fù)載與非線性負(fù)載從同一電源接口點就開始分開，分別對各電路負(fù)載供電，這樣可以使由非線性負(fù)載產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負(fù)載上去。這是目前治理諧波問題較為理想的解決方案。

　　2.2 使用無源濾波裝置或有源濾波裝置

　　使用無源濾波裝置其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波裝置主要是用于補償非線性負(fù)載。

　　傳統(tǒng)的方式多選用無源濾波裝置，無源濾波裝置出現(xiàn)*早，因其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、運行可靠性較高以及運行費用較低，至今仍是諧波抑制的主要手段。LC濾波裝置是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，它包括三種基本形式：串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波( 串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理；低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯(lián)濾波是與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補償?shù)淖饔?。是?yīng)用*廣泛的電源凈化濾波裝置。這種裝置存在一些較難克服的缺點，這種方法的主要缺點是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，無源濾波裝置不能受控，因此隨著時間的推移，配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動，會使諧振頻率發(fā)生改變，濾波效果下降，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使LC濾波裝置過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。如果過濾不同的諧波頻率，則要分別用不同的濾波裝置，增加設(shè)備投資。但目前，無源濾波裝置還是實際應(yīng)用*多、效果較好、價格較低的治理諧波的較好方案。

　　有源電力濾波裝置是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，這種濾波裝置能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。

　　有源濾波裝置根據(jù)動態(tài)補償諧波的原理，運用電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)，快速跟蹤諧波源產(chǎn)生的諧波頻率、相位和幅值，由裝置向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零，其特性不受系統(tǒng)的影響，無諧波放大的危險，達(dá)到同時濾除2~25次諧波的目的，因而倍受關(guān)注。

　　有源電力濾波裝置系統(tǒng)主要由指令電流檢測電路和補償電流發(fā)生電路這兩大部分組成。

　　指令電流檢測電路的功能主要是從負(fù)載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流，然后將其反極性變化后發(fā)出補償電流的指令信號。電流跟蹤控制電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補償電流，計算出主電路各開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)驅(qū)動電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量，從而達(dá)到消除諧波與進(jìn)行無功補償?shù)哪康?。根?jù)同樣的原理，電力有源濾波裝置還能對不對稱三相電路的負(fù)序電流分量進(jìn)行補償。

　　有源濾波裝置具有同時消除多次諧波(2-25次)電流的能力，能實時、自動跟蹤控制，既能高效消除諧波，又能動態(tài)補償無功，改善三相不平衡度。而且不受系統(tǒng)運行方式影響，不會產(chǎn)生諧波諧振，對電力系統(tǒng)適應(yīng)能力強。

　　有源濾波裝置可以克服無源濾波裝置等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點，獲得比無源濾波裝置更好的補償特性，控制精度高、治理效果好，已逐漸成為諧波治理的重要技術(shù)手段和今后諧波治理領(lǐng)域的發(fā)展方向。

　　混合型有源濾波裝置：目前，在具體的諧波治理方面，出現(xiàn)了無源濾波裝置(LC濾波裝置)與有源濾波裝置互補混合使用的方式，充分發(fā)揮LC濾波裝置結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、成本低，有源電力濾波裝置補償性能好的優(yōu)點，克服有源電力濾波裝置容量大、成本高的缺點，兩者結(jié)合使用，既可補償無功，又可補償諧波。可克服無源濾波易受電網(wǎng)參數(shù)影響及產(chǎn)生諧振的缺點，適用于需大功率電源濾波的場合，從而使整個系統(tǒng)獲得良好的性能。

　　從目前國內(nèi)國際治理電力電網(wǎng)諧波來看主要以高次諧波為主，*高為21次左右諧波。而在電網(wǎng)污染治理中大于21次諧波的高頻高次諧波的研究和治理卻少有問津，以上所述隨著非線性負(fù)載的大量應(yīng)用，如中頻爐、變頻器、開關(guān)電源、整流器、節(jié)能燈等，都會產(chǎn)生嚴(yán)重的高頻高次諧波。經(jīng)實際現(xiàn)場測試，這些用電負(fù)載在工作時所產(chǎn)生的能量較大的幾十kHz或100kHz左右的高頻高次諧波，在電力輸電網(wǎng)上所引起的集膚效應(yīng)比21次以下的高次諧波在輸電網(wǎng)上引起的集膚效應(yīng)來得更為嚴(yán)重。頻率越高，集膚效應(yīng)更厲害，它使輸電網(wǎng)產(chǎn)生更大的熱量，浪費更多的電力能量。而且使輸電線老化更快；另外高頻高次諧波在電機、變壓器等設(shè)備上會產(chǎn)生更為嚴(yán)重的渦流，引起更大銅損和鐵損，使這些設(shè)備發(fā)熱，產(chǎn)生振蕩，發(fā)出高頻叫聲，同樣浪費電力電能，使設(shè)備加速老化、降低設(shè)備和輸電線的絕緣，甚至燒毀。而且高頻高次諧波所引起的輻射干擾和傳導(dǎo)干擾也相當(dāng)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響通信線路的通信質(zhì)量，甚至?xí)斐赏ㄐ啪€路的中斷等后果。

　　然而在公用電網(wǎng)諧波方面國內(nèi)國際只針對高次諧波有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，*高也只是21次諧波，而高頻高次諧波這一塊還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　上海坤友電氣有限公司的有源電力濾波裝置是上海市科委下達(dá)的科研攻關(guān)項目，是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，它填補了治理電網(wǎng)高頻高次諧波的空白。電源波形矯正濾波裝置并接在電網(wǎng)電源中自動跟蹤并吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流。對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機的高頻高次諧波、高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾具有抑制和吸收濾波作用，能防止用電設(shè)備產(chǎn)生的干擾污染進(jìn)入到電網(wǎng)中，同時又能防止電網(wǎng)中的高頻高次諧波、高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等干擾進(jìn)入到儀器設(shè)備，提高了電網(wǎng)質(zhì)量，保證了儀器設(shè)備的正常運行，它使用靈活方便，通過矯正波形，吸收污染，可提高電力質(zhì)量，保護(hù)儀器設(shè)備，減少儀器設(shè)備的故障率和機器誤操作，提高設(shè)備運行效率和生產(chǎn)成品率，提高儀器設(shè)備的使用壽命。降低了由高頻高次諧波引起的集膚效應(yīng)及銅損和鐵損等，節(jié)約了電力能源，在電力電網(wǎng)中針對高頻高次諧波的治理作出新貢獻(xiàn)。

　　圖1，2，3為在電網(wǎng)諧波污染治理工程中實際測得的波形曲線：

　　圖1 正常電網(wǎng)諧波波形曲線

　　圖2 安裝有源電力濾波裝置前變頻機上網(wǎng)電源波形曲線

　　圖3 安裝有源電力濾波裝置后變頻機上網(wǎng)電源波形曲線

　　LYLB采用高科技新技術(shù)特種元器件組成的電路具有抗瞬態(tài)干擾的電源波形矯正濾波裝置解決了在應(yīng)用中不僅在串聯(lián)接入方式下對10kHz~10MHz的高頻率諧波、高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等共模和差模噪聲污染有抑制和濾波作用，更解決了并聯(lián)接入方式下對10kHz~10MHz的高頻率諧波、高頻噪聲、浪涌(雷電)、尖峰瞬變等污染有抑制和濾波作用這一技術(shù)難題，對電網(wǎng)波形具有一定的矯正作用，使電源中較高的諧波頻率分量被矯正和吸收。有效降低和防止由于儀器設(shè)備產(chǎn)生的高頻諧波和高頻噪聲、尖峰瞬變等污染進(jìn)入電網(wǎng)，同時又能降低和防止電網(wǎng)中高頻率諧波和高頻噪聲、尖峰瞬變等污染進(jìn)入到儀器設(shè)備，干擾儀器設(shè)備的正常運行。電源波形矯正濾波已被廣泛應(yīng)用在上述的各個領(lǐng)域中，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。