一、電力系統(tǒng)諧波治理的必要性和意義

隨著科學技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設備在電網(wǎng)中大量投運，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來越大。諧波給電力系統(tǒng)帶來的危害十分嚴重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產(chǎn)生嚴重干擾。因此，對諧波的研究以及如何抑制、治理已成為一個具有重要意義的課題。

二、電能質量的好壞，直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的質量，評價電能質量有三方面標準：

1.電壓：它包含電壓的波動、電壓的偏移、電壓的閃變等；

2.頻率波動；

3.電壓的波形質量，即三相電壓波形的對稱性和正弦波的畸變率，也就是諧波所占的比重。

相關標準和規(guī)范《電能質量公用電網(wǎng)諧波》GB／T14549－1993《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限制標準》GB17625.1－1998國際電工學會標準：IEC61000

三、電力系統(tǒng)中的諧波

（一）諧波的定義：在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。電力諧波是頻率為50HZ整倍數(shù)的正弦波電壓或電流。發(fā)電廠或者發(fā)電機發(fā)出的電壓是頻率為50HZ的正弦波波型，稱為基波，50HZ稱為基波頻率。頻率為50HZ整倍數(shù)的正弦波稱為諧波。諧波用基波的倍數(shù)表示，例如頻率為150HZ的正弦波稱為3次諧波，頻率為250HZ的正弦波稱為5次諧波，頻率為350HZ的正弦波稱為7次諧波，以此類推。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。

諧波頻率的正弦波電壓或電流稱為諧波電壓或諧波電流當基波和諧波疊加時，形成形狀怪異的波形，這稱為波形畸變。例如，下圖是基波與5次、7次諧波疊加的結果，這是工業(yè)場合常見的電流波形。

在實際工程中，大多數(shù)諧波為奇次諧波，也就是3、5、7、11、13•••••。

（二）諧波電流與諧波電壓

1.諧波電流：諧波電流諧波電流是非線性負載產(chǎn)生的，諧波電流是非線性負載產(chǎn)生的，這些非線性負載從電源吸取非正弦波的電流，源吸取非正弦波的電流，這些非正弦波電流中包含了諧波電流。

2.諧波電流流過線路時，在線路的兩端產(chǎn)生了諧波電壓，諧諧波電流流過線路時波電壓是由諧波電流產(chǎn)生的。波電壓是由諧波電流產(chǎn)生的。

3.如果特定的配電系統(tǒng)對于N次諧波電流的阻抗為Z3。如果特定的配電系統(tǒng)對于N次諧波電流的阻抗為ZN，諧波如果特定的配電系統(tǒng)對于電流IN在配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的諧波電壓V電流IN在配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的諧波電壓VN為：IN在配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的諧波電壓VN＝INXZN

（三）諧波的度量通常不用諧波電流或電壓的**數(shù)值表示諧波的嚴重程度，通常不用諧波電流或電壓的**數(shù)值表示諧波的嚴重程度，而用諧波在基波中所占的比例來衡量諧波的嚴重程度。用諧波在基波中所占的比例來衡量諧波的嚴重程度。

總諧波電流畸變率THID：THID

THID＝總諧波電流的有效值／基波電流的有效值總諧波電流的有效值／

總諧波電壓畸變率THVD：總諧波電壓畸變率THVD：THVD

THVD＝總諧波電壓的有效值／基波電壓的有效值總諧波電壓的有效值／

單次諧波電流畸變率：單次諧波電流畸變率：此量用于度量某一次諧波電流所占的比例，例如N此量用于度量某一次諧波電流所占的比例，例如N次諧波電流的有效值為I基波電流的有效值為I的有效值為IN，基波電流的有效值為I1，則N次諧波電流的畸變率為：N次諧波電流畸變率＝IN／I1

單次諧波電壓畸變率：單次諧波電壓畸變率：此量用于度量某一次諧波電壓所占的比例，例如N次諧波電此量用于度量某一次諧波電壓所占的比例，例如N壓的有效值為V基波電壓的有效值為V壓的有效值為VN，基波電壓的有效值為V1，則N次諧波電壓的畸變率為：的畸變率為：N次諧波電壓畸變率＝VN／V1

總需求電流畸變率：TDD總需求電流畸變率：總諧波電流的有效值／基波電流的有效值（總需量）TDD＝總諧波電流的有效值／基波電流的有效值（總需量）

總需求電流畸變率TDD與總諧波電流畸變率THID十注意」總需求電流畸變率TDD與總諧波電流畸變率THID十TDD與總諧波電流畸變率THID分相近，TDD分母是用電戶需求的*大基波電流有效值分母是用電戶需求的*大基波電流有效值，分相近，但TDD分母是用電戶需求的*大基波電流有效值，而不是基波電流的有效值。而不是基波電流的有效值。

四、諧波的來源及危害

（一）電網(wǎng)諧波來自于三個方面：一是發(fā)電源質量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；三是用電設備產(chǎn)生的諧波，二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；三是用電設備產(chǎn)生的諧波，其中用電設備產(chǎn)生的諧波*多。設備產(chǎn)生的諧波*多。

（A）發(fā)電設備：發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到**對稱，發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到**對稱，鐵心也很難做到**均勻一致，難做到**均勻一致，發(fā)電機的轉子產(chǎn)生的磁場不可能是完善的正弦波。

（B）輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波。在系統(tǒng)運行中，當變壓器鐵心呈飽和狀態(tài)時，其磁化曲線則呈非線性，當變壓器鐵心呈飽和狀態(tài)時，其磁化曲線則呈非線性，如當變壓器電源側電壓超過額定電壓10％以上時，10％以上時器電源側電壓超過額定電壓10％以上時，會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±由于電網(wǎng)電壓偏移在±7％以下，所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的以下，所以發(fā)電、諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發(fā)電、諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質量的主要矛盾。設備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質量的主要矛盾。影響電網(wǎng)電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備。影響電網(wǎng)電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備。

（C）用電設備：

非線性用電設備主要有以下四大類：

A.電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。電弧加熱設備

B.交流整流的直流用電設備：如電力機車、電解、電鍍等。交流整流的直流用電設備

C.交流整流再逆變用電設備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。交流整流再逆變用電設備

D.開關電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、開關電源設備器等。

電弧加熱設備：弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電弧加熱設備：弧電流是非正弦波，電網(wǎng)的諧波污染比較大。

交流整流的直流用電設備：整流設備有一個閥電壓，在小于交流整流的直流用電設備：整流設備有一個閥電壓，閥電壓時，電流為零。閥電壓時，電流為零。這類用電設備為了提供平穩(wěn)的直流電在整流設備中加入了儲能元件（電容和電感），從而使源，在整流設備中加入了儲能元件（電容和電感），從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。

交流整流再逆變用電設備：在交流變直流過程中產(chǎn)生的諧波交流整流再逆變用電設備：與上述的交流整流直流用電設備一樣，與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流。時又有逆變波形反射到交流電流。

開關電源設備：這類用電設備同樣是單臺容量不大，但它是開關電源設備：這類用電設備同樣是單臺容量不大，應用面*廣、量*大的非線性用電設備，應用面*廣、量*大的非線性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而且三次諧波還會通過配電變壓器污染到上級電網(wǎng)。會通過配電變壓器污染到上級電網(wǎng)。

在電力系統(tǒng)中，供電電壓波型是中心對稱的，因此基本上不含有偶次諧波，主要存在在奇次諧波。其中11、13次以上諧波由于其頻率比較高，而且輸電線路有一定電感量，對地又有一定電容量，相間及線間也有一定電容量。因此，高次諧波在線路傳輸過程中衰減比較快，同時高次諧波在電網(wǎng)中所占的比重也不大，故在電力行業(yè)中不作為主要治理對象。

（二）諧波的危害諧波對于配電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)所供電的用電設備都是十分有害的，

現(xiàn)象電纜過熱變壓器過熱后果電纜早期老化、絕緣損壞原因

諧波電流產(chǎn)生的熱量

縮短變壓器壽命，降低變壓諧波電流產(chǎn)生更大的銅損和鐵損器的有效容量零線中電流過大電纜加速老化甚至誘發(fā)火災3次諧波在零線上疊加，電流有效值接近相線的1.7倍電網(wǎng)上的設備性PLC、UPS、變頻器等誤動作諧波電流流過電網(wǎng)阻抗時，產(chǎn)生了諧波電壓，或者壽命縮短能降低這些諧波電壓對電子設備形成干擾無功補償電容過電容過熱甚至損壞、諧波放諧波電流更容易流過電容，造成電容過載，諧大、電容不能投切等波電流還會誘發(fā)諧振，在電容上產(chǎn)生更大的諧流電機發(fā)熱、振動電機繞組或軸承損壞降低發(fā)電機或UPS的額定功率發(fā)電機和UPS達不到額定的輸出功率波電流，導致電容過熱。諧波電流施加在電機上導致高頻電流和負序電流發(fā)電機和UPS的內(nèi)阻較大，諧波電流流過這些電源時，會產(chǎn)生更大的諧波電壓，導致輸出電壓畸變過大，不能滿足負載的要求保護設備誤動作意外跳閘、斷電，影響正常一般保護設備是按照正弦波電壓和電流進行設生產(chǎn)計和校準的，不適應諧波的場合，諧波電流導致的故障現(xiàn)象分為兩大類：為兩大類：

，導致電纜或變壓器過熱；

**，導致電網(wǎng)上的其他設備出現(xiàn)誤動作或性能降低。無論那類故障現(xiàn)象，元兇都是諧波電流，過熱是由于電流直接導致的，是由于電流直接導致的，干擾其它設備是由諧波電流產(chǎn)生諧波電壓后導致的。