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[摘 要]对电力系统中变压器、整流设备等谐波的产生及其危害作了较全面的分析，对其抑制提出了具体可行的办法。
[关键词]谐波 危害 抑制 滤波
中图分类号：TN331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0320-01
谐波为一周期量的正弦波分量 ，其频率为基波频率的整倍数.在用电设备与电力设备急剧增加的同时，也给电网注入了大量的谐波 ，造成了很多危害 ，必须引起我们的高度重视.以下对电力系统中变压器、整流设备等谐波的产生及其危害作出較全面的分析，对其抑制提出具体可行的办法。
1 谐波的产生
谐波的产生来自于3个方面：①发电源质量不高；②输配电系统；③用电设备。
发电源多少会产生一些谐波，但一般来说很少。输配电系统中主要是变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
用电设备中产生的谐波最多，列举如下：
1） 相控晶闸管整流设备
当晶闸管整流装置采用移相控制时，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部份缺角的正弦波.经统计表明，由整流装置产生的谐波占所有谐波的40 %。
2） 变频装置
变频装置由于采用了相位控制，除含有整次谐波外 ，还含有分数次谐波。
3） 荧光灯等气体放电类光源及其他电气设备。
电气设备尤其通讯设备，需要整流，直流电使用，它们均给电网带来奇次谐波电流。
2 谐波的危害
2.1 对供配电线路的危害
普通配电系统中的中性线 ，会产生大量的奇次谐波 ，其中3次谐波的含量可达40%. 三相配电线路中 ， 相线上的3的整数倍谐波电流会在中性线上叠加，使中性线的电流可能超过相线上的电流。
2.2 对电力设备的危害
1）对变压器的危害，谐波使变压器的铜耗、铁耗及噪声增大。
2）对电力电缆的危害，由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大 ，集肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。
3）对电动机的危害，谐波使电动机的附加损耗增加，效率降低。
4）对低压开关的危害，对配电用断路器而言，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热；电子型的断路器，谐波也使额定电流降低。
5）对弱电系统设备的干扰，对于计算机网络、通信、有线电视、报警等弱电设备 ，谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。
3 谐波的抑制
3.1 电源谐波的治理
对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况，解决的方法有两个 ： 一是局部重组电网结构，分离或隔离产生电力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进行治理，有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。电源谐波的治理主要有以下手段：
1） 无源滤波
无源滤波装置是指由无源器件（电感、电容、电阻） 构成的谐波治理和无功补偿装置，如图1所示.它一般由若干个无源滤波器并联而成，每个滤波器在一个或两个谐波频率附近或者在某一个频带内呈现低阻抗，吸收相应的谐波电流，从而使电网中的谐波电流少，达到抑制谐波的目的。
2） 串联电抗器.
为避免电容因谐波电流造成本身的损坏与电网谐波扩大 ，常采用串联电抗器的方法来抑制谐波。串联电抗器是根据检测出的谐波情况恰当选择串联电抗器的百分电抗值 （电抗器的感抗值XL与电容器的容抗值XC之比的百分数）。经过分析计算，由主要存在的谐波次数来选择的电抗器的百分电抗值的情况如表1所示。
实测表明，电力电容器引起的谐波电流以5次和7次为多，因此由表1可选用 6%～13 %电抗值的电抗器。另外，尤其要注意电力电容器串电抗器的谐振特性. 如果检测出电网含3次谐波较多，则应使用13%或15%电抗值的电抗器 ， 绝不能使用6%或8%电抗值的电抗器，因为它不但不能抑制谐波，反而还会使谐波扩大。
3） 有源滤波.
有源滤波采用模拟和数字逻辑电路对有谐波的系统进行电流检测和电流注入。具体做法是将有源滤波器与一个含谐波的负荷并联连接，该有源滤波器产生的谐波电流与负荷产生的谐波电流大小相同相位相反，因此电源仅提供负荷基波电流，如图2所示。有源滤波器可以在电网的任意点接入，如图3所示 ， 在测量完成后便得知电网不同的关键点的谐波畸变.确定有源滤波器规格时需了解：①要进行补偿的电网系统接线图；②额定电压和频率；③谐波电流 ； ④无功功率。
5 结论
随着电力电子设备的广泛应用，电力系统中的谐波分量增大 ，谐波次数增多，给供配电线路、电力设备等带来危害。抑制谐波有多种办法 ，无源滤波及串联电抗器虽然滤波效果不很理想 ，但简单便宜 ，仍在应用 ； 有源滤波提供一种最有效的从电网中清除谐波的方式 ，但价格较贵。随着经济的发展及高新技术产品对高质量电能的普遍要求 ，建设绿色电网将会提到更重要的日程 ，抑制谐波污染已成为人们的共同奋斗目标。
参考文献：
[1] 杨斌文.电力系统中谐波的抑制方法[J].电气时代，2002，（3）：55256.
[2] 邱关源.电路（上册）[M].北京：人民教育出版社，1982.
[关键词]谐波 危害 抑制 滤波
中图分类号：TN331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0320-01
谐波为一周期量的正弦波分量 ，其频率为基波频率的整倍数.在用电设备与电力设备急剧增加的同时，也给电网注入了大量的谐波 ，造成了很多危害 ，必须引起我们的高度重视.以下对电力系统中变压器、整流设备等谐波的产生及其危害作出較全面的分析，对其抑制提出具体可行的办法。
1 谐波的产生
谐波的产生来自于3个方面：①发电源质量不高；②输配电系统；③用电设备。
发电源多少会产生一些谐波，但一般来说很少。输配电系统中主要是变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
用电设备中产生的谐波最多，列举如下：
1） 相控晶闸管整流设备
当晶闸管整流装置采用移相控制时，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部份缺角的正弦波.经统计表明，由整流装置产生的谐波占所有谐波的40 %。
2） 变频装置
变频装置由于采用了相位控制，除含有整次谐波外 ，还含有分数次谐波。
3） 荧光灯等气体放电类光源及其他电气设备。
电气设备尤其通讯设备，需要整流，直流电使用，它们均给电网带来奇次谐波电流。
2 谐波的危害
2.1 对供配电线路的危害
普通配电系统中的中性线 ，会产生大量的奇次谐波 ，其中3次谐波的含量可达40%. 三相配电线路中 ， 相线上的3的整数倍谐波电流会在中性线上叠加，使中性线的电流可能超过相线上的电流。
2.2 对电力设备的危害
1）对变压器的危害，谐波使变压器的铜耗、铁耗及噪声增大。
2）对电力电缆的危害，由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大 ，集肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。
3）对电动机的危害，谐波使电动机的附加损耗增加，效率降低。
4）对低压开关的危害，对配电用断路器而言，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热；电子型的断路器，谐波也使额定电流降低。
5）对弱电系统设备的干扰，对于计算机网络、通信、有线电视、报警等弱电设备 ，谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。
3 谐波的抑制
3.1 电源谐波的治理
对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况，解决的方法有两个 ： 一是局部重组电网结构，分离或隔离产生电力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进行治理，有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。电源谐波的治理主要有以下手段：
1） 无源滤波
无源滤波装置是指由无源器件（电感、电容、电阻） 构成的谐波治理和无功补偿装置，如图1所示.它一般由若干个无源滤波器并联而成，每个滤波器在一个或两个谐波频率附近或者在某一个频带内呈现低阻抗，吸收相应的谐波电流，从而使电网中的谐波电流少，达到抑制谐波的目的。
2） 串联电抗器.
为避免电容因谐波电流造成本身的损坏与电网谐波扩大 ，常采用串联电抗器的方法来抑制谐波。串联电抗器是根据检测出的谐波情况恰当选择串联电抗器的百分电抗值 （电抗器的感抗值XL与电容器的容抗值XC之比的百分数）。经过分析计算，由主要存在的谐波次数来选择的电抗器的百分电抗值的情况如表1所示。
实测表明，电力电容器引起的谐波电流以5次和7次为多，因此由表1可选用 6%～13 %电抗值的电抗器。另外，尤其要注意电力电容器串电抗器的谐振特性. 如果检测出电网含3次谐波较多，则应使用13%或15%电抗值的电抗器 ， 绝不能使用6%或8%电抗值的电抗器，因为它不但不能抑制谐波，反而还会使谐波扩大。
3） 有源滤波.
有源滤波采用模拟和数字逻辑电路对有谐波的系统进行电流检测和电流注入。具体做法是将有源滤波器与一个含谐波的负荷并联连接，该有源滤波器产生的谐波电流与负荷产生的谐波电流大小相同相位相反，因此电源仅提供负荷基波电流，如图2所示。有源滤波器可以在电网的任意点接入，如图3所示 ， 在测量完成后便得知电网不同的关键点的谐波畸变.确定有源滤波器规格时需了解：①要进行补偿的电网系统接线图；②额定电压和频率；③谐波电流 ； ④无功功率。
5 结论
随着电力电子设备的广泛应用，电力系统中的谐波分量增大 ，谐波次数增多，给供配电线路、电力设备等带来危害。抑制谐波有多种办法 ，无源滤波及串联电抗器虽然滤波效果不很理想 ，但简单便宜 ，仍在应用 ； 有源滤波提供一种最有效的从电网中清除谐波的方式 ，但价格较贵。随着经济的发展及高新技术产品对高质量电能的普遍要求 ，建设绿色电网将会提到更重要的日程 ，抑制谐波污染已成为人们的共同奋斗目标。
参考文献：
[1] 杨斌文.电力系统中谐波的抑制方法[J].电气时代，2002，（3）：55256.
[2] 邱关源.电路（上册）[M].北京：人民教育出版社，1982.