諧波的概念

當(dāng)電網(wǎng)中的電壓或電流波形非理想的正弦波時(shí)，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(dāng)諧波頻率為工頻頻率的整數(shù)倍時(shí)，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(dāng)諧波頻率不是工頻頻率的整數(shù)倍時(shí)，我們將其稱之為分?jǐn)?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(chǎn)生的原因。

諧波產(chǎn)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(fù)荷而產(chǎn)生諧波，例如可控硅整流器、開關(guān)電源等， 這一類負(fù)荷產(chǎn)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(chǎn)生的主要是5 次和7 次諧波，而三相12 脈波整流器所產(chǎn)生的主要是11 次和13 次諧波;第2 類是由于逆變負(fù)荷而產(chǎn)生諧波，例如中頻爐、變頻器，這一類負(fù)荷不僅產(chǎn)生整數(shù)次諧波，還產(chǎn)生頻率為逆變頻率2 倍的分?jǐn)?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(chǎn)生5 次和7 次諧波，還產(chǎn)生頻率為1640Hz 的分?jǐn)?shù)諧波。

諧波在電網(wǎng)誕生的同時(shí)就是存在的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和變壓器都會(huì)產(chǎn)生少量的諧波。但是由于產(chǎn)生大量諧波的用電設(shè)備不斷增加，并且電網(wǎng)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(yán)重，逐漸引起人們的重視。

諧波造成的危害

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

當(dāng)電網(wǎng)的諧波污染程度小于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時(shí)，通常不會(huì)對(duì)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(yán)重超標(biāo)的情況下，如果不進(jìn)行諧波治理，往往會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果。

諧波造成的危害大致如下：

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

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

(3)對(duì)表計(jì)，諧波會(huì)影響表計(jì)的計(jì)量精度。從原理上進(jìn)行分析：諧波源將其吸收的一部分電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去，因此電能表會(huì)將諧波能量當(dāng)作發(fā)電來進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致計(jì)量誤差。對(duì)于機(jī)械式電能表還會(huì)由于高頻率諧波所產(chǎn)生的高頻渦流阻力而變慢。因?yàn)樵诟叽沃C波嚴(yán)重的情況下(例如中頻爐)會(huì)嚴(yán)重影響電能表的計(jì)量精度，導(dǎo)致莫名其妙的丟電現(xiàn)象。

(4)對(duì)精密電子設(shè)備(包括電子式電能表)，精密電子設(shè)備會(huì)被嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致不能正常工作，甚至燒毀。

(5)對(duì)設(shè)備，所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會(huì)增加，溫升增加。含有電容器的設(shè)備受影響最為嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備損壞以及電容器爆炸等事故.

(6)對(duì)電機(jī)類負(fù)荷，諧波的逆序作用而導(dǎo)致輸出扭矩下降。

(7)對(duì)控制系統(tǒng)，諧波電流會(huì)造成電壓畸變，導(dǎo)致電壓過零點(diǎn)漂移，改變了線電壓之間的位置點(diǎn)，使得控制系統(tǒng)判斷錯(cuò)誤而誤操作等。

諧波源的特性非常復(fù)雜，因?yàn)橹C波的產(chǎn)生不僅僅取決于產(chǎn)生諧波的負(fù)荷本身，還與電網(wǎng)的短路容量、電網(wǎng)的組成形勢(shì)以及電網(wǎng)中的其他負(fù)荷的性質(zhì)有關(guān)。因此濾波器無法做成定型產(chǎn)品， 必須通過技術(shù)人員對(duì)諧波源現(xiàn)場(chǎng)情況的測(cè)試，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

諧波的治理

無源濾波器由濾波電容器， 濾波電抗器等適當(dāng)組合成LZS 濾波裝置， 濾波器除起濾波作用外， 還兼作無功補(bǔ)償作用。 濾波器主要有調(diào)諧和濾波器，雙調(diào)諧和濾波器，高通濾波器，C 型濾波器等。實(shí)際運(yùn)用中根據(jù)諧波電流的分布及大小以及無功需求情況設(shè)計(jì)成幾組濾波器，每一組濾波器對(duì)應(yīng)某一次諧波呈低阻抗，高通濾波器對(duì)截止頻率以上的諧波均呈現(xiàn)低阻抗，C 型濾波具有調(diào)諧頻帶寬，損耗低的特點(diǎn)。濾波器的分組需進(jìn)行精密計(jì)算， 既要濾除主要的諧波電流，也要滿足無功補(bǔ)償要求，同時(shí)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(chǎn)生的諧波電流放大。

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

(1)針對(duì)系統(tǒng)需求選項(xiàng)，可同時(shí)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(bǔ)償無功。

(3)改善沖擊負(fù)載引起的電流沖擊，減少電壓波動(dòng)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(hù)功能齊全，具有短路保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等，運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：

(1)諧波經(jīng)測(cè)試達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)能有效的就地?zé)o功補(bǔ)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(yīng)的帶載能力，節(jié)電率達(dá)10%～30%，減少擴(kuò)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(yùn)行系數(shù)， 保證對(duì)諧波敏感的保護(hù)裝置和器件不發(fā)生誤動(dòng)作，起到節(jié)能降耗的目的。

(3)平均諧波濾除率可達(dá)70%～80% 以上，減小集膚效應(yīng)，熱損、銅損、鐵損、磁損、噪音大為下降，符合國家對(duì)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(zhì)量明顯改善，10kV 側(cè)滿足國標(biāo)GB/T14549-93 優(yōu)化供電質(zhì)量，進(jìn)而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)避免因諧波造成的交流電波形畸變而造成電網(wǎng)計(jì)量具不準(zhǔn)而被當(dāng)?shù)毓╇姴块T罰款。

(5)功率因數(shù)提高到0.92 以上，使電網(wǎng)線損降低并提高配電變壓器的承載效率，力率調(diào)整費(fèi)變罰為獎(jiǎng)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(6)提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，并逐步消除諧波污染，減少諧波對(duì)通信、自動(dòng)裝置、電能計(jì)量和繼電器保護(hù)的干擾。

隨著我國電能質(zhì)量治理工作的深進(jìn)開展，綜合動(dòng)態(tài)的諧波治理措施并同時(shí)考慮電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償問題，是用電企業(yè)當(dāng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時(shí)也能延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高電能利用率，同時(shí)能不斷降低企業(yè)成本，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭力。