探讨谐波的产生、危害及如何抑制谐波

摘 要：随着国内经济的快速发展以及工业化进程的加快，广泛使用电力电子器件、变频调速装置和微电子技术元件等很多的非线性用电设备，把电力体系的供电质量降低了。电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量就是谐波，所以，谐波的产生以及危害性非常有必要对其实施定性分析，让其深刻了解，扬弃并举，同时在抑制谐波危害的时候，充足施展其有利方面。

关键词：谐波；危害；滤波器

0 引言

随着非线性电力设备的广阔使用，谐波问题在电力体系中愈来愈严重，谐波不但把输配电与用户电力设备的正常应用影响了，还导致了用户增加无功功率电费的支出，并且也出现了对其它设备元件的危害。

1 谐波的产生

（1）谐波产生的原因分析。因为电源自身电动势的偏移与非线性负载造成的是谐波产生的根本原因。当流经负载的电流时，电压和所加的不呈线性关系，电流就变化成非正弦，这样谐波就产生了。基波式分量为I/T的频率，整倍数的基波频率是谐波频率，依据傅立叶解析道理分析，全部重复的波形能够分解为内藏有基波频率以及一连串的基波倍数的谐波正弦波分量。谐波能够分开为偶次和奇次性，奇次谐波的编号为第3、5、7次，而为偶次谐波的是2、4，6、8等，如为50Hz时的基波，为100HZ的2次谐波，谐波150Hz则是3次。在三相系统平衡中，谐波由于是对称性关系，谐波已经没有了偶次，谐波只有奇次。对于整流负载的三相，6n±1次谐波是出现的谐波电流，像5、7，11、13、17、19等。（2）产生谐波源的主要设备。在日常生产活动中产生谐波的主要设备有：变速传动传动装置如变频器、晶闸管控制设备、固定式换流器如UPS、电弧炉、中频炉电影、电弧机、大型建筑物的照明设备、饱和电抗器等。

2 由谐波所引起的危害

（1）危害电力电网的因素：进入电网的谐波电流后，引发电网的电压变形，让电能质量变差与挥霍电网的容量。（2）危害电力电容器的因素：在电容器基波电压上重叠的谐波电压，不但把电容器运行电压的有效值增加了，还也许大大的增加峰值电压，造成电容器在运作中产生的部分放电不能熄灭，而这一般是电容器损坏的一个非常主要的因素。 当非正弦的是电容器的端电压时，电容器介质中出现的附加有功损耗就是出现的额外发热，电容器的运行温度让这些热量升高了。当畸变的电压波形时，在介质中诱导出现部分放电的是尖顶电压波，加上电压的有比较大的变化率，部分放电就有很大的强度，绝缘介质的老化速度就更加加剧了，降低了电容器的运用时间也，间接大大的缩短了电动机、变压器等电力设备的运用寿命，供电的可靠性降低了，很容易给生产经过导致严重后果。（3）危害电力变压器的原因 ：在供电变压器三相四线中，谐波代数叠加的是三次整数倍的，变压器感应到一次侧，造成线圈太热，同时让中线电流太大，发热，甚至烧坏。在电机运行经过中，让交流电压波形严重失真的是谐波，电机烧坏。变压器的铁耗还让谐波还加大了，铁心中的磁滞损耗增加是这主要的体现，谐波让电压的波形变得非常的差，磁滞损耗就更大。（4）危害弱电体系设备的因素：经过磁场耦合的是电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流，不但在相邻电力线的通信线路中会出现干扰电压，干扰通信体系的工作，通信线路通话的清楚度被影响了，并且在谐波与基波的一起功能下，电话铃响会触发，甚至在一些严重的状况下，还会威胁通信设备和人员的安全。

3 怎样抑制谐波

3.1 谐波的波源减少

（1）经过把整流器脉动数增加，因为在电路中整流器广泛使用，它也是谐波关键来源之一，n=Kp±1是它的特点频谱，所以便能知正比关系的是p与n，一个加大另外的一个也会跟着加大。而In≈I1/n，因此会减少谐波电流，也就把谐波减少了。（2）使用脉宽调制办法。运用PWM，在频率所设定的周期内，把电流电压调成等幅但不等宽的一连串交流输出电压脉冲这样来达到抑制谐波。（3）连线方式在三相整流变压器处使用Y-d（Y/）或运用D、Y（/Y）。能够有效清除三的倍数次谐波，这也是最常运用抑制谐波的方法。想要加大体系里的短路容量就要运用上面的办法，有效的把供电电压等级提升，并变流装置增加脉动数，同时三相负荷平衡尽量保持，避免每一类电磁体系饱和，避让体系谐振点。

3.2 经过在谐波源处吸收谐波

在谐波源处吸收谐波电流运用电力滤波设备，是能够有效抑制谐波。这装置又分为有源滤波器与无源滤波器2种。关键安装在设备交流侧的是无源滤波器，像LC回路频率和电路中谐波电流频率一样时，就可以防止流入电网。所以，有效抑制谐波与完善波形主动办法的是设置交流滤波器，同时滤波器还可以向体系提供所需的局部或所有无功。

整流器、逆变器等非线性负荷，由于其自身能够表示为出现高次谐波电流的恒流源，故能用图1来表示高次谐波的等效电路。

流向电网的谐波电流IS与母线的谐波电压VB能表示为：

IS=InZL/（ZS+ZL）

VB=ISZS（2）

式中：注入电网的谐波电流的是IS；

谐波电流为In；

谐波电压为VB；

电网阻抗为ZS；

电网负载阻抗为ZL。

这式说明，当电网阻抗（ZS）必然时，体系负载阻抗（ZL）相对减小，就能够把流向电网的谐波电流与母线的谐波电压（电压畸变）减小。

4 结语

中国深入开展的电能质量治理工作，谐波污染要消除，使用有力的抑制谐波的办法，把谐波侵入电网减小，从而真正把因为谐波污染带来的巨大经济损失减少。有效解决谐波问题，意味着国内电力建设有了全新跨越性进步，是中国将来科技进步和电力发展的优秀开端。

参考文献：

[1]郎文川.供电系统谐波的产生、危害及其防护对策[J].高电压技术，2002（06）.

[2]岳子阳.供电系统中谐波的成因与防护策略[J].硅谷，2012（03）.