谐波的产生、危害及治理办法

1、精选谐波的产生、危害及治理方法谐波定义：从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于沟通电网有效重量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。正是由于广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。产生的缘由：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。周期性波形的开放依据傅立叶级数的原理，周期函数都可以开放为常数与

2、一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。其开放式中，常数表达的部分称之为直流重量，最小正周期等于原函数的周期的部分称之为基波或一次谐波，最小正周期的若干倍等于原函数的周期的部分称之为高次谐波。因此高次谐波的频率必定也等于基波的频率的若干倍，基波频率3倍的波称之为三次谐波，基波频率5倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。谐波的危害：降低系统容量如变压器、断路器、电缆等加速设备老化，缩短设备使用寿命，甚至损坏设备危害生产平安与稳定铺张电能等。谐波的治理：有源电力滤波器是治理谐波的最优产品。折叠产生缘由在抱负的洁净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电

3、感及电容)的简洁电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。用傅立叶分析原理，能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。在电力系统中，谐波产生的根本缘由是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 。n倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波重量的频率的次数就越高。其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子把握调

4、整器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。次数越高，谐波重量的振幅越低。只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也有可能，谐波重量通过供电网络到达用户网络。例如，供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。折叠产生谐波的设备类型全部的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧光灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。监控

5、装置我国为加强对谐波的监测，管理及治理，于1994年正式颁布了GB/T14549-93国家标准电能质量-公用电网谐波。为了协作国家电力公司电网电能质量技术监督管理规定和国家公用电网谐波标准的执行，保定三伊方长电力电子有限公司自1983年起与华北电力高校合作，研制并生产了SF DZ-3电能质量监测仪等系列产品。该产品可测量三相电压、三相电流的谐波、序重量、电压变动和闪变、电压偏差、功率因数、有功、无功、频率、暂态电压等参数，谐波可测量63次，仪器实时监测定时记录，记录结果可以存盘并打印，为用户供应丰富、完整的实测记录资料。产品广泛应用于变电站、风电场、钢铁企业及电气化铁路，产品通过相关认证，完全

6、能够满足电网运行要求，实现对电网平安保驾护航。区分对比泛音其实就是物理学上的谐波，但次数的定义稍许有些不同，基波频率2倍的音频称之为一次泛音，基波频率3倍的音频称之为二次泛音，以此类推。分类介绍谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波频率是基波频率的整倍数，依据法国数学家傅立叶(MFourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波重量。依据谐波频率的不同，可以分为：折叠4.1、奇次谐波额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐波”，如3、5、7次谐波折叠4.2、偶次谐波额定频率为基波频率偶数倍的谐波，被称为“偶次谐波”，如2

7、、4、6、8次谐波。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消退了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，消灭的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等。变频器主要产生5、7次谐波。折叠4.3、重量谐波频率为基波非整数倍的重量称为间谐波（interharmonics），有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波（sub-harmonics),次谐波可看成直流与工频之间的间谐波。具体请参考GB/T 24337-2009.参数信息折叠5.1、谐波电流谐波电流是由设备或系统引入的非正弦特性电流。谐波电流叠加在主电源上折叠

8、5.2、谐波电压谐波电压是由谐波电流和配电系统上产生的阻抗导致的电压降折叠6.1、阻抗阻抗是在特定频率下配电系统某一点产生的电阻。阻抗取决于变压器和连在系统上的用电设备，以及所接受导体的截面积和长度。折叠6.2、阻抗系数阻抗系数是AF （载波）阻抗相对于50Hz （基波）阻抗的比率。折叠6.3、谐振在配电系统里的设备，与它们存在的电容( 电缆，补偿电容器等) 和电感( 变压器，电抗线圈等) 形成共振电路。后者能够被系统谐波激励而成为谐振。配电系统谐波的一个缘由是变压器铁芯非线性磁化的特性。在这种状况下主要的谐波是3 次的；它在全部导体内与单相重量具有相同的长度，因而在星形点上不能消退。折叠6.

9、4、谐振频率每个电感和电容的连接形成一个具有特定共振频率的谐振电路。一个网络有几个电感和电容就有几个谐振频率。折叠6.5、并联谐振频率网络阻抗达到最大值的频率。在并联谐振电路中，电流重量I L 和I C 大于总电流I 。折叠6.6、串联谐振频率网络的阻抗水平达到最小的频率。在串联谐振电路内分路电压U L 和U C 大于总电压U 。折叠6.7、串联谐振谐电路由电感（电抗器）和电容（电容器）串联的电路。折叠6.8、无功功率电动机和变压器的磁能部分，以及用于能量交换目的的功率转换器等处需要无功功率Q 。与有功功率不同，无功功率并不做功。计量无功功率的单位是Var 或 kvar 。折叠6.9、无功功率

10、补偿供电部门规定一个最小功率因数以避开电能铺张。假如一个工厂的功率因数小于这个最小值，它要为无功功率的部分付费。否则它就应当用电容器提高功率因数，这就必需在用电设备上并联安装电容器。危害方面抱负的公用电网所供应的电压应当是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的消灭，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对四周的其他设备产生干扰。在电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些争辩，并有肯定生疏，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的快速进展使得公用电网的谐波污染日趋严峻，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严峻

11、性才引起人们高度的关注。谐波的危害格外严峻。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电爱护和自动装置误动作，使电能计量消灭混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严峻干扰。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面：折叠7.1、加大企业的电力运行成本由于谐波不经治理是无法自然消退的，因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热，从而加大了电力运行成本，增加了电费的支出。折叠7

12、.2、降低了供电的牢靠性谐波电压在很多状况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严峻的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电牢靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严峻后果。折叠7.3、引发供电事故的发生电网中含有大量的谐波源（变频或整流设备）以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。当电网参数协作不利时，在肯定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力

13、系统的平安运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。折叠7.4、导致设备无法正常工作对旋转的发电机、电动机，由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗，从而降低发输电及用电设备的效率，更为严峻的是谐波振荡简洁使汽轮发电机产生震荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲惫循环，导致设备无法正常工作。折叠7.5、引发恶性事故继电爱护自动装置对于保证电网的平安运行具有格外重要的作用。但是，由于谐波的大量存在，易使电网的各类爱护及自动装置产生误动或拒动，特殊在广泛应用的微机爱护、综合自动扮装置中表现突出，引起区域（厂内）电网瓦解，造成大面积停电等恶性事故。折叠7.6、导

14、致线路短路电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差，达不到正确指示及计量(计量仪表的误差主要反映在电能表上)。断路器开断谐波含量较高的电流时，断路器的遮断力量将大大降低，造成电弧重燃，发生短路，甚至断路器爆炸。折叠7.7、降低产品质量由于谐振波的长期存在,电机等设备运行增大了振动， 使生产误差加大,降低产品的加工精度，降低产品质量。折叠7.8、影响通讯系统的正常工作当输电线路与通讯线路平行或相距较近时，由于两者之间存在静电感应和电磁感应，形成电场耦合和磁场耦合，谐波重量将在通讯系统内产生声频干扰，从而降低信号的传输质量，破坏信号的正常传输，不仅影响通话的清楚度，严峻时将威逼通讯设备及人身平安。谐

15、波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。治理方法目前常用的谐波治理的方法无外乎有三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。折叠8.1、无源谐波滤除装置无源滤波器主要是由电感器与电容器构成。无源滤波装置的成本较低，经济，简便，因此获得广泛应用。无源滤波器可以分为并联滤波器与串联滤波器。8.1.1、无源并联滤波器现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构简单，成本增高，并且由于通

16、常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会相互干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此，假如有人将并联滤波器安装前后的谐波状况做过对比，就会发觉：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的简单性，使用并联滤波器的方法明显无法应付无限频率成分

17、的谐波。8.1.2、无源串联滤波器由电感与电容串联构成的LC串联滤波器，具有一个阻抗很低的串联谐振点，假如我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器，并将其串联在线路中，就可以滤掉全部的谐波。这就是本文介绍的串联滤波器，串联滤波器由电感和电容串联而成，并且串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一个意思表示电感与电容串联，另一个意思表示串联在电路中使用。在三相电路中均接入串联滤波器，由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对谐波电流的阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除全部频率的谐波。串联滤波器对于谐振点频率的电流具有极低的阻抗，对于偏离谐振点频率的电流，则阻

18、抗增大，偏离的越多，阻抗越大。对于比谐振点频率高的电流成分，电感的阻抗为主，对于比谐振点频率低的电流成分，电容的阻抗为主。由于谐波成分通常比基波频率高，因此滤除谐波的工作主要由电感完成，电容的作用是抵消电感对工频基波的阻抗。由于滤除谐波的作用主要由电感完成，因此电感量越大滤除谐波的效果越好。但是电感量越大则价格越高，损耗越大，因此从成本及损耗上去考虑问题则期望电感量越小越好。当电感的基波感抗小于负荷等效基波阻抗的50%时，不能实现良好的滤波效果（负荷等效基波阻抗就是负荷相电压有效值与相电流有效值的比值）。因此电感的基波感抗必需大于负荷等效基波阻抗的50%。对于电容器的选择与电感的选择状况不同，

19、电感的匝数可以任凭设计，而电容器的耐压只有固定的若干等级，不能任凭设计。比如在低压配电系统中，就只有耐压230V与400V的电力电容器可供选择。由于电容器串联在电路中，电容器中的电流即为负荷电流，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器中流过的电流等于电容器的额定电流，电容器得到充分的利用，因此，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器的成本最低。实际的串联滤波器成本主要由电感与电容器的成本构成。串联谐振的电感与电容对基波的阻抗相等并且电流相同，因此电感与电容的基波工作电压相同。前面已经说明，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器的成本最低，因此电感的实际工作电压应当等于电

20、容器的额定电压。电容器的额定电压等级大都与电网电压相当，假如电感的实际工作电压等于电容器的额定电压，相当于电感阻抗与负荷阻抗相当，可以取得最好的性能价格比。在这个基础上，假如提高电感的感抗，虽然滤波效果可以提高但提高不多，电感的成本增加，电容器需要串联，成本急剧增加，性能价格比下降，因此电感的基波感抗大于负荷等效基波阻抗的200%没有实际意义，假如降低电感的感抗，则滤波效果下降，电感的成本降低，电容器的容量增加因此成本增加，性能价格比也下降。为了获得足够的牢靠性，电感与电容器的实际工作电压应略低于电容器的额定电压。当谐波电流由外网窜入而影响内网负荷设备的正常运行时，在电源与负荷设备之间接入串联

21、滤波器就可以阻挡谐波保证负荷设备的正常运行。当谐波由内网设备产生而影响系统时，产生谐波的设备即为谐波源，在谐波源与电源之间接入串联滤波器就可以使谐波源产生的谐波电流大幅度减小。这里需要留意：串联滤波器使谐波源自身产生的谐波电流减小，相当于使污染源产生的污染减小，是治本的手段。而并联滤波器并不能减小谐波源产生的谐波，而是为谐波电流供应一个低阻抗的通道，避开谐波电流污染系统，相当于先污染再治理的方式，是治标的手段。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流。当串联滤波器连接在电源与谐波源之间时，谐波源的输入电压波形会发生严峻畸变，正时这种电压波形的畸变使得谐波源的电

22、流接近正弦波。这种输入电压波形畸变可能会影响谐波源把握电路的正常运行，假如消灭把握电路不能正常运行的状况，应当将把握电路的电源改接至串联滤波器的前端。折叠8.2、有源谐波滤除装置有源谐波滤除装置是在无源滤波装置的基础上进展起来的。8.2.1、有源滤波装置的优点有源滤波装置能做到适时补偿，且不增加电网的容性元件，滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。8.2.2、有源滤波装置的缺点有源滤波装置由于受到电力电子元件耐压，额定电流的进展限制，成本极高，其制作也较之无源滤波装置简单得多，成本也就高得多了。8.2.3、有源滤波装置的原理有源滤波装置主要是由电力电子元件组成电路，使之产

23、生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。8.2.4、有源滤波装置的适用场合有源滤波器主要的应用范围是计算机把握系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机把握供电系统。8.2.5、有源滤波装置的现状对单台的有源滤波装置而言，其利润是可观的，但用户一般不情愿用有源滤波，对于谐波的含量，不必滤得太洁净，只要不危害其他用电器也就可以了。折叠8.3、无功补偿人们对有功功率的理解格外简洁，而要深刻生疏无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重

24、要性的生疏，却是全都的。无功补偿应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。8.3.1、谐波和无功功率的产生在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所供应的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必需吸取无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所打算的。电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特殊是各种相控装置。如相控整流器、相控沟通功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流

25、，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗肯定的无功功率。近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都接受晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所生疏。直流侧接受电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波重量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。但其输入

26、电流的谐波重量却很大，给电网造成严峻污染，也使得总的功率因数很低。另外，接受相控方式的沟通电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。8.3.2、无功补偿概述无功功率对供电系统和负荷的运行都是格外重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗有功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必需从网络中某个地方获得。明显，这些无功功率假如都要由发电机供应并经过长距离传送是不合理的，通常也是不行能的。合理的方法应