諧波產生的原因、種類、危害和抑制方法

在電力系統中，諧波污染與電磁干擾、功率因數降低成為了三大公害。

一、 諧波產生的原因

諧波是指一個電氣量的正弦波分量.其頻率為基波(電力系統把50赫茲的電壓或者電流波，叫做基波，不是50Hz的電壓、電流就是諧波)頻率的整數倍，不同頻率的諧波對不同的電氣設備會有不同的影響。諧波主要由諧波電流源產生，當正弦波(基波)電壓施加到非線性負載上時，負載吸收的電流與其上施加的電壓波形不一至，其電流發生了畸變。由于負載與整個網絡相連接，這樣畸變電流就可以流人到電網中，這樣的負載就成了電力系統中的諧波源。

二、 諧波源的種類

在電力系統中產生諧波的主要諧波源有兩種。

1.含有半導體等非線性電氣元件的用電設備。比如工業中常見的各種整流電氣裝置、大容量變頻器、大型交直流變換裝置以及其他的電力、電子裝置。

2.含有電弧和鐵磁材料等的非線性材料的用電設備，比如電弧爐、變壓器、發電機組等電氣設備。

三、諧波的危害

1.使供電線路和用電設備的熱損耗增加。

(1) 諧波對線路的影響

對供電線路來說，由于集膚效應和鄰近效應，線路電阻隨著頻率的增加會很快增加，在線路中會有很大的電能浪費。另外，在電力系統中，由于中性線電流都很小，所以其線徑一般都很細，當大量的諧波電流流過中性線時，會在其上產生大量的熱量，不僅會破壞絕緣，嚴重時還會造成短路，甚至引起火災。

而當諧波頻率與網絡諧振頻率相近或相同時，會在線路中產生很高的諧振電壓。嚴重時會使電力系統或用電設備的絕緣擊穿，造成惡性事故。

(2) 對電力變壓器的影響

諧波電璉的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及銅損，對帶有不對稱負荷的變壓器來說，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

(3)對電力電容器的影響

由于電容器對諧波的阻抗很小，諧波電流疊加到基波電流上，會使電力電容器中流過的電流有很大的增加，使電力電容器的溫升增高，引起電容器過負荷甚至爆炸。同時，諧波還可能與電容器一起在電網中形成諧振，并又施加到電網中。

(4)對電機的影響

諧波會使電機的附加損耗增加，也會產生機械震動，產生甚至引起諧波過電壓.使得電機絕緣損壞。

2.對繼電保護和自動裝置的影響

對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護以及自動裝置的誤動作或拒動，造成整個保護系統的可靠性降低.容易引起系統故障或使系統故障擴大。

3.對通信線路產生干擾。

在電力線路上流過幅度較大的奇次低頻諧波電流時，通過電磁耦合，會在鄰近電力線路的通信線路中產生干擾電壓。干擾通信線路的正常工作，使通話清晰度降低，甚至會引起通信線路的破壞。

4.對用電設備的影響

電力諧波會使電視機、計算機的顯示亮度發生波動，圖像或圖形發生畸變，甚至會使機器內部元件損壞，導致機器無法使用或系統無法運行。

5.對產品質量的影響

當一定頻率的諧波對用電設備有影響時，會使設備工作不穩定，導致產品質量下降。嚴重時會產生批次性產品報廢。

6.諧波對計量儀表的影響

諧波的存在會使計量儀表的指示產生誤差，甚至會導致計量設備無法工作。

四、諧波的抑制方法

1. 改善供電系統

對于供電系統來說，諧波的產生不可避免，但通過加大供電系統短路容量、提高供電系統的電壓等級、加大供電設備的容量、盡可能保持三相負載平衡等措施都可以提高電網抗諧波的能力。

2. 降低諧波源的諧波含量

在線路中對諧波源采取措施，最大限度地避免諧波的產生，這種方法能夠提高電網質量，可在很大程度上避免諧波造成的影響。

(1)采取脈寬調制(PWM)法

采用脈寬調制(PWM)技術，在所需要的頻率周期內，將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖，這種方法可以大大抑制諧波的產生。

(2)增加整流器線路中的脈動數整流器件是電網中的主要諧波源，對于整流器件來說，增加整流脈動數，可以使波形平滑，諧波的產生量減少。

3. 在諧波源處吸收諧波電流

這是目前應用最廣泛的諧波抑制方法。主要有以下幾種：

(1)采用無源濾波器加以抑制

無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、R、C元件構成諧振回路，當諧振回路的諧振頻率與某一諧波頻率相同或相近時，即可阻止該頻率的諧波進入電網。

(2)采用有源濾波器加以抑制

利用可控的功率半導體器件，向電網中輸入與原有的諧波電流幅度相等相位相反的電流，使電網中的總諧波電流趨向于零，達到實時補償諧波的目的。

(3) 通過加裝靜止無功補償裝置加以抑制

在諧波源處并聯加裝靜止無功補償裝置，可以有效減少波動的諧波量，同時，也可以抑制電壓波動、電壓閃變，還可以補償功率因數。

(4)防止電容器組對諧波的放大在電網中并聯電容器組起改善功率因數和調節電壓的作用，當諧波存在時，在一定的參數下電容器組會對諧波起到放大作用，危及電容器本身和附近其他電氣設備的安全，可以采取串聯電抗器或將電容器組的某一支路改為濾波器的方法來限制對諧波的放大，也可以通過限制電容器組的投入容量來避免電容器對諧波的放大。電氣百家