隨著工業經濟的迅猛發展，供電系統非線性負荷的大量增加，對電網造成的干擾愈加嚴重和復雜，導致電網供電質量下降。目前電力系統諧波污染與功率因數降低、電磁干擾已并列為電力系統的三大公害。 1 諧波、諧波產生和標準 所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍。 諧波主要由諧波電流源產生：當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發生了畸變，由于負荷與電網相連，故諧波電流注入到電網中，這些設備就成了電力系統的諧波源。 系統中的主要諧波源可分為兩類：① 含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節能和控制用的電力電子設備；② 含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器、發電機組及鐵磁諧振設備等。 國際上對電力諧波問題的研究大約起源于五六十年代，當時的研究主要是針對高壓直流輸電技術中變流器引起的電力系統諧波問題。進入70年代后，隨著電力電子技術的發展及其在工業、交通及家庭中的廣泛應用，諧波問題日趨嚴重，從而引起世界各國的高度重視。各種國際學術組織如電氣與電子工程師協會（IEEE）、國際電工委員會（IEC）和國際大電網會議（CIGRE）相繼各自制定了包括供電系統、各項電力和用電設備以及家用電器在內的諧波標準。我國國家技術監督局于1993年頒布了國家標準GB／T14549－93《電能質量公用電網諧波》，標準給出了公用電網諧波電壓、諧波電流的限制值；GB17625.1《低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值》規定電氣（電子）設備送出的諧波電流限值。 2 諧波的危害 （1） 增加輸、供和用電設備的額外附加損耗，使設備的溫度過熱，降低設備的利用率和壽命： ① 電力諧波對輸電線路的影響： 諧波對供電線路產生了附加損耗。由于集膚效應和鄰近效應，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導線較細，當大量的三次諧波流過中性線時，會使導線過熱，損害絕緣，引起短路甚至火災。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。 ② 電力諧波對變壓器的影響： 諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。 ③ 電力諧波對電力電容器的影響： 含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，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造成電力諧波諧振，使故障加劇。 ④ 諧波對旋轉電機的主要影響是引起附加損耗，其次是產生機械振動、噪聲和諧波過電壓。 （2） 影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性： 特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。 （3） 對通訊系統工作產生干擾： 電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓，干擾通信系統的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設備和人員的安全。 （4） 對用電設備的影響： 電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件溫度出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤，嚴重甚至損害機器。 ⑸ 對產品質量的影響 諧波對敏感的用電設備影響是造成設備工作不穩定，導致產品合格率下降，甚至造成批次性產品報廢。 此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示、計量不準確。 3 諧波源管理與諧波測量（監測） 對諧波源負荷要實行統一設備選型管理、相對集中地安排用地和供電。避免諧波源設備選型不當（劣質）造成諧波污染放大、不合理的地理布局和供電方案造成影響其他企業正常生產，并造成諧波治理難度增大。 諧波源負荷一般要進行測量才能掌握諧波水平和分布情況。測試分為兩種：實地實時用便攜式電能質量分析儀測試、電能質量在線監測。 電能質量實時監測是電能質量綜合治理的基本要求，不僅能夠使我們掌握全網的諧波水平與狀況，了解運行負荷諧波源的分布規律，發現諧波源負荷的動態時間分布特性，研究電網對不同層次諧波的響應特性，觀察并聯無功補償裝置吸收、放大、甚至產生并聯諧振的機理。 4 諧波抑制方法 （1） 嚴格貫徹執行有關電力諧波的國家標準，加強管理： GB17625.1《低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值》，要求購置的用電設備，經過試驗證實，符合該標準限值才允許接入到配電系統中。GB/T14549《電能質量公用電網諧波》，規定的注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網的諧波。 （2） 改善供電系統 加大供電系統短路容量、提高供電電壓等級、增大供電設備容量、盡可能保持三相電壓平衡能提高電網承受能力。對諧波源負荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。 （3） 降低諧波源的諧波含量 在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極，能夠提高電網質量，可大大節省因消除諧波影響而支出的費用。具體方法有： ①增加整流器的脈動數 整流器是電網中的主要諧波源，其特征頻譜為：n＝Kp±1，則可知脈沖數p增加，n也相應增大，而In≈I1／n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動數，可平滑波形，減少諧波。如：整流相數為6相時，5次諧波電流為基波電流的18．5％，7次諧波電流為基波電流的12％，如果將整流相數增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4．5％，7次諧波電流下降到基波電流的3％。 ②脈寬調制法 采用PWM，在所需的頻率周期內，將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。 ③三相整流變壓器采用Y－d（Y／Δ）或D、Y（Δ／Y）的接線 這種接線可消除3的倍數次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。 （4） 在諧波源處吸收諧波電流 這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法，這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種： ①無源濾波器 無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、C、R元件構成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網。 ②有源濾波器 利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為趨向零，達到較實時補償諧波電流的目的。 ③加裝靜止無功補償裝置 快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數。 （5） 防止并聯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放大作用，危及電容器本身和附近電氣設備的安全。可采取串聯電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。 5 諧波污染的綜合治理 諧波治理從形式上可分為諧波源就地治理和區域集中治理兩種。從治理設備的設計原理上分為無源交流濾波、有源交流濾波兩種。 低電壓諧波濾除設備按原理分有無源濾波裝置和有源濾波裝置。有源濾波裝置：國內以高校研究為代表，大多處于實驗室間段；國外以ABB、諾基亞等公司為代表，性價比極低。無源濾波裝置：國內外廠家眾多，主要區別在方案設計、設備工藝、原配件制造與選擇、整機調試等方面，性價比較高。 有源濾波器是一種向系統注入補償諧波電流，以抵消非線性負荷所產生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償，且補償特性不受系統阻抗影響。其結構相對復雜，運行損耗較大，設備造價高；在補償諧波的同時，也會注入新的諧波。 無源濾波器（又稱LC濾波器）是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網。LC濾波器結構簡單，吸收諧波效果明顯；但僅對針對濾波頻率的諧波有較好的補償效果；且補償特性受電網阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網阻抗和LC濾波器之間可能會發生并聯諧振或者串聯諧振。 在研的有向通用無源濾波器（RUHF：RATA Universal Harmonic Filter）是一種采用隔離濾波新技術的新型濾波裝置。由一級串聯電抗器減小流過電網的諧波電流而提高濾波率，用二級反串電抗器確保負荷正常工作電壓，采用小容量濾波電容器獲得高濾波率并且不易受電網結構改變影響、不會與電網諧振。 6 用戶進行諧波治理的效益 直接效益： 提高生產的效率，一是有2%————10%的有功功率節能，二是相對縮短生產時間。有效補償運行產生的滯后無功功率，降低總視在電流、提高變電設備的承載能力；功率因數達到0.9以上，不被征收力率調整電費。 間接效益： 延長電器設備的使用壽命，如斷路器（空開）；延長用戶變壓器使用壽命，減少維護費用。