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摘要：近几年，电子技术发展极为迅速，而电网谐波不仅污染了电子系统，还危害到生物，因而对其的治理工作不可忽视。文章主要探讨了电网谐波污染危害及其治理措施，并对治理措施的效果进行了相关的评价。
关键词：电网谐波；系统容量；无源滤波器；有源滤波器
近十几年来，随着电力电子技术的飞速发展，电力系统中的电力电子器件应用越来越广泛，使电力系统谐波污染问题日益严重威胁着电力系统的安全经济运行，电力网的谐波污染问题也越来越不容忽视。因此， 必须加强设备管理，提高对谐波危害的认识，采取防护措施， 对电网谐波加以治理。
1、电网谐波的生成
在电网中，发电机发电都是三相对称的交流正弦波，其频率各国有所差异，我国的规定是50Hz，这就是基波。谐波是相对于基波而言的，谐波国标GB/T14549-93上的说明是“对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率为基波频率大于1的整数倍的分量”，由于非正弦波都可以用傅立叶级数表示，它的幅值和初相角都与谐波次数有关。根据谐波的谐波次数可以分为奇次谐波和偶次谐波。另外，当谐波同基波频率不是整倍数关系时称为谐间波，当谐波频率低于基波频率时称为次谐波。
我国的供电系统的基波频率都是50Hz，当电网的正弦波电压加在非线性负荷上时，负荷吸收的电流就会不同于施加电压的波形，也就是电流出现了畸变。畸变电流会在电源系统的阻抗上产生电压降，也就是畸变电压。畸变电压在电源部分，对后边的所有负荷都会产生影响，无论线性还是非线性，后边就会产生更多的畸变电压。当电网中某种比例电抗器自身电抗和电容比率合适，就可以产生固定次数的谐波电流，而且这种谐波电流会被放大，甚至达到电源电流的10倍以上。在电网中存在很多谐波电流，但是对于使用电器只要谐波电流很小就不会有问题，只有谐波电流很大时才会产生危险。由此可以知道产生谐波的根本原因还是负载的非线性特性，非线性负荷造成电压和电流的非线性关系，从而引起畸变电流和畸变电压，这里主要有三种类型的设备：铁磁饱和、电子开关、电弧。典型设备有电抗器、变压器、整流器晶闸管、逆变器、电弧钢炉和交流焊接机等。
2、谐波对电网和电气设备的危害
2.1 谐波对电机的影响
通常谐波的频率都会高于基波频率，而一些电机对频率是非常敏感的，在电机运行时会产生集肤效应和磁滞涡流，使得附加损耗增加。并且会使定子和转子建立的漏磁场产生额外的损耗，对斜槽转子感应机、定子磁通的变化都会产生很大的铁损。对很多小型电机的实验已经证明，电机持续受到负序电压为额定电压3%时，电机的寿命至少减半，由于不规律的谐振会造成电动机的震动加强，电动机的机械寿命也会大大减小。一些特殊情况下还会使电动机的局部过热，严重损坏电机。另外，谐波还可能产生脉冲波，这对电机的转矩影响较大，严重的时候还会出现转子断条以及转轴扭曲振动的问题。
2.2 对电力变压器的影响
通常电力变压器的激磁电流中都存在谐波电流，但是一般在额定电流的1%～3%，这样变压器的磁通还是趋于正弦波的，所以它不会引起变压器的铁损和发热。即便是变压器启动时，存在的谐波电流很大，甚至超过额定电压，但是一般浪涌电流存在的时间都很短，也不至于对变压器构成威胁。但是变压器谐波振动时，谐波电流将会被成倍放大。对于全星形接法的变压器，正常时每相绕组电压的3次谐波含有率可达到相当大的数值，若绕组中性点接地，且该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器组时，可能构成接近于3次谐波谐振的条件，使3次谐波电压和电流增大。
2.3 谐波对通信和电器的影响
谐波对通信线路的干扰主要通过电容耦合、电磁感应、电气传导进行。谐波对通信线路的干扰，不但可能损害通话的清晰度，而且在谐波和基波的综合作用下曾发生多次触发电话铃响的情况，甚至在极端情况下会威胁到通信设备和人员的安全。家用电器通常对电压电流都是有限制的，一方面供电点的质量会使很多电器直接受到谐波危害；另一方面，电器本身也会产生谐波，所以电器群中的电器还会相互影响，这样更增加了供电电压畸变。谐波电流和电压噪声以及静电场都会使计算机的程序出错，使得一些家电不能正常工作。
3 电网谐波污染治理措施
供电系统的谐波污染必须采取有效措施进行治理，从技术方面来说，主要包括以下方面：
3.1 提高系统容量
提高系统容量能够相对减小谐波对系统的影响效果。但该方法有以下不足：不能消除系统中谐波；增加系统建设投资；不适用已建项目；新建配电系统时需要考虑系统谐波情况而增加系统容量。
3.2 串联电抗器
串联电抗器能够滤除部分谐波。但该方法有以下不足：滤波效率低；串联电抗器电抗率过高会影响设备出力，电压降过大；整流器前必需安装进线电抗器。
3.3 变压器接线不同方式
三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。采用Dyn11变压器可以阻止零序谐波进入变压器高压侧。不足点在于：零序谐波在低压侧依然存在，零序谐波在变压器原边三角形绕组感应形成环流，导致变压器发热、过载。
3.4 使用无源滤波器
3.4.1 失谐型滤波器
装设静止无功补偿装置，主要针对的是大型非线性负荷设备如电弧炉和某些轧钢机等，这些非线性带有一定的随机性，可以随时被无功补偿装置吸收，从而减小了谐波对系统的损害。各并联电容器串同一个电抗率的电抗，电抗率偏离频率最低谐波10%以上进行选择，已达到补偿和滤波的效果。
3.4.2 调谐型滤波器
当前调谐型滤波器最常用的可能要数LC型的了，因为其在可以同时使谐波和无功功率均得到补偿。串联电抗的电抗率随着滤波次数的改变而不同，偏离调谐频率一般在10%以内，滤波作用为主，效果比较理想，补偿作用为辅，较适用，结构简单，成本小。但LC调谐型滤波器也存在难以克服的不足：电网阻抗以及其运行状态会明显影响到该滤波器的补偿特性，如同系统产生并联谐振的情况，增大谐波干扰，导致LC滤波器过载，严重时烧毁；对基波补无功，难免出现过补偿情况；滤波效率偏低，对谐波频率要求比较苛刻，要求其状态不变，每次谐波需要一组滤波器，容易过载；难以兼顾滤波及无功补偿两个方面；工程设计较为繁琐，产品标准化难以实现。
3.5 有源电力滤波器
有源滤波器是一种静态转换器，即向网络注入与谐波幅值相同但相位相反的谐波，从而得到标准的正弦波。该方法动态补偿谐波，滤波效率高；不受系统影响，不会产生谐振；可以滤波，也可以同时滤波和无功补偿；不会发生过载，但价格偏高。
4 结语
谐波的存在威胁了电气设备的正常运行，同时也给电能计量带来了麻烦。在消除谐波的措施中，HAPF逐渐取代了PPF，这也是科技发展的必然结果，相信随着科技的进一步发展，更有效且成本更低的技术一定还会出现。
参考文献
[1]周国威，吴胜利.电网中谐波的危害及消除高次谐波的方法[J].电力电容电容器.2006，2.
[2]逄型华.谐波及其治理[J].煤炭技术，2006，8.
[3]李明强，王杰，王双.谐波对电网影响的探讨与研究[J].供用电，2005，5.
作者简介：刘辉（1979-），硕士研究生，2005年毕业于南京航空航天大学电机与电器专业，从事电力系统通信方面工作。
关键词：电网谐波；系统容量；无源滤波器；有源滤波器
近十几年来，随着电力电子技术的飞速发展，电力系统中的电力电子器件应用越来越广泛，使电力系统谐波污染问题日益严重威胁着电力系统的安全经济运行，电力网的谐波污染问题也越来越不容忽视。因此， 必须加强设备管理，提高对谐波危害的认识，采取防护措施， 对电网谐波加以治理。
1、电网谐波的生成
在电网中，发电机发电都是三相对称的交流正弦波，其频率各国有所差异，我国的规定是50Hz，这就是基波。谐波是相对于基波而言的，谐波国标GB/T14549-93上的说明是“对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率为基波频率大于1的整数倍的分量”，由于非正弦波都可以用傅立叶级数表示，它的幅值和初相角都与谐波次数有关。根据谐波的谐波次数可以分为奇次谐波和偶次谐波。另外，当谐波同基波频率不是整倍数关系时称为谐间波，当谐波频率低于基波频率时称为次谐波。
我国的供电系统的基波频率都是50Hz，当电网的正弦波电压加在非线性负荷上时，负荷吸收的电流就会不同于施加电压的波形，也就是电流出现了畸变。畸变电流会在电源系统的阻抗上产生电压降，也就是畸变电压。畸变电压在电源部分，对后边的所有负荷都会产生影响，无论线性还是非线性，后边就会产生更多的畸变电压。当电网中某种比例电抗器自身电抗和电容比率合适，就可以产生固定次数的谐波电流，而且这种谐波电流会被放大，甚至达到电源电流的10倍以上。在电网中存在很多谐波电流，但是对于使用电器只要谐波电流很小就不会有问题，只有谐波电流很大时才会产生危险。由此可以知道产生谐波的根本原因还是负载的非线性特性，非线性负荷造成电压和电流的非线性关系，从而引起畸变电流和畸变电压，这里主要有三种类型的设备：铁磁饱和、电子开关、电弧。典型设备有电抗器、变压器、整流器晶闸管、逆变器、电弧钢炉和交流焊接机等。
2、谐波对电网和电气设备的危害
2.1 谐波对电机的影响
通常谐波的频率都会高于基波频率，而一些电机对频率是非常敏感的，在电机运行时会产生集肤效应和磁滞涡流，使得附加损耗增加。并且会使定子和转子建立的漏磁场产生额外的损耗，对斜槽转子感应机、定子磁通的变化都会产生很大的铁损。对很多小型电机的实验已经证明，电机持续受到负序电压为额定电压3%时，电机的寿命至少减半，由于不规律的谐振会造成电动机的震动加强，电动机的机械寿命也会大大减小。一些特殊情况下还会使电动机的局部过热，严重损坏电机。另外，谐波还可能产生脉冲波，这对电机的转矩影响较大，严重的时候还会出现转子断条以及转轴扭曲振动的问题。
2.2 对电力变压器的影响
通常电力变压器的激磁电流中都存在谐波电流，但是一般在额定电流的1%～3%，这样变压器的磁通还是趋于正弦波的，所以它不会引起变压器的铁损和发热。即便是变压器启动时，存在的谐波电流很大，甚至超过额定电压，但是一般浪涌电流存在的时间都很短，也不至于对变压器构成威胁。但是变压器谐波振动时，谐波电流将会被成倍放大。对于全星形接法的变压器，正常时每相绕组电压的3次谐波含有率可达到相当大的数值，若绕组中性点接地，且该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器组时，可能构成接近于3次谐波谐振的条件，使3次谐波电压和电流增大。
2.3 谐波对通信和电器的影响
谐波对通信线路的干扰主要通过电容耦合、电磁感应、电气传导进行。谐波对通信线路的干扰，不但可能损害通话的清晰度，而且在谐波和基波的综合作用下曾发生多次触发电话铃响的情况，甚至在极端情况下会威胁到通信设备和人员的安全。家用电器通常对电压电流都是有限制的，一方面供电点的质量会使很多电器直接受到谐波危害；另一方面，电器本身也会产生谐波，所以电器群中的电器还会相互影响，这样更增加了供电电压畸变。谐波电流和电压噪声以及静电场都会使计算机的程序出错，使得一些家电不能正常工作。
3 电网谐波污染治理措施
供电系统的谐波污染必须采取有效措施进行治理，从技术方面来说，主要包括以下方面：
3.1 提高系统容量
提高系统容量能够相对减小谐波对系统的影响效果。但该方法有以下不足：不能消除系统中谐波；增加系统建设投资；不适用已建项目；新建配电系统时需要考虑系统谐波情况而增加系统容量。
3.2 串联电抗器
串联电抗器能够滤除部分谐波。但该方法有以下不足：滤波效率低；串联电抗器电抗率过高会影响设备出力，电压降过大；整流器前必需安装进线电抗器。
3.3 变压器接线不同方式
三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。采用Dyn11变压器可以阻止零序谐波进入变压器高压侧。不足点在于：零序谐波在低压侧依然存在，零序谐波在变压器原边三角形绕组感应形成环流，导致变压器发热、过载。
3.4 使用无源滤波器
3.4.1 失谐型滤波器
装设静止无功补偿装置，主要针对的是大型非线性负荷设备如电弧炉和某些轧钢机等，这些非线性带有一定的随机性，可以随时被无功补偿装置吸收，从而减小了谐波对系统的损害。各并联电容器串同一个电抗率的电抗，电抗率偏离频率最低谐波10%以上进行选择，已达到补偿和滤波的效果。
3.4.2 调谐型滤波器
当前调谐型滤波器最常用的可能要数LC型的了，因为其在可以同时使谐波和无功功率均得到补偿。串联电抗的电抗率随着滤波次数的改变而不同，偏离调谐频率一般在10%以内，滤波作用为主，效果比较理想，补偿作用为辅，较适用，结构简单，成本小。但LC调谐型滤波器也存在难以克服的不足：电网阻抗以及其运行状态会明显影响到该滤波器的补偿特性，如同系统产生并联谐振的情况，增大谐波干扰，导致LC滤波器过载，严重时烧毁；对基波补无功，难免出现过补偿情况；滤波效率偏低，对谐波频率要求比较苛刻，要求其状态不变，每次谐波需要一组滤波器，容易过载；难以兼顾滤波及无功补偿两个方面；工程设计较为繁琐，产品标准化难以实现。
3.5 有源电力滤波器
有源滤波器是一种静态转换器，即向网络注入与谐波幅值相同但相位相反的谐波，从而得到标准的正弦波。该方法动态补偿谐波，滤波效率高；不受系统影响，不会产生谐振；可以滤波，也可以同时滤波和无功补偿；不会发生过载，但价格偏高。
4 结语
谐波的存在威胁了电气设备的正常运行，同时也给电能计量带来了麻烦。在消除谐波的措施中，HAPF逐渐取代了PPF，这也是科技发展的必然结果，相信随着科技的进一步发展，更有效且成本更低的技术一定还会出现。
参考文献
[1]周国威，吴胜利.电网中谐波的危害及消除高次谐波的方法[J].电力电容电容器.2006，2.
[2]逄型华.谐波及其治理[J].煤炭技术，2006，8.
[3]李明强，王杰，王双.谐波对电网影响的探讨与研究[J].供用电，2005，5.
作者简介：刘辉（1979-），硕士研究生，2005年毕业于南京航空航天大学电机与电器专业，从事电力系统通信方面工作。