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摘要：谐波问题是电力系统的一个痼疾，存在于电力系统的每一环节，是电力系统的一大公害，它会影响供电质量，增加供电设施以及用电设备的额外损耗，降低电力系统的经济效益，妨碍电力系统的有效运行，因此电力系统谐波的治理迫切而重要。本文首先分析了导致电力系统产生谐波的原因，针对这些原因，归纳整理了相应的谐波治理的方法并对其优缺点进行了分析。
关键词：电力系统；谐波；治理方法
1 前言
现代功率电子技术越来越先进，电力系统的结构日渐复杂，很多用电设备用于工业领域，如冶金业、化工业等。这些行业的某些电力设备如电弧炉、电焊机等是非线性的，接入电力网之后，会使基波（正弦波）电流发生畸变，产生谐波。谐波进入电网之后，会对供电设备、电力输送线路以及输出端电器产生很大损害，影响输出的电力质量，使电力系统存在潜在的安全危险。电力系统谐波所引起的事故频频发生，电网的安全问题日吸引了人们的广大注意力，保障电网安全的呼声日渐高涨，因此我们需要高度重视电网中谐波的影响，分析其原因，对症下药，找出谐波的治理方法。
2 谐波产生的原因
2.1 电源产生谐波
电力系统中电力产生的源泉——发电机，由于其现在的制作技术还不成熟，使得目前电网中的发电机达不到标准要求，因此发电机产生的电流难免会偏离正常波形，从而产生谐波，但是谐波量一般很少。
2.2 电力输送系统产生谐波
在电力输出线路中，谐波的主要来源是电流变压器。由于在变压器铁芯饱和时，磁化曲线会相当于一个非线性的电力设备，偏离了线性。变压器铁芯越饱和，电波越偏离正弦波形。而且考虑经济因素，电压器的设计会使工作时的电磁密度选在磁化曲线的近饱和阶段，电波畸变，产生谐波。
2.3 非线性的用电设备产生谐波
现行电力系统的用户端，大量的晶闸管整流设备、引起电荷不平衡的电炉、气体放电类电光源、调压整流设备等非线性设备广泛使用，这些非线性的设备是谐波产生的主要源泉。这些用电设备即使输入的是完全的正弦波电压，其内部结构也会使电流波形畸变，产生谐波。
3 谐波的治理方法
3.1 加强谐波源的治理
在电力供给的源头，即发电机处抑制谐波的产生，不仅能降低电网中谐波的含量，提高供电质量，也可以减低因谐波而造成的电路及用电设备损耗。具体措施有：
（1）增加换流装置的整流相数
理论分析表明，增加换流设备的整流相数时，电流中一些较强的低频率就会消失，相应的谐波电流就会明显减少。这种方法理论上可行，但是考虑到成本因素，在现实中应用较少。
（2）整流电流的多重化
这种方法是减少整流电路中低频率谐波的最常用方式，其基本思路是通过叠加方波，得到与正常波形相似的波，叠加越多，与正常波相似的程度就越大。这种方法若与脉宽调制技术结合使用，消除频率较低的谐波的效果会更加显著。
（3）整流变压器采用Y/或/Y接线
这种方式能有效消除电流中的高频率谐波，一般用于三相整流变压器。这种方法的工作原理是使3的整数倍谐波形成电流，在进入电网前完全消失，从而减少了谐波的输出，保证了供电的质量。
3.2 加装滤波器
在谐波源处加装滤波器，能有效减少谐波电流进入电网，这是使用最普遍的谐波治理方法。滤波器包括有源滤波器和无源滤波器。
（1）无源滤波器
可以采用LC无源滤波器，设置某一数值，那么频率等于这一参数上或者比这一参数高的谐波能通过该滤波器返回谐波源，阻止其进入电网。这种滤波器虽然也有缺点，但是装置简便，成本低，效率很高，所以被广泛使用。
（2）有源滤波器
这种滤波器能够消除无源滤波器的缺点，并且可控性高，反应灵敏，所以现在谐波治理趋向于采用这种滤波器。它能产生可以完全抵消谐波的电流，还跟踪补偿已进入输电系统中的谐波，对谐波进行自动清除，使电网中只剩正弦波电流。
（3）混合有源滤波器
将有源滤波器良好的谐波治理能力与无源滤波器的成本低的优点结合起来，就组成了兼有二者优点的混合有源滤波器，它是目前研发的热点。这种滤波器可通过一定设置使得无源滤波器提供用电设备的正弦波电流，有源滤波器输出谐波电流。与单独使用一种滤波器相比，混合有源滤波器只需标准有源滤波器容量的1/3，就可提供等量的无功功率，所以混合有源滤波器的性价比较高，是一种发展潜力很大的谐波治理与无功补偿方式。
3.3 安装无功补偿装置
在电力系统中可以并联电容器，在输入交流电时电容器的抗阻能力较强，能够发出无功功率对电网进行补偿，并会使谐波会大量进入电容器中，从而减少了电路中的谐波含量。
（1）静止无功补偿装置
这种装置采用功率电子技术查看电力系统中的无功变化和谐波情形，监控所需的无功补偿数量，能够稳定电力系统电压，减少电压突变情况的发生，还可以减少高频率的谐波，降低其危害。
（2）静止同步补偿器
这种装置能够产生或者消除无功功率，并且可以通过变动无功功率的产生量来控制系统的某一参数值。一般情形下，该装置是一种固态继电器，当其接入电源时，就可以发出或者吸入一些可以控制的任何功率，还可以相当于一个滤波器，减少电网中的谐波含量，改善三项（电源电压、线路阻抗、负荷特性）不平衡度，增强电网对谐波的承受力。
3.4 抑制电力电容器放大谐波的方法
若在电力系统中并联电容器，可以平衡电压和提高功率因数。当电网中存在谐波时，特定状态下电容器会放大谐波，这不仅会损害电容器还会影响附近电器的使用安全。这时可以将电容器改用串联方式，或者对电容器组容量的投入进行限制，防止电容器放大谐波并保证电容组的运行安全。 3.5 改善供电环境
保持供电电压在合理数值上平稳输出，维持三相电压平衡，能在较大程度上削弱谐波对电力系统的危害。同时可以通过提高谐波源的电流输入设备的容量或者电网的电压，以增加电力系统承受谐波的能力。由于谐波的一大危害就是增加了电力系统的电器设备的损耗，所以可以安装专门供电线来对产生谐波的电器供电，减轻谐波对其他电力设备的影响力。
3 结束语
上文从各方面详细的总结阐述了谐波的治理方法，主要观点总结如下：
（1）在谐波产生的源头处降低谐波的产生的方法，对于减少电网中的谐波量效果显著，也减弱了谐波对其他负载的损害，所以采用这种方法可以减少大量的后期治理费用。
（2）安装滤波器减少谐波输出量的方法，虽然单独使用一种滤波器的用法更常见，但是考虑到谐波治理的效果，以及治理成本等因素，建议使用混合有源滤波器。
（3）安装无功补偿装置的谐波治理方法，需要一定的经济技术条件。静止无功补偿装置和静止同步补偿装置，均具有多种功能，除了可以治理谐波问题，也能解决电力系统中的其他问题。
（4）若要谐波的治理效果显著，最好不要只采用一种方法，而是要多管齐下，多种方法结合使用，因为每种治理方法都是只对谐波的某一方面起作用。想要全面的大幅度的减少谐波，削弱其影响，必须了解各种方法的优缺点，适用情形，多方模拟他们结合使用后的功效，成本，尽量形成优缺点互补，使谐波的治理效果更显著。
参考文献
[1]郑渠案.电力系统谐波治理浅析[J].天津电力技术，2011（01）.
[2]高扬.电力系统谐波危害的检测和治理[J].科技创新与应用，2012（6）.
[3]鹏晔.电力系统谐波产生的原因及抑制方法[J].大科技，2011（12）.
作者简介：
1.刘少平（1983.05-—），男，汉，籍贯：河北石家庄，河北建筑工程学院学士，工程师，单位：河北省建筑材料工业设计研究院，研究方向：供配电设计、无功补偿、电气节能，
2.李利巧（1980.08-—），女，汉，籍贯：河北邢台，河北工业大学硕士，工程师，单位：河北省建筑材料工业设计研究院，研究方向：工厂供配电、无功补偿、电气节能，
关键词：电力系统；谐波；治理方法
1 前言
现代功率电子技术越来越先进，电力系统的结构日渐复杂，很多用电设备用于工业领域，如冶金业、化工业等。这些行业的某些电力设备如电弧炉、电焊机等是非线性的，接入电力网之后，会使基波（正弦波）电流发生畸变，产生谐波。谐波进入电网之后，会对供电设备、电力输送线路以及输出端电器产生很大损害，影响输出的电力质量，使电力系统存在潜在的安全危险。电力系统谐波所引起的事故频频发生，电网的安全问题日吸引了人们的广大注意力，保障电网安全的呼声日渐高涨，因此我们需要高度重视电网中谐波的影响，分析其原因，对症下药，找出谐波的治理方法。
2 谐波产生的原因
2.1 电源产生谐波
电力系统中电力产生的源泉——发电机，由于其现在的制作技术还不成熟，使得目前电网中的发电机达不到标准要求，因此发电机产生的电流难免会偏离正常波形，从而产生谐波，但是谐波量一般很少。
2.2 电力输送系统产生谐波
在电力输出线路中，谐波的主要来源是电流变压器。由于在变压器铁芯饱和时，磁化曲线会相当于一个非线性的电力设备，偏离了线性。变压器铁芯越饱和，电波越偏离正弦波形。而且考虑经济因素，电压器的设计会使工作时的电磁密度选在磁化曲线的近饱和阶段，电波畸变，产生谐波。
2.3 非线性的用电设备产生谐波
现行电力系统的用户端，大量的晶闸管整流设备、引起电荷不平衡的电炉、气体放电类电光源、调压整流设备等非线性设备广泛使用，这些非线性的设备是谐波产生的主要源泉。这些用电设备即使输入的是完全的正弦波电压，其内部结构也会使电流波形畸变，产生谐波。
3 谐波的治理方法
3.1 加强谐波源的治理
在电力供给的源头，即发电机处抑制谐波的产生，不仅能降低电网中谐波的含量，提高供电质量，也可以减低因谐波而造成的电路及用电设备损耗。具体措施有：
（1）增加换流装置的整流相数
理论分析表明，增加换流设备的整流相数时，电流中一些较强的低频率就会消失，相应的谐波电流就会明显减少。这种方法理论上可行，但是考虑到成本因素，在现实中应用较少。
（2）整流电流的多重化
这种方法是减少整流电路中低频率谐波的最常用方式，其基本思路是通过叠加方波，得到与正常波形相似的波，叠加越多，与正常波相似的程度就越大。这种方法若与脉宽调制技术结合使用，消除频率较低的谐波的效果会更加显著。
（3）整流变压器采用Y/或/Y接线
这种方式能有效消除电流中的高频率谐波，一般用于三相整流变压器。这种方法的工作原理是使3的整数倍谐波形成电流，在进入电网前完全消失，从而减少了谐波的输出，保证了供电的质量。
3.2 加装滤波器
在谐波源处加装滤波器，能有效减少谐波电流进入电网，这是使用最普遍的谐波治理方法。滤波器包括有源滤波器和无源滤波器。
（1）无源滤波器
可以采用LC无源滤波器，设置某一数值，那么频率等于这一参数上或者比这一参数高的谐波能通过该滤波器返回谐波源，阻止其进入电网。这种滤波器虽然也有缺点，但是装置简便，成本低，效率很高，所以被广泛使用。
（2）有源滤波器
这种滤波器能够消除无源滤波器的缺点，并且可控性高，反应灵敏，所以现在谐波治理趋向于采用这种滤波器。它能产生可以完全抵消谐波的电流，还跟踪补偿已进入输电系统中的谐波，对谐波进行自动清除，使电网中只剩正弦波电流。
（3）混合有源滤波器
将有源滤波器良好的谐波治理能力与无源滤波器的成本低的优点结合起来，就组成了兼有二者优点的混合有源滤波器，它是目前研发的热点。这种滤波器可通过一定设置使得无源滤波器提供用电设备的正弦波电流，有源滤波器输出谐波电流。与单独使用一种滤波器相比，混合有源滤波器只需标准有源滤波器容量的1/3，就可提供等量的无功功率，所以混合有源滤波器的性价比较高，是一种发展潜力很大的谐波治理与无功补偿方式。
3.3 安装无功补偿装置
在电力系统中可以并联电容器，在输入交流电时电容器的抗阻能力较强，能够发出无功功率对电网进行补偿，并会使谐波会大量进入电容器中，从而减少了电路中的谐波含量。
（1）静止无功补偿装置
这种装置采用功率电子技术查看电力系统中的无功变化和谐波情形，监控所需的无功补偿数量，能够稳定电力系统电压，减少电压突变情况的发生，还可以减少高频率的谐波，降低其危害。
（2）静止同步补偿器
这种装置能够产生或者消除无功功率，并且可以通过变动无功功率的产生量来控制系统的某一参数值。一般情形下，该装置是一种固态继电器，当其接入电源时，就可以发出或者吸入一些可以控制的任何功率，还可以相当于一个滤波器，减少电网中的谐波含量，改善三项（电源电压、线路阻抗、负荷特性）不平衡度，增强电网对谐波的承受力。
3.4 抑制电力电容器放大谐波的方法
若在电力系统中并联电容器，可以平衡电压和提高功率因数。当电网中存在谐波时，特定状态下电容器会放大谐波，这不仅会损害电容器还会影响附近电器的使用安全。这时可以将电容器改用串联方式，或者对电容器组容量的投入进行限制，防止电容器放大谐波并保证电容组的运行安全。 3.5 改善供电环境
保持供电电压在合理数值上平稳输出，维持三相电压平衡，能在较大程度上削弱谐波对电力系统的危害。同时可以通过提高谐波源的电流输入设备的容量或者电网的电压，以增加电力系统承受谐波的能力。由于谐波的一大危害就是增加了电力系统的电器设备的损耗，所以可以安装专门供电线来对产生谐波的电器供电，减轻谐波对其他电力设备的影响力。
3 结束语
上文从各方面详细的总结阐述了谐波的治理方法，主要观点总结如下：
（1）在谐波产生的源头处降低谐波的产生的方法，对于减少电网中的谐波量效果显著，也减弱了谐波对其他负载的损害，所以采用这种方法可以减少大量的后期治理费用。
（2）安装滤波器减少谐波输出量的方法，虽然单独使用一种滤波器的用法更常见，但是考虑到谐波治理的效果，以及治理成本等因素，建议使用混合有源滤波器。
（3）安装无功补偿装置的谐波治理方法，需要一定的经济技术条件。静止无功补偿装置和静止同步补偿装置，均具有多种功能，除了可以治理谐波问题，也能解决电力系统中的其他问题。
（4）若要谐波的治理效果显著，最好不要只采用一种方法，而是要多管齐下，多种方法结合使用，因为每种治理方法都是只对谐波的某一方面起作用。想要全面的大幅度的减少谐波，削弱其影响，必须了解各种方法的优缺点，适用情形，多方模拟他们结合使用后的功效，成本，尽量形成优缺点互补，使谐波的治理效果更显著。
参考文献
[1]郑渠案.电力系统谐波治理浅析[J].天津电力技术，2011（01）.
[2]高扬.电力系统谐波危害的检测和治理[J].科技创新与应用，2012（6）.
[3]鹏晔.电力系统谐波产生的原因及抑制方法[J].大科技，2011（12）.
作者简介：
1.刘少平（1983.05-—），男，汉，籍贯：河北石家庄，河北建筑工程学院学士，工程师，单位：河北省建筑材料工业设计研究院，研究方向：供配电设计、无功补偿、电气节能，
2.李利巧（1980.08-—），女，汉，籍贯：河北邢台，河北工业大学硕士，工程师，单位：河北省建筑材料工业设计研究院，研究方向：工厂供配电、无功补偿、电气节能，