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摘要：通信电源是通信系统中非常重要的组成部分。当前因为服务器、计算机等多种半导体元件与功率较大的非线性负荷被广泛使用，从而产生许多的谐波，并对通信电源系统造成了极其严重的影响。因此，对谐波进行抑制与治理的研究就显得非常重要，只有这样才能够保证网络系统稳定的运行。文章主要探讨了通信电源系统的谐波原因和影响以及治理方法，希望能够为相关工作人员提供参考与借鉴。
关键词：通信电源谐波原因影响治理
中图分类号：F407文献标识码： A
近年来,电力系统的发展尤 为迅速 洛级各类用户数量也迅猛的增长特别是计算机、电动机,以及服务 器等诸多设备的广泛使用，致使 整个电力系统的阻抗变大， 导致系统中的无功功 率过量消耗， 将系统的一些功率 因素严重的降低 ，进而引发发 电机的输出功率明显 降低， 从而导致电力传输线上 的一些线损过量增加。与此同时， 因为越来越多非线性等 电子装置的广泛应用，致使非常多的谐波被注入到电 网中,出现了谐 波污染的情况， 从而导致正弦波形也出现了畸变 严重影响了供 电质量。所 以充分研究与分析谐波产生的原因并且找到消除谐波的方法显得至关重要。
1、谐波产生的原因
通信电源系统是通信系统的重要组成部分在一定程度上影响着通信系统的运行可靠性与运行安全。电源系统之所以会产生谐波的原因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，导致电路中有谐波产生。对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，使电网电压、电流波形不同程度畸变成非正弦波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)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分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。
1.1 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
1.2 在用电设备中，下面一些设备都能产生谐波：
1.2.1 晶闸管整流设备。晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，在留下部分中含有大量的谐波。由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，采用晶闸管整理的常见设备有充电装置、开关电源电力机车等。
1.2.2 变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波。
1.2.3 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
1.2.4 气体放电类电光源。荧光灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。这类电光源的伏安特性非线性十分严重，它们会给电网造成奇次谐波电流。
1.2.5 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
2、谐波影响范围
在电网中，理想的电源所提供的电压为50赫兹，并且频率单一，不会出现变化。可是随着谐波电流的广泛加入，理想电网受到了非常大的影响，并导致电压的幅值也超过很多，不再是以往的单一状态。在这种情形下，导致负载的运行环境也非常不稳定，对负载产生了非常严重的消极影响。对电网产生的影响。
2.1谐波产生的电流会使变压器漏磁、铜损现象严重的增加。谐波电压使铁损严重增加，谐波功率产生的噪声非常大，此外线圈电流也明显升高，并且磁通量在发生高频交变时，变压器的铁芯就会产生涡流。除此之外，谐波对电源系统自身也会造成非常严重的影响，谐波会导致电网的运行效率严重的降低，同时使发出的电能被大量的浪费；使每种开关以及继电保护等出现了拒动或者是误动；使仪表的精确度也有所下降。对通信设备产生的影响。
2.2谐波会产生感应电磁场，可以对通信质量造成非常严重的影响。对电容器产生的影响。
2.3型的电动机与低压电网，全部都存在无功功率补偿或者是功率因数补偿，这些补偿全部是通过电容器来有效实现的。此时其对电容器就会产生诸多的影响，会导致其产生过电压、过电流，以及温度过高等现象，最终导致击穿损坏等情况。形成上述现象的主要原因就是谐波电流出现了并联谐振，导致非常大的电流出现。此外串联谐振还会出现过电压，通常情况下电容器的运行电流一般都会不大于额定值电流的1.3倍，如果不在这个范围之内就会迅速形成破坏。
3、通信电源系统中谐波治理对策思考
3.1谐波治理方法与设备选择
对于通信电源系统的谐波抑制与治理而言，主要有两种方法：一是抑制通信电源系统中谐波的产生；二是采取措施治理以产生谐波。而对于通信供电系统而言，最为严重的谐波源便是系统中的整流设备，因此，在治理无法避免的谐波时，可对系统中设备进行技术升级，从而达到减少系统设备的谐波的目的。在治理过程中，又细分为三种谐波治理方式：第一，就地治理。第二，区域治理。第三，集中治理。
综上可见，无论何种治理方式，均是通过加设滤波设备的方式，消除系统中的谐波干扰。因此，滤波设备的选择与安装便成为了通信电源系统中谐波治理的关键。
3.2谐波治理设备的安装与调试
3.2.1滤波设备选择
在通信电源系统谐波治理中，无（有）源滤波器、混合型滤波器是三类非常典型的谐波治理设备。其中，无源滤波器是由电阻、电感以及电容三类原件组合形成 LC 滤波电路的谐波治理设备，根据其元器件容量与安装位置，可选择装设滤波器或者用于系统电力设备输入端进行综合滤波。该类谐波治理设备主要优势在于谐波过滤效果良好，结构简单，然而仅能针对固定频率进行滤波治理，加之 LC 电路的参数漂移问题，其滤波效果有待提高。有源滤波器在消除谐波过程中，可对系统中的谐波实施动态补偿，可有效降低高次谐波电流引发的线路以及设备损耗等，并能实现谐波变化的跟踪补偿，具有良好的谐波抑制效果，但其结构复杂，以及在实施补偿中产生的功耗较高。混合型有源滤波器在应用中，可将其串联在负载、无源滤波器与电源之间有源滤波器视作一个抗阻器件，其对谐波抗阻表现为高阻，而对基波则的抗阻则为 0，从而避免了电网中谐波的流入，达到隔离谐波、避免谐振的作用。
3.2.2滤波设备安装与调试
在安装谐波治理设备之前，应合理选择滤波设备的容量 I。若设在滤波设备安装处实际测得的谐波电流值为 I0，选择的谐波实测量用 THDi表示，则安装的滤波设备需满足以下条件：I≥ （THDi实测值 -THDi目标值）
在设备安装过程中，首先应正确选取其安装位置，同时还需留出足够的空间，以便于谐波治理设备的调试与维护。同时，在安装过程中，进行设备接线时，应严格检查输入的驻点参数，确保其满足设备安裝的技术规范要求。再次，在导线敷设时，还需确保其接线端子与导线截面积能够对应于工作电流，并留有足够的裕量，以确保滤波设备在进行高次谐波补偿过程中的安全运行。最后，在完成安装之后，在经检查，确保接线无误之后，还需依据调试图进行设备调试，在滤波设备正常运行情况下，方可投入谐波治理之中。
4、谐波电流的计算
由于谐波电流计算涉及到诸多因素，尤其是在实际发生的现场更为复杂，很多设备即使谐波源，同时也是吸收谐波的消谐装置。在这种情况下，收集到完整的电气设备谐波数据是很困难的，在此提出谐波电流计算的经验公式，以满足工程设计要求；
ITHD=k1×k2×THDi■（1）
ITHD：谐波电流，单位：A；
k1：负荷率，即计算负荷占变压器额定容量的比例，通常在0.5～0.8之间；
k2：综合治理系数，通常在0.2～01.0之间；
S：变压器额定荣，单位：kVA；
THDi：谐波电流畸变率，通常在10%～35%之间。
k2的定义及选取。供电系统中的变频设备不同，容量不同，接线形式不同，那么，谐波产生后，同样会相互作用，同时，以功率因数校正为主的补偿装置也会与谐波相互作用，有吸收，也有震荡，故设置k2系数。根据火电发电厂中的变频设备类型、数量，k2取值在0.6～0.8。
根据工程经验，THDi的取值在20%～25%。变频器数量较多时，可取值在25%～35%。
例如，某电厂，一台空冷变压器的额定容量为2500kVA，负荷率k1为0.8，综合治理系数k2取0.7，谐波电流畸变率取25%。
由公式（1），得
ITHD=0.8×0.7×25%■=505.2A
得出估算的谐波电流值，便可进一步选出适当的APF产品，从而避免了谐波电流值估算过大或过小，从而影响APF的谐波消除效果。
5、结语
随着通信电源系统中非线性负载以及电源设备的大量运用，导致系统中谐波大量产生，威胁着通信供电系统供电质量与运行安全性，根据实际，选用并加装合适的滤波设备，抑制与治理系统中的谐波，对于提升通信电源系统中电源设备的运行效率具有重要的实践意义。
关键词：通信电源谐波原因影响治理
中图分类号：F407文献标识码： A
近年来,电力系统的发展尤 为迅速 洛级各类用户数量也迅猛的增长特别是计算机、电动机,以及服务 器等诸多设备的广泛使用，致使 整个电力系统的阻抗变大， 导致系统中的无功功 率过量消耗， 将系统的一些功率 因素严重的降低 ，进而引发发 电机的输出功率明显 降低， 从而导致电力传输线上 的一些线损过量增加。与此同时， 因为越来越多非线性等 电子装置的广泛应用，致使非常多的谐波被注入到电 网中,出现了谐 波污染的情况， 从而导致正弦波形也出现了畸变 严重影响了供 电质量。所 以充分研究与分析谐波产生的原因并且找到消除谐波的方法显得至关重要。
1、谐波产生的原因
通信电源系统是通信系统的重要组成部分在一定程度上影响着通信系统的运行可靠性与运行安全。电源系统之所以会产生谐波的原因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，导致电路中有谐波产生。对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，使电网电压、电流波形不同程度畸变成非正弦波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)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分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。
1.1 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
1.2 在用电设备中，下面一些设备都能产生谐波：
1.2.1 晶闸管整流设备。晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，在留下部分中含有大量的谐波。由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，采用晶闸管整理的常见设备有充电装置、开关电源电力机车等。
1.2.2 变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波。
1.2.3 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
1.2.4 气体放电类电光源。荧光灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。这类电光源的伏安特性非线性十分严重，它们会给电网造成奇次谐波电流。
1.2.5 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
2、谐波影响范围
在电网中，理想的电源所提供的电压为50赫兹，并且频率单一，不会出现变化。可是随着谐波电流的广泛加入，理想电网受到了非常大的影响，并导致电压的幅值也超过很多，不再是以往的单一状态。在这种情形下，导致负载的运行环境也非常不稳定，对负载产生了非常严重的消极影响。对电网产生的影响。
2.1谐波产生的电流会使变压器漏磁、铜损现象严重的增加。谐波电压使铁损严重增加，谐波功率产生的噪声非常大，此外线圈电流也明显升高，并且磁通量在发生高频交变时，变压器的铁芯就会产生涡流。除此之外，谐波对电源系统自身也会造成非常严重的影响，谐波会导致电网的运行效率严重的降低，同时使发出的电能被大量的浪费；使每种开关以及继电保护等出现了拒动或者是误动；使仪表的精确度也有所下降。对通信设备产生的影响。
2.2谐波会产生感应电磁场，可以对通信质量造成非常严重的影响。对电容器产生的影响。
2.3型的电动机与低压电网，全部都存在无功功率补偿或者是功率因数补偿，这些补偿全部是通过电容器来有效实现的。此时其对电容器就会产生诸多的影响，会导致其产生过电压、过电流，以及温度过高等现象，最终导致击穿损坏等情况。形成上述现象的主要原因就是谐波电流出现了并联谐振，导致非常大的电流出现。此外串联谐振还会出现过电压，通常情况下电容器的运行电流一般都会不大于额定值电流的1.3倍，如果不在这个范围之内就会迅速形成破坏。
3、通信电源系统中谐波治理对策思考
3.1谐波治理方法与设备选择
对于通信电源系统的谐波抑制与治理而言，主要有两种方法：一是抑制通信电源系统中谐波的产生；二是采取措施治理以产生谐波。而对于通信供电系统而言，最为严重的谐波源便是系统中的整流设备，因此，在治理无法避免的谐波时，可对系统中设备进行技术升级，从而达到减少系统设备的谐波的目的。在治理过程中，又细分为三种谐波治理方式：第一，就地治理。第二，区域治理。第三，集中治理。
综上可见，无论何种治理方式，均是通过加设滤波设备的方式，消除系统中的谐波干扰。因此，滤波设备的选择与安装便成为了通信电源系统中谐波治理的关键。
3.2谐波治理设备的安装与调试
3.2.1滤波设备选择
在通信电源系统谐波治理中，无（有）源滤波器、混合型滤波器是三类非常典型的谐波治理设备。其中，无源滤波器是由电阻、电感以及电容三类原件组合形成 LC 滤波电路的谐波治理设备，根据其元器件容量与安装位置，可选择装设滤波器或者用于系统电力设备输入端进行综合滤波。该类谐波治理设备主要优势在于谐波过滤效果良好，结构简单，然而仅能针对固定频率进行滤波治理，加之 LC 电路的参数漂移问题，其滤波效果有待提高。有源滤波器在消除谐波过程中，可对系统中的谐波实施动态补偿，可有效降低高次谐波电流引发的线路以及设备损耗等，并能实现谐波变化的跟踪补偿，具有良好的谐波抑制效果，但其结构复杂，以及在实施补偿中产生的功耗较高。混合型有源滤波器在应用中，可将其串联在负载、无源滤波器与电源之间有源滤波器视作一个抗阻器件，其对谐波抗阻表现为高阻，而对基波则的抗阻则为 0，从而避免了电网中谐波的流入，达到隔离谐波、避免谐振的作用。
3.2.2滤波设备安装与调试
在安装谐波治理设备之前，应合理选择滤波设备的容量 I。若设在滤波设备安装处实际测得的谐波电流值为 I0，选择的谐波实测量用 THDi表示，则安装的滤波设备需满足以下条件：I≥ （THDi实测值 -THDi目标值）
在设备安装过程中，首先应正确选取其安装位置，同时还需留出足够的空间，以便于谐波治理设备的调试与维护。同时，在安装过程中，进行设备接线时，应严格检查输入的驻点参数，确保其满足设备安裝的技术规范要求。再次，在导线敷设时，还需确保其接线端子与导线截面积能够对应于工作电流，并留有足够的裕量，以确保滤波设备在进行高次谐波补偿过程中的安全运行。最后，在完成安装之后，在经检查，确保接线无误之后，还需依据调试图进行设备调试，在滤波设备正常运行情况下，方可投入谐波治理之中。
4、谐波电流的计算
由于谐波电流计算涉及到诸多因素，尤其是在实际发生的现场更为复杂，很多设备即使谐波源，同时也是吸收谐波的消谐装置。在这种情况下，收集到完整的电气设备谐波数据是很困难的，在此提出谐波电流计算的经验公式，以满足工程设计要求；
ITHD=k1×k2×THDi■（1）
ITHD：谐波电流，单位：A；
k1：负荷率，即计算负荷占变压器额定容量的比例，通常在0.5～0.8之间；
k2：综合治理系数，通常在0.2～01.0之间；
S：变压器额定荣，单位：kVA；
THDi：谐波电流畸变率，通常在10%～35%之间。
k2的定义及选取。供电系统中的变频设备不同，容量不同，接线形式不同，那么，谐波产生后，同样会相互作用，同时，以功率因数校正为主的补偿装置也会与谐波相互作用，有吸收，也有震荡，故设置k2系数。根据火电发电厂中的变频设备类型、数量，k2取值在0.6～0.8。
根据工程经验，THDi的取值在20%～25%。变频器数量较多时，可取值在25%～35%。
例如，某电厂，一台空冷变压器的额定容量为2500kVA，负荷率k1为0.8，综合治理系数k2取0.7，谐波电流畸变率取25%。
由公式（1），得
ITHD=0.8×0.7×25%■=505.2A
得出估算的谐波电流值，便可进一步选出适当的APF产品，从而避免了谐波电流值估算过大或过小，从而影响APF的谐波消除效果。
5、结语
随着通信电源系统中非线性负载以及电源设备的大量运用，导致系统中谐波大量产生，威胁着通信供电系统供电质量与运行安全性，根据实际，选用并加装合适的滤波设备，抑制与治理系统中的谐波，对于提升通信电源系统中电源设备的运行效率具有重要的实践意义。