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摘要：文章对电力系统谐波产生的原因及其危害进行了总结，为了防止电网受到电力供电设备产生谐波的危害，讨论了谐波相关参数理论计算方法和检测谐波的手段，并针对其提出了治理谐波的有效方案。
关键词：方案；抑制；工程；危害；谐波
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
由于电力机车、电弧炉、电子装置等非线性设备越来越多地应用于人们的生产生活中，但是，电力电子装置、设备的广泛应用也因电网谐波污染问题而影响了供电质量。电力系统的三大公害分别为功率因数降低、电磁干扰、谐波。谐波对电力系统造成了污染，系统电流、电压波形产生畸变，增加了电力元件的损耗，对仪表正常的工作状态造成了影响。高次谐波污染不但对整个电力系统的安全运行造成了威胁，而且成为电力电子技术的发展的障碍。所以，电力系统谐波的治理问题刻不容缓。
谐波的产生与影响
周期电气量的正弦波分量频率是基波频率的整数倍为谐波。谐波电流源产生了谐波，当非线性设备被施加了正弦基波电压时，设备所施加的电压波形与吸收的电流不同，因此，电流产生了畸变，电网与负荷相连，当电网中被注入谐波电流时，设备成为电力系统的谐波源。通常，电流、电压波形的畸变也源于电力系统谐波问题。非线性设备产生谐波，非线性设备就是谐波的谐波源，作为非线性设备的谐波源分为2类，⑴现代电力电子非线性设备，随着科学、经济的高速发展，大大提高了电力系统运行的自动化程度，大量电力电子技术和装置也被广泛应用，人们在生产生活中大量接触、使用到的如电视机、计算机、家用电器等，以及电力电子装置，都属于谐波源。这些电器与电力电子装置及其二极管整流电路、晶闸管相控整流电路、开关电源等会造成大量的谐波电流产生。⑵电弧炉、旋转电机、变压器等传统非线性设备，变压器和旋转电机是整个电力系统产生谐波的关键所在，作为感性负荷其使用最为最广泛。电机设备处于暂态扰动时，会产生大量的谐波，这时的设备正处于非正常运行以及负荷发生剧烈变化的状态下；在线槽中，陷入了旋转电机的绕组，不能达到按正弦分布的线槽产生了畸变的磁动势；作为主要的谐波源，谐波含量取决于变压器励磁电流的铁心饱和程度。施加电压为额定电压，谐波电流含量小，铁心在现行范围内工作，但电业升高时，增加大量谐波电流含量，铁心在饱和区工作。
谐波对电力系统产生的影响：⑴通信系统受谐波的影响，对于信息处理设备及通信设备而言，较高次谐波会产生影响和干扰，跟随频率，导线之间电感电容耦合作用成近似线性上升。⑵自动化装置和继电保护装置受諧波的影响，谐波会使机电型继电器的时间延时特性发生改变，并对断路器的开端能力产生影响，这时由于机电型继电器的动作受电流零值或峰值和电压控制；对于三次谐波电流和零序电流，电流继电器不能够对其进行有效区分，会产生误动作，从而导致电网事故的发生。另外，谐波会使晶闸管的触发装置产生出发错误，还会对正常工作状态下的仪表测量工作带来影响。⑶电容器受谐波的影响，电感与电容器形成串联谐振回路，放大谐波的同时，会烧毁电容；吸收大量谐波会熔断熔断器，导致电容器过流；谐波还会缩短电容器的使用寿命，使电容器介质发热，增加其损耗。⑷电动机受谐波的影响，一方面，启动电动机时，脉动干扰力矩对设备作用，进而产生较大噪声，所以，负序基波电流和谐波电流的有效值之和通常小于电动机额定电流；另一方面，在电动机短路阻抗上，谐波电压产生电动机负序基波电流和谐波电流，引起电机发热，促使电动机绕组产生附加铁耗和铜耗，严重时会致使电机烧毁。⑸变压器受谐波的影响，电动机和变压器既是谐波的受害者，也是谐波的制造者。通过变压器的铁芯和绕组，谐波电流和谐波电压加深了变压器的铁损和铜损，从而使运行噪声、产生共振、容量裕度、绝缘能力等变压器的各项运行指标受到影响，随着变压器温度升高，其使用寿命和安全稳定性也会大大降低。
检测谐波
神经网络法、广义d-q旋转坐标变换法、瞬时无功功率理论法、小波变换法、傅立叶变换法、模拟滤波法等谐波检测方法是以时域理论和频域理论为基础的。早期的谐波电流的检查方法采用陷波器滤除基波电流分量后，获得谐波分量，也其实现采用了模拟滤波器。该方法存在对电路元件参数和电网频率波动敏感、误差大、设计难度大等问题。伴随微电子技术和计算机技术的深入推广，对无功电流和谐波的检测可以采用傅立叶分析方法来实现。该方法能够获得所需的无功功率及谐波，它的计算根据所采集的周期电流值来进行。但是，该方法存在检测结果未能及时反映当前无功电流和谐波、延迟检测时间、计算所需工作量大、两次变换较为复杂、需要一定时间的电流值等缺点。在瞬时无功功率Q和瞬时有功功率P的定义的基础上，把三相电路的电流和电压瞬时值变换为正交坐标系上，在根据所定义的瞬时无功功率q，瞬时有功功率p，后q、p的直流分量可通过低通滤波器获得。得出A、B、C相的谐波分量和基波分量。
谐波的治理
消除和抑制谐波的方案有四种，第一，加设静止无功补偿装置；第二，防止并联电容器组放大谐波；第三，吸收谐波源产生的谐波电流，下面，我们就来具体了解谐波补偿方法。
3.1加设静止无功补偿装置
如卷扬机、电力机车、电弧炉等快速变化的谐波源会引起供电电压的闪变和波动，同时产生谐波，对共用电网的电能质量产生严重影响。将静止无功补偿装置并联于谐波源处，能够有效补偿功率，改善供电环境，以致电压闪变、电压波动，有效减小波动的谐波量。
3.2防止并联电容器组放大谐波
可以将电容器组并联于电网中，可以有效起到调节电压和改善功率因数的作用，在一定的参数下，存在谐波时，电容器组会放大谐波，对电容器及其周围的电气设备安全性造成威胁。
3.3吸收谐波源产生的谐波电流
3.3.1有源滤波法
有源滤波器由静态功率变流器构成，是一种抑制谐波和动态无功补偿的新型电力电子补偿器，它具备了电力电子变流器的快速响应性和高可控性。和无源滤波器相比较而言，负载注入电网的谐波电流大小与有源滤波器向交流电网所注入的补偿电流幅值相等，从而能够对无源滤波器的缺陷进行有效补偿，并抵消负载产生的谐波电流。有源电力滤波器能够及时对补偿负载的无功功率进行补偿，它具有良好的动态性能，属于主动型的补偿装置，有效补偿谐波。
3.3.2静止无功补偿法
对谐波造成的无功功率变化进行补偿，可以通过在电网侧投入无功补偿装置来实现，并有效提高功率因数。它能够提高公路因数、减少无功损耗、吸收动态无功功率的同时，还能够减少电压畸变、保持系统电压的稳定、自动适时对补偿量进行控制、并跟踪谐波波动及电网无功情况。该方法确保供电质量，提高供电系统的静态和动态稳定性，补偿3相负荷不平衡的同时，还可以减少谐波公害，吸收高次谐波。
3.3.3LC无源滤波法
LC无源滤波器利用LC谐振回路对向电网注入的谐波电流进行有效抑制，它是一种较为常见的谐波补偿装置。当某一高次谐波电流频率域谐振回路的谐振频率相一致时，可滤除该次谐波电流，控制其进入电网，多个高次谐波的滤除可通过多个不同谐振频率的谐振回路来实现。该方法的缺点在于电网运行状态和电网阻抗会影响补偿特性，放大谐波，容易与系统产生并联谐振，严重的会烧毁LC谐波器。另外，该方法只能对固定频率的谐波进行补偿，且补偿效果不佳。
结束语
治理电力系统中谐波污染涉及了谐波标准、谐波抑制、电网谐波潮流计算、谐波源分析、谐波检测等综合方面，谐波的有效治理结合了理论与实践，相信在进一步的研究中，能够发现更有有效的谐波治理方法。
参考文献
[1]李天云，袁明哲，郑波，许洁，于奉振，谐波和间谐波三参数识别的SSI-LS方法[J].电力系统保护与控制，2011(10).
[2]孙媛媛，王小宇，尹志明，多谐波源系统的非迭代式谐波潮流分析[J].中国电机工程学报，2012(7).
[3]朱思国，欧阳红林，朱英浩，H桥级联型逆变器的迭代谐波消除方法[J].高电压技术，2011(2).
关键词：方案；抑制；工程；危害；谐波
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
由于电力机车、电弧炉、电子装置等非线性设备越来越多地应用于人们的生产生活中，但是，电力电子装置、设备的广泛应用也因电网谐波污染问题而影响了供电质量。电力系统的三大公害分别为功率因数降低、电磁干扰、谐波。谐波对电力系统造成了污染，系统电流、电压波形产生畸变，增加了电力元件的损耗，对仪表正常的工作状态造成了影响。高次谐波污染不但对整个电力系统的安全运行造成了威胁，而且成为电力电子技术的发展的障碍。所以，电力系统谐波的治理问题刻不容缓。
谐波的产生与影响
周期电气量的正弦波分量频率是基波频率的整数倍为谐波。谐波电流源产生了谐波，当非线性设备被施加了正弦基波电压时，设备所施加的电压波形与吸收的电流不同，因此，电流产生了畸变，电网与负荷相连，当电网中被注入谐波电流时，设备成为电力系统的谐波源。通常，电流、电压波形的畸变也源于电力系统谐波问题。非线性设备产生谐波，非线性设备就是谐波的谐波源，作为非线性设备的谐波源分为2类，⑴现代电力电子非线性设备，随着科学、经济的高速发展，大大提高了电力系统运行的自动化程度，大量电力电子技术和装置也被广泛应用，人们在生产生活中大量接触、使用到的如电视机、计算机、家用电器等，以及电力电子装置，都属于谐波源。这些电器与电力电子装置及其二极管整流电路、晶闸管相控整流电路、开关电源等会造成大量的谐波电流产生。⑵电弧炉、旋转电机、变压器等传统非线性设备，变压器和旋转电机是整个电力系统产生谐波的关键所在，作为感性负荷其使用最为最广泛。电机设备处于暂态扰动时，会产生大量的谐波，这时的设备正处于非正常运行以及负荷发生剧烈变化的状态下；在线槽中，陷入了旋转电机的绕组，不能达到按正弦分布的线槽产生了畸变的磁动势；作为主要的谐波源，谐波含量取决于变压器励磁电流的铁心饱和程度。施加电压为额定电压，谐波电流含量小，铁心在现行范围内工作，但电业升高时，增加大量谐波电流含量，铁心在饱和区工作。
谐波对电力系统产生的影响：⑴通信系统受谐波的影响，对于信息处理设备及通信设备而言，较高次谐波会产生影响和干扰，跟随频率，导线之间电感电容耦合作用成近似线性上升。⑵自动化装置和继电保护装置受諧波的影响，谐波会使机电型继电器的时间延时特性发生改变，并对断路器的开端能力产生影响，这时由于机电型继电器的动作受电流零值或峰值和电压控制；对于三次谐波电流和零序电流，电流继电器不能够对其进行有效区分，会产生误动作，从而导致电网事故的发生。另外，谐波会使晶闸管的触发装置产生出发错误，还会对正常工作状态下的仪表测量工作带来影响。⑶电容器受谐波的影响，电感与电容器形成串联谐振回路，放大谐波的同时，会烧毁电容；吸收大量谐波会熔断熔断器，导致电容器过流；谐波还会缩短电容器的使用寿命，使电容器介质发热，增加其损耗。⑷电动机受谐波的影响，一方面，启动电动机时，脉动干扰力矩对设备作用，进而产生较大噪声，所以，负序基波电流和谐波电流的有效值之和通常小于电动机额定电流；另一方面，在电动机短路阻抗上，谐波电压产生电动机负序基波电流和谐波电流，引起电机发热，促使电动机绕组产生附加铁耗和铜耗，严重时会致使电机烧毁。⑸变压器受谐波的影响，电动机和变压器既是谐波的受害者，也是谐波的制造者。通过变压器的铁芯和绕组，谐波电流和谐波电压加深了变压器的铁损和铜损，从而使运行噪声、产生共振、容量裕度、绝缘能力等变压器的各项运行指标受到影响，随着变压器温度升高，其使用寿命和安全稳定性也会大大降低。
检测谐波
神经网络法、广义d-q旋转坐标变换法、瞬时无功功率理论法、小波变换法、傅立叶变换法、模拟滤波法等谐波检测方法是以时域理论和频域理论为基础的。早期的谐波电流的检查方法采用陷波器滤除基波电流分量后，获得谐波分量，也其实现采用了模拟滤波器。该方法存在对电路元件参数和电网频率波动敏感、误差大、设计难度大等问题。伴随微电子技术和计算机技术的深入推广，对无功电流和谐波的检测可以采用傅立叶分析方法来实现。该方法能够获得所需的无功功率及谐波，它的计算根据所采集的周期电流值来进行。但是，该方法存在检测结果未能及时反映当前无功电流和谐波、延迟检测时间、计算所需工作量大、两次变换较为复杂、需要一定时间的电流值等缺点。在瞬时无功功率Q和瞬时有功功率P的定义的基础上，把三相电路的电流和电压瞬时值变换为正交坐标系上，在根据所定义的瞬时无功功率q，瞬时有功功率p，后q、p的直流分量可通过低通滤波器获得。得出A、B、C相的谐波分量和基波分量。
谐波的治理
消除和抑制谐波的方案有四种，第一，加设静止无功补偿装置；第二，防止并联电容器组放大谐波；第三，吸收谐波源产生的谐波电流，下面，我们就来具体了解谐波补偿方法。
3.1加设静止无功补偿装置
如卷扬机、电力机车、电弧炉等快速变化的谐波源会引起供电电压的闪变和波动，同时产生谐波，对共用电网的电能质量产生严重影响。将静止无功补偿装置并联于谐波源处，能够有效补偿功率，改善供电环境，以致电压闪变、电压波动，有效减小波动的谐波量。
3.2防止并联电容器组放大谐波
可以将电容器组并联于电网中，可以有效起到调节电压和改善功率因数的作用，在一定的参数下，存在谐波时，电容器组会放大谐波，对电容器及其周围的电气设备安全性造成威胁。
3.3吸收谐波源产生的谐波电流
3.3.1有源滤波法
有源滤波器由静态功率变流器构成，是一种抑制谐波和动态无功补偿的新型电力电子补偿器，它具备了电力电子变流器的快速响应性和高可控性。和无源滤波器相比较而言，负载注入电网的谐波电流大小与有源滤波器向交流电网所注入的补偿电流幅值相等，从而能够对无源滤波器的缺陷进行有效补偿，并抵消负载产生的谐波电流。有源电力滤波器能够及时对补偿负载的无功功率进行补偿，它具有良好的动态性能，属于主动型的补偿装置，有效补偿谐波。
3.3.2静止无功补偿法
对谐波造成的无功功率变化进行补偿，可以通过在电网侧投入无功补偿装置来实现，并有效提高功率因数。它能够提高公路因数、减少无功损耗、吸收动态无功功率的同时，还能够减少电压畸变、保持系统电压的稳定、自动适时对补偿量进行控制、并跟踪谐波波动及电网无功情况。该方法确保供电质量，提高供电系统的静态和动态稳定性，补偿3相负荷不平衡的同时，还可以减少谐波公害，吸收高次谐波。
3.3.3LC无源滤波法
LC无源滤波器利用LC谐振回路对向电网注入的谐波电流进行有效抑制，它是一种较为常见的谐波补偿装置。当某一高次谐波电流频率域谐振回路的谐振频率相一致时，可滤除该次谐波电流，控制其进入电网，多个高次谐波的滤除可通过多个不同谐振频率的谐振回路来实现。该方法的缺点在于电网运行状态和电网阻抗会影响补偿特性，放大谐波，容易与系统产生并联谐振，严重的会烧毁LC谐波器。另外，该方法只能对固定频率的谐波进行补偿，且补偿效果不佳。
结束语
治理电力系统中谐波污染涉及了谐波标准、谐波抑制、电网谐波潮流计算、谐波源分析、谐波检测等综合方面，谐波的有效治理结合了理论与实践，相信在进一步的研究中，能够发现更有有效的谐波治理方法。
参考文献
[1]李天云，袁明哲，郑波，许洁，于奉振，谐波和间谐波三参数识别的SSI-LS方法[J].电力系统保护与控制，2011(10).
[2]孙媛媛，王小宇，尹志明，多谐波源系统的非迭代式谐波潮流分析[J].中国电机工程学报，2012(7).
[3]朱思国，欧阳红林，朱英浩，H桥级联型逆变器的迭代谐波消除方法[J].高电压技术，2011(2).