摘 要：高次谐波在电力系统中存在于很多的方面，甚至很多的电气设备都能产生高次谐波，本文主要从高次谐波的危害程度方面去研究高次谐波，并给出一些治理的措施。 关键词：高次谐波；电容器；抑制
随着社会经济的不断发展，安全用电在社会的各个方面越来越重要，一方面供电企业不断地完善自身的设备为用电客户提供优质的服务，另一方面广大的用电客户也在不断地要求供电部门提供更多高效的设备保障其用电，随着更多的设备进入电力行业，电能的应用形式也在发生着不断的变化。但随着电子技术应用的深度和广度的出现，电力系统中的波形失真日益增大，电力系统中产生的高次谐波却危害着电力系统的稳定运行，高次谐波能使得电力系统运行时电压波形产生畸形，使电网瘫痪，对一些电容器也会造成巨大的损害。
电力系统中的三相交流电电压产生的波形基本上是正弦波，正常的波形基本上是无直流和高次谐波之分。但随着电力设备的发展和运用产生的谐波对电网造成的污染，有些用电器产生的非线性负荷及冲击负荷对电力系统发、供、用电设备的安全经济运行造成不良影响和危害。因此，防止和治理电力系统中的高次谐波成为目前电力系统中重要的问题。
1 高次谐波的定义及其产生原因分析
目前对于谐波的定义的说法较多，而国际上普遍认为谐波是一个有周期的正弦波的分量，其频率是基波的整数倍。当电力系统的频率为额定频率50Hz, 则基波频率为50Hz、2次谐波频率为100Hz、3次谐波频率为150Hz等。而目前在电力系统中存在危害的谐波较多，高次谐波的危害越来越大，这也是今后电力系统改革中首要解决的问题。
由于各种非线性的电子元件日益应用到电力系统中，使得原本能产生正弦波的电源由于非线性元件的存在使在系统中和用户处的线路中总会产生高次谐波的电流和电压，产生高次谐波的元件比较多，例如一些交流电动机、电焊机、电石炉、变压器和感应电炉等, 化工行业的高频炉、电解设备, 钢铁行业的大型轧钢机，铁道部门的电气机车、电车公司的整流站等, 家用电器如电视机等。最为严重的是大型的整流装置和电弧炉, 它们产生的高次谐波电流最为突出, 是造成电力系统中谐波污染的最主要的因素。
在电力系统中运用的电气设备都能产生高次谐波，并对电力系统的安全运行产生很大的影响，在这里可通过以下设备进行分析：整流装置是电力系统中最重要的谐波源，例如在很多的设备中都是用整流装置，例如电视机、电池充电器、电力机车等；电弧炉因为在燃烧方面不够稳定，容易产生三相谐波电流；变压器则由于铁芯处于饱和状态，磁化的曲线呈非线性，电流畸变也会变大，这是一种稳态的谐波源。在某些电网中，由于供电线路较长，负荷较轻，充电功率大，并且没有电抗器作为补充装置等因素会造成电网的电压过高，使得电流波形畸变严重。电力机车主要是采用工频单向全波整流电路系统，因此它与整流装置一样会产生谐波也会污染电网的安全运行；而家用电器中的电视机被称为是产生谐波电流的罪魁祸首，原因是电视机的回路一般是采用二级管桥式全波整流，在使用时会产生较强的奇次谐波电流，尤其是目前广大用户普遍使用的彩色电视机较为严重，奇次波具有负序特性，在电网中能够引起电压产生畸变的现象。随着家用电器的越来越普及的运用，一些家用电器，例如电冰箱、洗衣机、空调、吸尘器等电器也在走进千家万户，但这些用电设备会有绕组设备的不平衡电流的变化，也对电网的波形产生影响。此外。交流发电机也会在电力系统中产生高次谐波，原因是交流同步发电机定子绕组在布置上不可能做到完全的对称，总会导致转子磁极不对称情况的出现，结果会造成转子和定子铁芯之间有不均匀的空隙，同时会造成发电机定子、转子间气隙磁通分布不均匀，也会存在有非工频正弦波分量产生，但由于隐极发电机采用的是比较短的绕组以及分布绕组，并采用了三相定子绕组星形接线的方式，降低了5、7次以及3次谐波量，因此使得交流发电机的谐波分量较小。
2 高次谐波的危害
随着越来越多的设备在电力系统中的应用，以及大功率的整流器和变频调速装置的普及，这些设备所产生的高次谐波对电力系统的各个方面都产生了重大的影响甚至是危害。
2.1 对用电户用电质量的影响
由于电力系统中注入了谐波电流会在电网上产生谐波压降，从而会导致电压以及电流的波形发生畸变的现象，从而影响了电能的质量，使电力系统受到干扰。
2.2 对配电网的危害
电力系统中产生的高次谐波在有色金属中可以把基波的电流近似的认为是均匀分布的，由于肌肤效应而导致的电流往往是积聚在导体的表层，同时使得电流回路中的电阻增大，这样的情况下导体的有效电阻会逐渐增加，在电阻增加的情况下会使得电网内部功率的损耗以及能量的损失增加，与此同时，高次谐波还可能引起电压谐振，从而在线路上出现局部的高电压。众所周知，过高的电压有可能会击穿线路中电力设备的绝缘层，导致电路的用电的不安全或者是对周围的人群以及建筑产生不利影响。
2.3 降低用电设备的使用寿命
电力系统是由众多的电力设备组成的，这些用电设备在维护电力系统的稳定方面起到了重要的作用，因此，切实维护好电力设备的安全是保障电力供应的一个有效的途径。
图 1 非线性负荷的电流波形
在电力供应过程当中，由于谐波的增大会导致电压的增大，在并联中对电容器的危害更为严重，通过图1分析计算得出，当电压升高10%时，电容器的温升将会提高7%左右，在不考虑局部介质损耗的情况下，电容器的寿命将会减小到原来的70%左右，可见对用电设备的危害是如此严重
2.4 对电阻、电感负荷的影晌
在电力系统中，谐波对电动机也能产生影响，尤其是能够引起电动机附加的损耗的产生，尤其是当电动机中的谐波电流的频率和零部件的固有的频率相等或者相近时就会引起机械共振的产生，或者是使电压产生畸变。如果畸变的系数较大而没有得到及时的调整则会引起灯泡的寿命缩短或者导致电动器发生故障。
2.5 对测表计的影响
对于电能表来说，理论上相同频率的电压和电流能构成功率，假设输入的电流或者电压有一方含有谐波，即使电流中该次谐波的真实的功率为零，在电能表内任由输入的纯正弦工频电流因畸变而引起的同频率谐波会相互作用，也会形成虚假的谐波功率, 使电能测量出现随机的或正或负的误差。所产生的这种误差虽有可能部分相互抵消, 也有可能存在, 致使电能计量的准确度大大地降低。
2.6 干扰通信系统
在电力系统中，输电线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流在通过磁场耦合时, 在邻近电力线的通信线路中会产生相应的干扰电压, 这些干扰电压会影响通信系统的工作, 主要是影响通信线路通话的清晰度。此外, 由高压直流（HVDC）换流站换相过程中所产生的电磁噪声（3~10kHz）也会影响电力载波通信, 对于电力设备的安全运行也带来了极大的隐患。
2.7 对计算机和其它精密电子控制设备的影晌
几乎所有的数字线路的逻辑元件都会有自己的阀电平和干扰线号的容限，假如谐波的干扰超过容限，就可能会破坏触发器和存储器所保存的信息，排除干扰后, 它仍会在系统内部的存储器件里留下痕迹, 系统也不会再恢复到原来的工作状态。即使含有微处理器系统里的程序没遭到破坏, 若地址总线受到强烈的干扰, 也会有程序失控的危险, 使系统进人预想不到的状态, 甚至陷人意外停机状态。
3 对高次谐波的抑制的相关对策分析
3.1 增加整流变压器装置
目前比较传统的抑制谐波的方法就是增加整流变压器，由于整流变压器具有的二次侧向数较多，并且波形脉动次数也多，因此次数较低的谐波被消去的也越多。例如当整流相数为12相时，5次谐波电流为基波电流的5%左右，但6相时的谐波电流则是基波电流的18.5%。
3.2 增加无源滤波器装置
无源滤波器是利用电路中谐振的原理对谐波形成低阻的电路，从而达到一定的滤波的目的，它由电容器、电抗器以及电阻组合而成，采用与谐波源并联的方式，一方面有滤波的功能，一方面还有无功补偿的需要。一般其投资成本较低，效率较高，结构也极为简单，并且在运行方面也比较稳定。但目前由于这种方式要耗费大量的材料成本，况且对谐波的抑制效果并不是很明显，目前基本上不是很采用这种方式。
3.3 有源电力滤波器的普遍使用
有源电力滤波器是目前采用的一种全型的、并且能够从动态方面去抑制谐波的电力电子装置。它是先从补偿对象中检测出谐波电流, 再利用可控的功率半导体器件（补偿装置）向电网注入与谐波源谐波分量（电流或电压幅值相等、相位相反的谐波分量（电流或电压）, 使电源的总谐波为0, 达到实时补偿谐波的目的, 其原理构成如图2所示。
图2 并联有源滤波器的结构图
目前有源滤波器按其接入电网的方式, 可分为串联和并联两种方式。直到目前运用到电力系统中的AFP装置, 绝大多数采用的是电压逆变器的并联型结构。近年来, 为了发挥有源滤波器的优势, 提高性能, 减少容量, 降低成本, 增强适用性, 又设计出采用变流装置专门去减少谐波的装置。
4 结论及展望
随着经济和社会的发展，越来越多的电子元件被用在了电力系统中，尤其是大量的线性负荷的出现，使得电力系统中产生了大量谐波，一些比较传统常规的抑制谐波产生的措施不能有效的使用，在这样的情况之下，一些新型的的抑制谐波产生的措施和手段也被普及，在今后如何抑制减少谐波的产生方面应更加积极地找寻方法使今后的电力系统更加的安全稳定，保障电力运行的安全。
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