摘要：随着各种非线性负荷的广泛应用，电力系统中的谐波问题日益严重，并危及电力系统及用电设备的安全经济运行。文章阐明了谐波的定义，简要分析了电力系统中谐波的来源、危害及其限制标准，并介绍了现阶段谐波污染的几种主要治理方法。
关键字：电力系统谐波问题标准治理方法
Abstract: along with the wide application of various nonlinear load, the power system harmonic becomes more and more serious and endanger electric power system and the safe and economic operation of electric equipment. The article illustrates the definition of harmonic, a brief analysis of the source of the harmonic wave in the power system, harm and limits, and introduces the harmonic pollution at several main management methods.
Key words: electric power system harmonic problem standard treatment
中图分类号：G255.54 文献标识码：A文章编号：
0 引言
谐波存在于电力系统已经很多年了，早在20世纪20年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器，造成了电压、电流波形的畸变。近年来，由于电力公司为改善功率因数而大量增加使用电容器组和工业界为提高系统的可靠性与效率而广泛使用电力电子变流器，谐波问题变得更加严重。
1 谐波的定义与来源
国际上对谐波公认的定义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”。
在电力系统中，谐波产生的根本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，即电路中有谐波产生。
作为谐波源，非线性设备可以划分为两大类：
（1）传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。
（2）现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现在办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等，其中晶闸管控制设备包括整流器、逆变器、静止无功补偿装置、变频器、高压直流输电设备等。
2 谐波对电力系统造成的危害
谐波电流入网，使公共连接点的电压波形畸变，并产生很强的电磁干扰，对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在危害，给周围电气环境带来极大的污染。其危害主要表现在以下几个方面：
（1）对整个系统而言，谐波会降低电力系统生产、传输和使用的效率；
（2）对电气设备而言，谐波会使其过热、产生振动和噪声，甚至导致设备故障或烧毁；
（3）对供电系统而言，谐波会引起供电电压畸变，使用电设备功率损耗增大，输电线路网损增加，最终将缩短输电线寿命；
（4）对二次设备而言，谐波可能导致继电保护、安全自动装置工作紊乱，引起保护装置误动或拒动，引起电力计量误差，干扰通信系统，造成换流装置不能正常工作。
3 电力系统中限制谐波的标准
3.1限制谐波标准的共同原则和要求
(1) 把电力系统中的谐波电压控制在允许的范围内, 保证供电网供给波形合格的电力。
(2) 限制谐波源注入电网的谐波电流及其在电网连接点产生的谐波电压。
(3) 防止谐波对电网发电、供电设备的干扰, 特别要防止高压电网发生谐振或谐波放大, 维护电网安全经济运行。
(4) 保证供电质量, 使接入电网的各种用电设备免受谐波的干扰, 保持正常工作。
(5) 有利于国际技术经济的交流与合作。
3. 2 国家限制电谐波的标准
国家技术监督局批准颁发了国家标准GB/T 1495-93《电能质量公用电网谐波》,以促使电力部门和电力用户共同采取措施, 把电网的谐波水平控制在谐波国标允许的范围内, 提高供电质量, 维护电网安全运行, 保障接入电网的各种用电设备正常工作, 以获得良好的社会经济效益。
4电力系统谐波的治理方法
现阶段谐波污染的主要治理方法有以下几种：
增加换流装置的相数
换流装置（整流器、逆变器）是电网主要谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为nk±1和nk(n为整流相数或脉动数，k为正整数)。由谐波产生的机理可知，如果整流相数越大，网侧电流谐波成分将越少，电流波形将更接近于正弦波。以三相桥式整流电路为例，其整流电流中只含有n次奇次谐波，但高次谐波的幅值只有基波幅值的1/n。整流相数增加对谐波的影响减少，但会相应提高设备成本。因此,一般工程上6次或12次整流就已足够。
改变谐波源的配置或工作方式
具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限制谐波量大的工作方式，可以减小谐波的影响。
3）减少非线性用电设备与电源间的电气距离
减少非线性用电设备与电源间的电气距离也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。
采用高功率因数变流器
这类电路输入电流谐波分量少，功率因数很高甚至接近1，与设置补偿装置来补偿谐波和无功比，这是一种更为积极有效的方法。其中大功率装置多采用多重化和自换相技术，中等功率装置多采用PWM整流技术，小功率装置则多采用带斩波器的二极管整流电路。
加装静止无功补偿装置
加装静止无功补偿装置可有效地减小波动谐波源的谐波量，并有抑制电压波动、闪变、三相不平衡和补偿功率因数的功能，具有综合的技术经济效益。静止无功补偿装置的基本结构是由快速可变的电抗或电容元件组合而成，它能够对系统、负荷无功功率进行快速动态补偿，抑制不平衡电流产生，并滤除污染源发出的谐波。该装置被广泛用于输电系统波阻抗补偿、长距离输电的分段补偿和负载无功补偿。其典型代表是晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、静止无功发生器等。
6）加装滤波装置
对变电所侧和用户侧的谐波治理，可通过有源滤波和无源滤波两种方式来实现。
无源滤波是传统的滤波方式，就是将电抗器、电容器和电阻器组成LC串联或并联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，达到滤除某一特定次数谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时对系统进行无功补偿。
有源滤波是在无源滤波的基础上发展起来的用于动态抑制谐波、补偿无功的方式，对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。其原理是：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流相抵消，最终得到期望的电源电流。
7）谐波的隔离
理想的对称三相电力系统中，主要存在奇次谐波，其中11、13及以上的高次谐波在输电网络中衰减较快且比重不大，故不作为主要整治对象。为了降低低次谐波经过变压器对其它级电网的影响，变压器采用特定的接线组别，对谐波进行隔离。发电机发出的电能经过Yd等接线组别的变压器，把发电机产生的3次、9次等零序分量的谐波与电网隔离开来，因此在110KV及以上的高压电网，3、9次谐波分量几乎为零。在10KV及以下的配网（大多为Y/yn0）中，推广使用D/yn11接线组别的配电变，使负荷产生的谐波电流在变压器的角型绕组中循环，而不至于流入电网。
此外，还应加强谐波管理工作，坚持谐波的监测和普查，制定严格的管理标准，使电网谐波保持在正常范围内，同时增加系统承受谐波的能力，提高电力设备抗谐波干扰能力，改善谐波保护性能。
5 结语
“谐波污染”被称为电力系统内三大公害之一，要解决供电系统中的谐波问题，须要供电部门、电力用户和设备制造商三方面都以电磁兼容的思想为基本出发点。一方面，产生谐波的部门和单位要尽量限制谐波的发射水平；另一方面，供电部门和电力用户都要想方设法提高设备抗御谐波骚扰的能力。只有供、用、造三方面齐心协力才能搞好治理谐波这项系统工程的工作，力争达到“绿色电力”的标准。
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