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摘 要： 本文论述了电力谐波的的定义、特征等概念，叙述了谐波的危害性及方法。
关键词： 谐波；谐波的危害；谐波抑制
1. 引言
在能源、交通、化工等行业，随着大量电力电子器件及微电子技术的广泛应用，这类非线性用电设备的使用带来大量谐波电流流入电网，造成电压波形畸变，电能质量下降，给用电设备带来严重损害。
2.谐波的产生原因
对于周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波頻率整数倍的各次分量，称为高次谐波。随着电力电子器件及微电子技术的发展，非线性负载的比例不断提高，导致电流和电压波形会产生畸变。谐波的来源有很多，尤其是在用电设备的使用环节中产生的最多，此类谐波是由各种非线性特性的电气设备负载产生的。这些设备如：气体放电灯、交流弧焊机、电弧炉，电力变流设备（整流器、逆变器、变频器），相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等。这些设备大量的用于化工、冶金、矿山等企业以及各类家用电器中。由于这些非线性电气设备的电流不随着电压同步变化，使得流过电网的电流是非正弦波形的，产生的谐波会使电网电压质量严重下降，并且电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能，因此此类非线性电气设备是供电系统中的主要谐波源。
3. 谐波的危害
大量的谐波进入电网，造成电网的电压畸变，当谐波超过规定值时，会对用电设备和电网造成损害，使用电设备无法正常运转，电网产生故障，危及电力输送。因此我们必须高度重视谐波造成的损害。
谐波危害主要表现有以下几个方面。
（1）对电力电容器的危害
谐波电压畸变，会使电容器的老化加快，电容器的损耗系数增大。因为电容器的容抗与频率成反比，故在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形畸变比谐波电压的波形畸变大得多，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，导致电容器因过流而损坏。
（2） 对变压器的危害
在谐波电压作用下，变压器绕组铜耗增加，铁耗相应增加。另外3次及其倍数次谐波对三角形接法的变压器，会在其绕组内产生环流，使绕组过热，可能会使绕组电流超过额定值；对星形连接的变压器，当绕组装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。
（3） 对旋转电机的危害
谐波在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯中会引起附加损耗。由于集肤效应和涡流的关系， 旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗会增加。谐波电流还会增大电机的噪音和产生脉动转矩，还有可能出现电机转轴扭曲振动的问题。在所有用电设备中，电动机负荷约占整个负荷的80%左右。因此，谐波使工业电动机总的附加损耗增加的影响尤为显著。
（4）对输电线路的危害
谐波电流在输电线路上产生谐波压降。由于集肤效应，谐波电流引起输电线路的附加损耗增加，使电网网损增大。使用电缆输电，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增强了介质的电场强度，会减少电缆的使用寿命。据不完全统计，谐波的影响可以使电缆的使用寿命平均下降约60%。
（5）对继电保护和自动装置危害
谐波能够改变保护继电器的动作特性，造成继电保护、自动装置工作紊乱。谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，会引起发电机负序电流保护误动，变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动，严重威胁电力系统的安全运行。
（6）对电力计量的危害。
计量仪表是在50Hz标准的正弦波设计校验的，一旦供电有谐波时，会影响感应式电能表的正常工作。感应式电能表对设计参数以外的频率的响应不灵敏，频率越高，误差越大，表现为负误差。
（7）对其它用电设备的危害
谐波会使功率开关器件控制装置误动作，导致功率开关器件故障而损坏。损害荧光灯，使镇流器或补偿用电容器因过热而损坏，因而电视机的图形质量变差。也会干扰计算机，使计算机及数据处理系统出现错误。
4.常见的谐波抑制措施
（1） 无源功率滤波器
无源功率滤波器（Passive Power Filters简称PF），其滤波原理是使负载谐波电流在电网支路和滤波器支路分流，通常是利用LC电路进行滤波，用电容器为高次谐波提供低阻抗的分流电路。
无源功率滤波器具有结构简单、运行可靠性高、运行费用低、电压可以做的较高，容量可以做的较大等优点。其在吸收高次谐波的同时，可以补偿无功功率，改善功率因数。 缺点是无源功率滤波器滤波性能受系统阻抗的影响较大，由大容量的电抗器和电容器组成，整机体积庞大等。电网频率偏移，电容器件老化，或温度特性变化等因素可以导致滤波器谐振频率与待抑制谐波频率偏移，影响抑制效果；如果因扩容等原因所产生的谐波超过滤波器设计时的参数，可能造成滤波器因为过载而损坏。
（2） 有源功率滤波器
有源电力滤波器（Active Power Filter简称APF），是一种能对电力系统中幅值和频率都变化的谐波和无功分量进行实施动态补偿的新型电子电路装置，主电路一般由脉冲宽度调制逆变器构成。其基本原理是先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用补偿装置向电网注入与该谐波源谐波分量（电流或电压）大小相等而极性相反的补偿分量（电流或电压），使电源的总谐波为零，电网电流只含基波分量，从而达到实时补偿谐波的目的。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源功率滤波器还具有相应速度快，很好的动态实时补偿功能等优点，还具有可进行无功补偿，抑制电压闪变等多种功能。
有源功率滤波器的缺点有：损耗较大，当功率增加时，有源功率滤波器装置损耗百分比有望下降；受电力电子器件功率容量的限制，其价格相对较高。
结束语
随着更多的非线性大功率电子装置的应用，电力系统中的谐波问题日益突出。谐波作为反映电能质量的一个重要标志，将会日益受到广泛关注。我们必须进一步提高对于电力谐波危害性的重视程度，积极采用新产品新技术，抑制谐波，以确保电网安全经济运行。■
参考文献
[1]罗安 电网谐波治理和无功补偿技术及装备 中国电力出版社 2006.
[2]钱照明 叶忠明 董伯藩等 谐波抑制技术 电力系统自动化 1997 .（10）.
[3]中国国家标准GB/T14549-93 电能质量 公用电网谐波 北京：中国标准出版社 1994.
[4]牛荣健 张晓琴 电力系统中的谐波问题 重庆科技学院学报 2006. 7 （3）： 87一89.
[5]王兆安 杨君 刘进军 谐波抑制和无功功率补偿 北京：机械工业出版社 1998
[6]保会，尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2005： 15-46.
关键词： 谐波；谐波的危害；谐波抑制
1. 引言
在能源、交通、化工等行业，随着大量电力电子器件及微电子技术的广泛应用，这类非线性用电设备的使用带来大量谐波电流流入电网，造成电压波形畸变，电能质量下降，给用电设备带来严重损害。
2.谐波的产生原因
对于周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波頻率整数倍的各次分量，称为高次谐波。随着电力电子器件及微电子技术的发展，非线性负载的比例不断提高，导致电流和电压波形会产生畸变。谐波的来源有很多，尤其是在用电设备的使用环节中产生的最多，此类谐波是由各种非线性特性的电气设备负载产生的。这些设备如：气体放电灯、交流弧焊机、电弧炉，电力变流设备（整流器、逆变器、变频器），相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等。这些设备大量的用于化工、冶金、矿山等企业以及各类家用电器中。由于这些非线性电气设备的电流不随着电压同步变化，使得流过电网的电流是非正弦波形的，产生的谐波会使电网电压质量严重下降，并且电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能，因此此类非线性电气设备是供电系统中的主要谐波源。
3. 谐波的危害
大量的谐波进入电网，造成电网的电压畸变，当谐波超过规定值时，会对用电设备和电网造成损害，使用电设备无法正常运转，电网产生故障，危及电力输送。因此我们必须高度重视谐波造成的损害。
谐波危害主要表现有以下几个方面。
（1）对电力电容器的危害
谐波电压畸变，会使电容器的老化加快，电容器的损耗系数增大。因为电容器的容抗与频率成反比，故在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形畸变比谐波电压的波形畸变大得多，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，导致电容器因过流而损坏。
（2） 对变压器的危害
在谐波电压作用下，变压器绕组铜耗增加，铁耗相应增加。另外3次及其倍数次谐波对三角形接法的变压器，会在其绕组内产生环流，使绕组过热，可能会使绕组电流超过额定值；对星形连接的变压器，当绕组装有中性点接地的并联电容器时，可能形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。
（3） 对旋转电机的危害
谐波在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯中会引起附加损耗。由于集肤效应和涡流的关系， 旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗会增加。谐波电流还会增大电机的噪音和产生脉动转矩，还有可能出现电机转轴扭曲振动的问题。在所有用电设备中，电动机负荷约占整个负荷的80%左右。因此，谐波使工业电动机总的附加损耗增加的影响尤为显著。
（4）对输电线路的危害
谐波电流在输电线路上产生谐波压降。由于集肤效应，谐波电流引起输电线路的附加损耗增加，使电网网损增大。使用电缆输电，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增强了介质的电场强度，会减少电缆的使用寿命。据不完全统计，谐波的影响可以使电缆的使用寿命平均下降约60%。
（5）对继电保护和自动装置危害
谐波能够改变保护继电器的动作特性，造成继电保护、自动装置工作紊乱。谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，会引起发电机负序电流保护误动，变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动，严重威胁电力系统的安全运行。
（6）对电力计量的危害。
计量仪表是在50Hz标准的正弦波设计校验的，一旦供电有谐波时，会影响感应式电能表的正常工作。感应式电能表对设计参数以外的频率的响应不灵敏，频率越高，误差越大，表现为负误差。
（7）对其它用电设备的危害
谐波会使功率开关器件控制装置误动作，导致功率开关器件故障而损坏。损害荧光灯，使镇流器或补偿用电容器因过热而损坏，因而电视机的图形质量变差。也会干扰计算机，使计算机及数据处理系统出现错误。
4.常见的谐波抑制措施
（1） 无源功率滤波器
无源功率滤波器（Passive Power Filters简称PF），其滤波原理是使负载谐波电流在电网支路和滤波器支路分流，通常是利用LC电路进行滤波，用电容器为高次谐波提供低阻抗的分流电路。
无源功率滤波器具有结构简单、运行可靠性高、运行费用低、电压可以做的较高，容量可以做的较大等优点。其在吸收高次谐波的同时，可以补偿无功功率，改善功率因数。 缺点是无源功率滤波器滤波性能受系统阻抗的影响较大，由大容量的电抗器和电容器组成，整机体积庞大等。电网频率偏移，电容器件老化，或温度特性变化等因素可以导致滤波器谐振频率与待抑制谐波频率偏移，影响抑制效果；如果因扩容等原因所产生的谐波超过滤波器设计时的参数，可能造成滤波器因为过载而损坏。
（2） 有源功率滤波器
有源电力滤波器（Active Power Filter简称APF），是一种能对电力系统中幅值和频率都变化的谐波和无功分量进行实施动态补偿的新型电子电路装置，主电路一般由脉冲宽度调制逆变器构成。其基本原理是先从补偿对象中检测出谐波电流，再利用补偿装置向电网注入与该谐波源谐波分量（电流或电压）大小相等而极性相反的补偿分量（电流或电压），使电源的总谐波为零，电网电流只含基波分量，从而达到实时补偿谐波的目的。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源功率滤波器还具有相应速度快，很好的动态实时补偿功能等优点，还具有可进行无功补偿，抑制电压闪变等多种功能。
有源功率滤波器的缺点有：损耗较大，当功率增加时，有源功率滤波器装置损耗百分比有望下降；受电力电子器件功率容量的限制，其价格相对较高。
结束语
随着更多的非线性大功率电子装置的应用，电力系统中的谐波问题日益突出。谐波作为反映电能质量的一个重要标志，将会日益受到广泛关注。我们必须进一步提高对于电力谐波危害性的重视程度，积极采用新产品新技术，抑制谐波，以确保电网安全经济运行。■
参考文献
[1]罗安 电网谐波治理和无功补偿技术及装备 中国电力出版社 2006.
[2]钱照明 叶忠明 董伯藩等 谐波抑制技术 电力系统自动化 1997 .（10）.
[3]中国国家标准GB/T14549-93 电能质量 公用电网谐波 北京：中国标准出版社 1994.
[4]牛荣健 张晓琴 电力系统中的谐波问题 重庆科技学院学报 2006. 7 （3）： 87一89.
[5]王兆安 杨君 刘进军 谐波抑制和无功功率补偿 北京：机械工业出版社 1998
[6]保会，尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2005： 15-46.