• ◆防止并联电容器组对谐波的放大：在电网中并联电容 器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时 ，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及 电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器 ，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限 定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
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• ◆单次谐波电压畸变率： 单次谐波电压畸变率： • 此量用于度量某一次谐波电压所占的比例，例如N次谐波电 此量用于度量某一次谐波电压所占的比例，例如N 压的有效值为V 基波电压的有效值为V 压的有效值为VN，基波电压的有效值为V1，则N次谐波电压 的畸变率为： 的畸变率为： • N次谐波电压畸变率 = VN / V1
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四、谐波的来源及危害 （一）电网谐波来自于三个方面：一是发电源质量不高产生谐波； 电网谐波来自于三个方面：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， 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。 设备产生的谐波最多。 （A）发电设备 ： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称， 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， 难做到绝对均匀一致，发电机的转子产生的磁场不可能是完善的 正弦波。 正弦波。 （B）输配电系统： 输配电系统： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波。在系统运行中， 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波。在系统运行中， 当变压器铁心呈饱和状态时，其磁化曲线则呈非线性， 当变压器铁心呈饱和状态时，其磁化曲线则呈非线性，如当变压 器电源侧电压超过额定电压10%以上时， 10%以上时 器电源侧电压超过额定电压10%以上时，会使二次侧电压的三次谐 波明显增加。 波明显增加。 由于电网电压偏移在± 由于电网电压偏移在±7％以下，所以发电、变电设备产生的 以下，所以发电、 谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、 谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电 设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。 设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。 影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备。 影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备。
◆交流整流再逆变用电设备:在交流变直流过程中产生的谐波 交流整流再逆变用电设备: 与上述的交流整流直流用电设备一样， 与上述的交流整流直流用电设备一样，它在直流逆变成交流 时又有逆变波形反射到交流电流。 时又有逆变波形反射到交流电流。 ◆开关电源设备：这类用电设备同样是单台容量不大，但它是 开关电源设备：这类用电设备同样是单台容量不大， 应用面最广、量最大的非线性用电设备， 应用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有一定量的三 次谐波，造成配变的中心线电流居高不下， 次谐波，造成配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还 会通过配电变压器污染到上级电网。 会通过配电变压器污染到上级电网。
电力系统的谐波及治理
一、电力系统谐波治理的必要性和意义 随着科学技术的发展，工业生产水平和人民生活水平的提高 ，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的 比重越来越大。 谐波给电力系统带来的危害十分严重。谐波使电能的生产、传 输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝 缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系 统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备 烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现 混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重 干扰。 因此，对谐波的研究以及如何抑制、治理已成为一个具有重要 意义的课题。
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在电力系统中，供电电压波型是中心对称的，因此基 本上不含有偶次谐波，主要存在在奇次谐波。其中11、13 次以上谐波由于其频率比较高，而且输电线路有一定电感 量，对地又有一定电容量，相间及线间也有一定电容量。 因此，高次谐波在线路传输过程中衰减比较快，同时高次 谐波在电网中所占的比重也不大，故在电力行业中不作为 主要治理对象。
压畸变过大，不能满足负载的要求 保护设备误动作 意外跳闸、断电，影响正常 一般保护设备是按照正弦波电压和电流进行设 生产 计和校准的，不适应谐波的场合
从附表一可以看出, 从附表一可以看出,谐波电流导致的故障现象分 为两大类: 为两大类: 第一，导致电缆或变压器过热； 第一，导致电缆或变压器过热； 第二， 第二，导致电网上的其他设备出现误动作或性 能降低。 能降低。 无论那类故障现象，元凶都是谐波电流， 无论那类故障现象，元凶都是谐波电流，过热 是由于电流直接导致的， 是由于电流直接导致的，干扰其它设备是由谐波电 流产生谐波电压后导致的。 流产生谐波电压后导致的。
• ◆总需求电流畸变率：TDD 总需求电流畸变率： • 总谐波电流的有效值/基波电流的有效值(总需量） TDD = 总谐波电流的有效值/基波电流的有效值(总需量）
• 「注意」总需求电流畸变率TDD与总谐波电流畸变率THID十 注意」总需求电流畸变率TDD与总谐波电流畸变率THID十 TDD与总谐波电流畸变率THID 分相近， TDD分母是用电户需求的最大基波电流有效值 分母是用电户需求的最大基波电流有效值， 分相近，但TDD分母是用电户需求的最大基波电流有效值， 而不是基波电流的有效值。 而不是基波电流的有效值。
• (二）谐波的危害 谐波对于配电系统以及配电系统所供电的用电设备都 是十分有害的，典型的危害如下附表一所示。
附表一
现 象 电缆过热 变压器过热 后 果 电缆早期老化、绝缘损坏 原 因
谐波电流产生的热量
缩短变压器寿命，降低变压 谐波电流产生更大的铜损和铁损 器的有效容量 零线中电流过大 电缆加速老化甚至诱发火灾 3次谐波在零线上叠加，电流有效值接近相线 的1.7倍 电网上的设备性 PLC、UPS、变频器等误动作 谐波电流流过电网阻抗时，产生了谐波电压， 或者寿命缩短 能降低 这些谐波电压对电子设备形成干扰 无功补偿电容过 电容过热甚至损坏、谐波放 谐波电流更容易流过电容，造成电容过载，谐 大、电容不能投切等 波电流还会诱发谐振，在电容上产生更大的谐 流 电机发热、振动 电机绕组或轴承损坏 降低发电机或 UPS的额定功率 发电机和UPS达不到额定的 输出功率 波电流，导致电容过热。 谐波电流施加在电机上导致高频电流和负序电 流 发电机和UPS的内阻较大，谐波电流流过这些 电源时，会产生更大的谐波电压，导致输出电
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谐波频率的正弦波电压或电流称为谐波电压或谐波电流 当基波和谐波叠加时，形成形状怪异的波形，这称为波形畸变 。例如，下图是基波与5次、7次谐波叠加的结果，这是工业场 合常见的电流波形。
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在实际工程中，大多数谐波为奇次谐波，也就是3、5、7、11 、13 · · · · · 。
（二）谐波电流与谐波电压 1.谐波电流： 1.谐波电流： 谐波电流 谐波电流是非线性负载产生的， 谐波电流是非线性负载产生的，这些非线性负载从电 源吸取非正弦波的电流， 源吸取非正弦波的电流，这些非正弦波电流中包含了谐波 电流。 电流。 2.谐波电流流过线路时，在线路的两端产生了谐波电压, 2.谐波电流流过线路时，在线路的两端产生了谐波电压,谐 谐波电流流过线路时 波电压是由谐波电流产生的。 波电压是由谐波电流产生的。 3.如果特定的配电系统对于N次谐波电流的阻抗为Z 3.如果特定的配电系统对于N次谐波电流的阻抗为ZN，谐波 如果特定的配电系统对于 电流IN在配电系统上产生的谐波电压V 电流IN在配电系统上产生的谐波电压VN为： IN在配电系统上产生的谐波电压 VN = IN x ZN
主要谐波源，其特征频谱为：n＝Kp±1，则可知脉冲数p 增加，n也相应增大，而In≈I1／n，故谐波电流将减少。
• ◆ 变频器：变频器和谐波治理设备配套使用，目前有些
用户，往往只安装变频器，不安装配套的谐波治理设备。 随着变频技术的推广，会使电网中的谐波影响加剧。 • ◆ 用户侧选用同步电动机面它又能吸收一部分 谐波电流，对谐波治理也有很大好处。
二、电能质量 电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三 方面标准： 1.电压：它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等； 2.频率波动； 3.电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就 是谐波所占的比重。 ◆相关标准和规范 《电能质量 公用电网谐波》 GB/T14549-1993 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限制标准》 GB17625.1-1998 国际电工学会标准: IEC 61000
（C）用电设备 ：
• 非线性用电设备主要有以下四大类： 非线性用电设备主要有以下四大类： • a.电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 a.电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 电弧加热设备 • b.交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 b.交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 交流整流的直流用电设备 • c.交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 c.交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 交流整流再逆变用电设备 • d.开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流 d.开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、 开关电源设备 器等。 器等。 • ◆电弧加热设备：弧电流是非正弦波，造成电弧加热设备对 电弧加热设备：弧电流是非正弦波， 电网的谐波污染比较大。 电网的谐波污染比较大。 • ◆交流整流的直流用电设备:整流设备有一个阀电压，在小于 交流整流的直流用电设备:整流设备有一个阀电压， 阀电压时，电流为零。 阀电压时，电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电 在整流设备中加入了储能元件（电容和电感）， ），从而使 源，在整流设备中加入了储能元件（电容和电感），从而使 阀电压提高，加激了谐波的产生量。 阀电压提高，加激了谐波的产生量。
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(三）谐波的度量 通常不用谐波电流或电压的绝对数值表示谐波的严重程度， 通常不用谐波电流或电压的绝对数值表示谐波的严重程度，而 用谐波在基波中所占的比例来衡量谐波的严重程度。 用谐波在基波中所占的比例来衡量谐波的严重程度。 ◆总谐波电流畸变率THID： 总谐波电流畸变率THID： THID