谐波源及类型

如果正弦交流电压加在设备上，产生的电流却不是正弦交流电流，这样的设备就称为非线性阻抗设备，简称非线性设备。不是正弦波形的交流电就含有谐波成分，所以非线性设备也称为谐波源。

工业电网中主要的谐波源有三种类型：三相桥式整流回路在每一相的正负波形上都会产生波形变化，一个周期里就有六个非正弦的波形，所以称为六脉波设备。六脉波设备的谐波很有规律，会产生六的倍数加减1次数的谐波，即5、7、11、13、17、19……次谐波，而且随着谐波次数升高谐波幅值会逐渐降低，所以通常只需要处理5、7、11、13次谐波。

这类设备包括有三相桥式整流器的所有设备、比如直流驱动器、变频器、软启动器，UPS电源等等，是目前工业用电设备中常见的一类谐波源。

类似工业电弧炉这样的设备工作时，电流波形变化很频繁，会分解出次数和幅值不断变化的谐波。

非线性的单相设备，比如带有单相整流环节的电子仪器等等，因为三相不对称原因会在零线上形成3次零序谐波。

1 谐波对电力系统和各种电气设备的危害

谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振，使谐波电流放大几倍甚至几十倍，造成过电流，引起电容器、与电容器相连的电抗器和电阻器的损坏，甚至引起严重事故。

谐波会导致继电保护和自动装置的误动作、熔丝非正常熔断，同时也会导致电气测量仪表计量不准确。

谐波会造成变压器、电动机等机械振动，噪声、温升显著增加，绝缘寿命缩短。

谐波会引起设备和线路额外发热，增加损耗、加速绝缘老化、降低使用寿命。

谐波能延缓电弧熄灭，造成事故扩大。

谐波导致三相四线系统中的中线电流显著增加，引发系统故障甚至事故。

谐波通过电磁感应和传导耦合等方式会对邻近的通信系统产生干扰，轻者引进噪声，降低通信质量;重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

谐波会引起生产设备运行不稳定，造成产品不合格率上升，降低企业效益。

谐波影响各种电气设备的正常工作。据统计，由于谐波而破坏的电气设备中，并联电容器约占70%，其中串联电抗器约占30%。

谐波电流使电力系统中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电、用电的使用效率。

2 谐波治理及无源滤波与有源滤波的区别

目前谐波治理的技术主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。

无源滤波技术是目前应用为广泛的谐波抑制手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，采用电感、电容的调谐原理，将谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。无源滤波装置结构简单，成本较低，技术已比较成熟，但是也存在着难以克服的缺陷：

1、滤波特性受系统参数的影响较大，极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振;

2、只能消除特定的几次谐波，而对其他的某次谐波则会产生放大作用;

3、滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调;

4、谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载，甚至损坏设备。

5、有效材料消耗多，体积大。

有源滤波技术作为一种新型的谐波治理方法，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具，与无源滤波技术相比，有着*的优势，主要表现在以下几个方面。

1、实现了动态补偿，可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度;

2、有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化，规模化生产;

3、当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐振的危险，同时能抑制串并联谐振

4、补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大

5、用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流，既可以对一个谐波和无功源进行单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿

6、当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开

7、装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率，不但减小了有源滤波器的总容量，还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象。

3 电能质量分析仪对谐波的检测

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质，通俗来说就是指电网线路中电能的好坏情况。

电能质量问题主要由终端负荷侧引起。例如冲击性无功负载会使电网电压产生剧烈波动，降低供电质量。

随着电力电子技术的发展，它既给现代工业带来节能和能量变换积极的一面，同时电力电子装置在各行各业的广泛应用又对电能质量带来了新的更加严重的损害，已成为电网的主要谐波污染源。

电网系统中各个用户端配电网中使用的整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。给用电网络造成影响或者说是用电污染。造成电压不稳、过电压、产生谐波等。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，寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。谐波还会引起电力系统局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波含量被放大，致使电容器等设备烧毁。

这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。因而消除供配电系统中的高次谐波问题对改善电能质量和确保电力系统安全、稳定、经济运行有着非常积极的意义。

另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。目前，谐波、电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。

当电网的电能质量被干扰或污染，达不到国家相关标准时，就得有针对性地对电网进行电能质量改善。要了解电网电能质量的实际情况，就必须有相应的设备对其进行测试分析，针对国内的实际情况，我公司适时开发研制了适合国情的专业电能质量分析仪器。