電能的利用是人類進(jìn)入文明社會的標(biāo)志，電氣化時代的到來讓我們的生活發(fā)生翻天覆地的變化。如今，無論是5G建設(shè)還是物聯(lián)網(wǎng)的推廣，都離不開一個可靠、安全的電網(wǎng)。

隨著各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，人們對電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求越來越高，而電力諧波問題則是影響電能質(zhì)量的一項重要因素。

電力諧波可以分為諧波電壓和諧波電流。前者是電子設(shè)備誤動作的主要原因，后者則會導(dǎo)致變壓器過熱、電纜過熱、跳閘、無功補(bǔ)償裝置燒毀。因此，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時，就表示其中出現(xiàn)了諧波成分。

在電力系統(tǒng)中，如果把周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。

目前，電力諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低被列為電力系統(tǒng)的三大公害，因而了解諧波產(chǎn)生的機(jī)理和治理方法，對于改善供電質(zhì)量、確保電力系統(tǒng)安全、保障工廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著十分重要的意義。

電力諧波是如何產(chǎn)生的？

綜合來說，電力諧波的產(chǎn)生主要來自于以下三個方面：

01

發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波

從發(fā)電電源的角度出發(fā)，由于空間上的電氣設(shè)備的非對稱性（發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱），造成電磁特性的不一致，會有一定程度上的電能質(zhì)量的偏差。一般來說，這種誤差相對較少。

02輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波。由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。

03

用電設(shè)備產(chǎn)生諧波

在用電設(shè)備中，許多設(shè)備都會造成電能質(zhì)量的問題：晶閘管整流設(shè)備、變頻裝置、電弧爐、電石爐、氣體放電類電光源、家用電器等一系列的非線性的負(fù)載設(shè)備在使用過程中都會造成奇數(shù)次諧波的電流。

電力諧波對電網(wǎng)的危害

半導(dǎo)體變流技術(shù)的發(fā)展使得人們對電能的利用效率得到了大幅地提高，但大量的開關(guān)電源和晶閘管的使用也導(dǎo)致了諧波電流的產(chǎn)生，對電網(wǎng)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的危害。

1.諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障；

2.諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀；

3.諧波會影響電表的計量精度，所有接于電網(wǎng)中的設(shè)備的損耗都會增加，溫升增加；

4.電機(jī)類負(fù)荷由于諧波的逆序作用而導(dǎo)致輸出扭矩的下降，繼電保護(hù)機(jī)構(gòu)可能會由于諧波而產(chǎn)生誤動或扭矩下降；

5.于電力系統(tǒng)外部，諧波會對通信設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

當(dāng)電網(wǎng)的諧波污染程度小于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時，通常不會對系統(tǒng)造成影響。但隨著污染程度的增加，諧波的影響就逐漸顯現(xiàn)出來，如果不及時進(jìn)行諧波治理，往往會產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果。

電力諧波的治理措施

諧波電流是諧波的根源，要制定有效的治理諧波的方案，要先從減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流入手，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)。因此，抑制電力諧波主要有三方面的措施：

01

降低諧波源的諧波含量

主動治理，在諧波源上采取措施，通過改進(jìn)用電設(shè)備，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用。

02在諧波源處吸收諧波電流

通過安裝電力濾波器，阻止諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，或阻止電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端，目前常用的方式采用有無源濾波裝置和有源濾波裝置等。這類方法是對已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，也是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。

03改善供電環(huán)境

選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力將會增大。對諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，大量的可控裝置、變頻調(diào)速裝置等非線性負(fù)荷設(shè)備被應(yīng)用，使得電網(wǎng)的電力諧波問題愈來愈嚴(yán)重，給各類用電設(shè)備帶來危害：輕則增加能耗、縮短壽命；重則造成用電事故，直接影響安全生產(chǎn)。

面對日益復(fù)雜的用電環(huán)境，我們更加應(yīng)當(dāng)了解電力諧波問題的來龍去脈，知曉電力諧波的三大治理方法，才能夠能夠有效處理絕大多數(shù)電能質(zhì)量問題，創(chuàng)造更大的價值。

編輯：jq