什么是谐波？如何治理谐波?

一、供配电系统中的谐波

在供配电系统中谐波电流的出現早已有这么多年了。以往，谐波电流是由电气化铁路和工业生产的直流变速齿轮传动常用的，由沟通交流转换为直流电的水银镇流器所造成的。近些年，造成谐波的机器设备种类及总数均已猛增，并将再次提高。因此，人们务必很谨慎地考虑到谐波和它的负面影响，及其如何把负面影响降低到很少。

1谐波的造成

在理想化的整洁供配电系统中，电流和电压全是正弦波形的。在只含线性元件(电阻器、电感器及电容器)的简单电路里，穿过的电流与释放的电压正比，穿过的电流是正弦波形。

在具体的供配电系统中，因为有非线性负载的存有，当电流穿过与所加电压不呈线性相关的负载时，就产生非正弦电流。一切规律性波型均可分解为一个基频正弦波形再加很多谐波頻率的正弦波形。谐波頻率是基频的整倍率，比如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因而崎变的电流波型将会有二次谐波、三次谐波……将会直至第三十次谐波构成。

2造成谐波的机器设备种类

全部的非线性负载都能造成谐波电流，造成谐波的机器设备种类有：电源开关方式开关电源(SMPS)、电子器件荧火灯电子镇流器、变速齿轮传动、ups电源(UPS)、带磁变压器铁芯机器设备及一些电器产品如电视等。

(1)电源开关方式开关电源(SMPS)：

大部分的当代电子产品都应用电源开关方式开关电源(SMPS)。他们和旧式的机器设备不一样，他们已经传统式的降血压器和镇流器换成由开关电源立即经可操纵的镇流器件去给存储电容电池充电，随后用一种和需要的輸出电压及电流相合适的方式輸出需要的直流电流。这针对机器设备生产厂的益处是应用元器件的规格、价钱及净重均可大幅地减少，它的缺陷是无论这是哪一种型号规格，它都不可以从开关电源吸取持续的电流，而只有吸取单脉冲电流。此单脉冲电流带有很多的三次及高次谐波的份量。

(2)电子器件荧光灯镇流器：

电子器件荧光灯镇流器近年来被很多选用。它的优势是在工作中于高频率时可明显提升led灯管的高效率，并且缺陷是其逆变电源在开关电源电流中造成谐波和电气设备噪音。应用含有功率因数校正的型号规格商品可降低谐波，但成本费价格昂贵。

(3)直流变速齿轮传动：

直流电机的变速控制板一般 选用三相桥式整流电路，它也称之为六单脉冲桥式整流电路，由于在直流輸出侧每星期波内有六个单脉冲(在每相的半波上带一个)。直流电机的电感器是比较有限的，故在直流电流中有300Hz的脉动饮料波(即是供电系统頻率的6倍)，这就更改了供电系统电流的波型。

(4)ups电源(UPS)：

依据电磁能转换方法和由外界供电系统到內部供电系统常用变换方法的不一样，UPS有很多不一样的种类。关键的种类有：免费在线的UPS、线下的UPS和路线交互作用的UPS。由UPS供电系统的负载一直电子信息技术机器设备，他们是非线性的而且带有很多的低次谐波。

(5)磁芯元器件：

在有变压器铁芯的电抗器上的励磁调节器电流和磁通量相对密度相互关系一直非线性的。假如电流波型是正弦波形(亦即电源电路中串连的电阻器挺大)那麼电磁场时会有高次谐波，这被觉得是逼迫被磁化全过程。假如释放在电磁线圈上的电压是正弦波形(亦即串连的电阻器不大)则磁通量相对密度也将是正弦波形，而电流波型则带有高次谐波，这被觉得是随意被磁化全过程。

3谐波引起的难题及处理对策

谐波电流在电气系统内及其设备内均会导致难题。但其危害和处理对策十分不一样，必须各自解决；适用清除谐波在设备内负面影响的方法并不可以降低谐波在电气系统内导致的崎变，相反也是。

(1)设备内的谐波难题及处理对策：

几个普遍多发性的难题是由谐波造成的：电压崎变、过零噪音、中性点超温、变电器超温、隔离开关的错误操作等。

①电压崎变：由于电气系统有内特性阻抗，因此谐波负载电流将导致电压波型的谐波电压崎变(它是造成"坡屋顶"波的根本原因)。此特性阻抗有2个构成部分：电源接口(PCC)之后的电气设备设备內部电缆线路线的特性阻抗和PCC之前电气系统内的特性阻抗，客户处的供电系统变电器就是PCC的一例。

由非线性负载造成的崎变负载电流在电缆线的特性阻抗上造成一个崎变的电压降。生成的崎变电压波型加进与其同一电源电路上所接的所有别的负载上，造成谐波电流的穿过，即便这种负载是线形的负载都是这般。

处理的方法是把造成谐波的负载的供电系统路线和对谐波比较敏感的负载的供电系统路线分离，线形负载和非线性负载从同一电源接口点刚开始由不一样的电源电路防爆开关，使非线性负载造成的崎变电压不容易传输到线形负载上来。

②过零噪音：很多电子器件控制板要检验电压的过零点，以明确负载的接入時刻。那样做是以便在电压过零时接入理性负载不至于造成瞬态过电压，进而可降低干扰信号(EMI)和半导体材料电源开关元器件上的电压冲击性。如在开关电源上带高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很高且难以判断可能会导致错误操作。事实上在每一半波里会有好几个过零点。

③中性点超温：在中性点立即接地装置的三相四线式供配电系统中，当负载造成3N次谐波电流时，中性点上把穿过各相3N次谐波电流的和。如那时候三相负载不均衡时，中性点上流过的电流会更大。近期科学研究试验发觉中性点电流会将会超过一切一相的相电流。导致中性点输电线发烫过高，提升了路线耗损，乃至会烧坏输电线。

现行标准的处理对策是扩大三相四线式供配电系统中中性点的电缆线径，很少规定要应用与相线等横截面的输电线。国际电工委员会(IEC)曾建议中性点输电线的横截面应是相线输电线横截面的200%。

④变电器温度过高：布线为Yyn的变电器，其二次侧负载造成3N次谐波电流时，其中性点上除有三相负载不均衡电流总数外，还将穿过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流根据变电器一次侧注入电力网。处理所述难题非常简单的方法是选用Dyn布线的变电器，使负载造成的谐波电流在变电器△形绕阻中循环系统，而不至于注入电力网。

不管谐波电流注入电力网是否，全部的谐波电流都是提升变电器的电磁能耗损，并提升了变电器的温度。

⑤造成剩下电流隔离开关的错误操作：剩下电流隔离开关(RCCB)是依据根据零序电压互感器的电流总和来姿势的，假如电流总和超过额定值的限制值它就将脱扣器断开开关电源。出現谐波时RCCB错误操作有2个缘故：第一，由于RCCB是一种机电工程元器件，有时候不可以精确检验出高频率份量的和，因此就会误跳电。第二，因为有谐波电流的原因，穿过电源电路的电流会比测算个人所得或简易测出的值要大。大部分的手持式检测仪表并不可以测到真正的电流均方根值而仅仅均值，随后假定波型是正宗弦的，再乘一个效正指数而算出读值。在有谐波时，那样读取的結果将会比真正标值要低得多，而这就代表断路器是被灭磁在一个十分低的标值上。

如今能够 购到能检验电流均方根值的隔离开关，加上真正的均方根值精确测量技术性，效正断路器的整定值，便可确保供电系统的可信性。

(2)危害供电系统开关电源的谐波难题及处理对策：

《中华人民共和国电力法》强调："客户用电量不可伤害供电系统、安全用电和搅乱供电系统、用电量纪律"，《供电营业规则》中要求："客户的非线性特性阻抗特点的用电量机器设备连接电力网运作所引入电力网的谐波电流和造成公共性节点至正弦波形崎变超出规范时，客户务必采取有效给予清除。"

由崎变电流导致的电压崎变在于开关电源特性阻抗。特性阻抗愈大则由同一电流崎变所导致的电压崎变就愈大。针对10次下列的谐波来讲，供电系统互联网一般 是理性的，因此开关电源特性阻抗就和頻率正比，谐波频次越高，所导致的崎变就会越大。一般 不太可能减少供配电系统的特性阻抗，因此必须选用其他流程来确保电压崎变不超出程度。将会的解决方案有：装用谐波过滤器、装用隔离变压仪和装用有源的谐波控制器。

①装用谐波过滤器：针对电机控制板造成的谐波，谐波的样子很明晰，能够 用过滤器来减少谐波电流。针对六单脉冲的控制板，过滤器可除掉20%的五次谐波及其所有的高次谐波，对基波危害微乎其微。为了防止增益值巅峰挨近谐波，务必用解谐的过滤器，并且将会要装好几个过滤器。在12单脉冲桥路中很少次的谐波是11次的，这时状况非常简单。

②装用隔离变压仪：平衡的三次谐波电流传返回开关电源去的难题能够 用一台Dyn接线方法的隔离变压仪来消弱。应用这类变电器时，一般 安置一个旁通的电源电路以防止在开展变电器的维护保养工作中时间阶段地对负载终止供电系统。在这样的事情下，应选用中性点有充足大的通用性四芯馈线。在关键的配电设备系统软件中，有时候把隔离变压仪就地装在每一低压配电箱上，使3N次谐波电流与配电设备系统软件相防护。隔离变压仪要适度提升额定电流，不然也会造成电压崎变和超温。

③装用有源的谐波控制器：由变流器/逆变电源造成的边频段和谐波不可以非常好用一般的过滤器来滤掉，这由于边频段上的頻率是随齿轮传动的速率而转变的，而且常常很贴近于基波頻率。现阶段有源滤波器日渐应用推广，它在工作中时积极地引入一个电流来精准地赔偿由负载造成的谐波电流，就会得到一个纯碎的正弦波形。这类滤波器机器设备的工作中靠数字图像处理(DSP)技术性来操纵迅速绝缘层栅双极三极管(IGBT)。由于机器设备是与供配电系统串联工作中的，它只操纵谐波电流，基波电流并不是穿过该过滤器。假如需要过虑的谐波电流比过滤器的容积大得话，它仅仅简易地起限定功效进而波型获得一部分的改正。

二、怎样治理供电系统中的谐波？

在供配电系统中，人们开展谐波治理碰到许多 艰难，非线性负载并不是24钟头稳定运作的，比如电弧炉、中频感应炉，在公布时候出現停止运营的状况，在熔融及其冶炼厂的全过程中，负荷率又有转变，因而谐波是在转变的。因而选用一个或是好多个固定不动的无源滤波器的投切，就不容易和非线性负载变化开展同歩的，殊不知，现阶段有源滤波器又不太可能被大力发展。在技术上看来，谐波治理還是存有一定难度系数，尽管串连L、C无源滤波器对五、七次乃至数次谐波起了治理的功效，对谐波治理具有大的功效。供电系统中谐波的治理方式也有下列几类：

1)、电源变压器机器设备谐波治理：工业生产中的典型性机器设备是中频感应炉，现阶段普遍选用Y/Y0、Δ/Y0两部变电器初中级串联，带两部同样容积中频感应炉同歩运作，以提升整流器时造成谐波的频次，在高频转换中开展L、C串连消化吸收,以降低高频谐波反射面到开关电源侧。

2)、变频器的谐波治理：在一些资本主义国家中变频器和变频器谐波治理机器设备是配套设施供货的，因为变频器的机器设备价钱与配套设施的变频器谐波治理机器设备的价钱相差不多，随后在我国客户，通常只安裝变频器，不安裝配套设施的谐波治理机器设备。近些年，伴随着变频器原理的营销推广，电力网中的谐波危害加重，因而期望用电量管理方法单位搞好客户工作中，保证变频器与配套设施的谐波设备二者另外设计方案，一起投用。

3)、单相电直流焊机是一个谐波源，直流发电机出示直流焊机开关电源，这都是一种谐波治理方式。在整流器技术性比较发达的今日，选用价钱略低的无源滤波器来治理谐波。