一、供配電系統(tǒng)中的諧波

在供配電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)早已有這么多年了。以往，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)生產(chǎn)的直流變速齒輪傳動常用的，由溝通交流轉(zhuǎn)換為直流電的水銀鎮(zhèn)流器所造成的。近些年，造成諧波的機器設(shè)備種類及總數(shù)均已猛增，并將再次提高。因此，人們務(wù)必很謹(jǐn)慎地考慮到諧波和它的負(fù)面影響，及其如何把負(fù)面影響降低到很少。

1諧波的造成

在理想化的整潔供配電系統(tǒng)中，電流和電壓全是正弦波形的。在只含線性元件(電阻器、電感器及電容器)的簡單電路里，穿過的電流與釋放的電壓正比，穿過的電流是正弦波形。

在具體的供配電系統(tǒng)中，因為有非線性負(fù)載的存有，當(dāng)電流穿過與所加電壓不呈線性相關(guān)的負(fù)載時，就產(chǎn)生非正弦電流。一切規(guī)律性波型均可分解為一個基頻正弦波形再加很多諧波頻率的正弦波形。諧波頻率是基頻的整倍率，比如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因而崎變的電流波型將會有二次諧波、三次諧波……將會直至第三十次諧波構(gòu)成。

2造成諧波的機器設(shè)備種類

全部的非線性負(fù)載都能造成諧波電流，造成諧波的機器設(shè)備種類有：電源開關(guān)方式開關(guān)電源(SMPS)、電子器件熒火燈電子鎮(zhèn)流器、變速齒輪傳動、ups電源(UPS)、帶磁變壓器鐵芯機器設(shè)備及一些電器產(chǎn)品如電視等。

(1)電源開關(guān)方式開關(guān)電源(SMPS)：

大部分的當(dāng)代電子產(chǎn)品都應(yīng)用電源開關(guān)方式開關(guān)電源(SMPS)。他們和舊式的機器設(shè)備不一樣，他們已經(jīng)傳統(tǒng)式的降血壓器和鎮(zhèn)流器換成由開關(guān)電源立即經(jīng)可操縱的鎮(zhèn)流器件去給存儲電容電池充電，隨后用一種和需要的輸出電壓及電流相合適的方式輸出需要的直流電流。這針對機器設(shè)備生產(chǎn)廠的益處是應(yīng)用元器件的規(guī)格、價錢及凈重均可大幅地減少，它的缺陷是無論這是哪一種型號規(guī)格，它都不可以從開關(guān)電源吸取持續(xù)的電流，而只有吸取單脈沖電流。此單脈沖電流帶有很多的三次及高次諧波的份量。

(2)電子器件熒光燈鎮(zhèn)流器：

電子器件熒光燈鎮(zhèn)流器近年來被很多選用。它的優(yōu)勢是在工作中于高頻率時可明顯提升led燈管的高效率，并且缺陷是其逆變電源在開關(guān)電源電流中造成諧波和電氣設(shè)備噪音。應(yīng)用含有功率因數(shù)校正的型號規(guī)格商品可降低諧波，但成本費價格昂貴。

(3)直流變速齒輪傳動：

直流電機的變速控制板一般 選用三相橋式整流電路，它也稱之為六單脈沖橋式整流電路，由于在直流輸出側(cè)每星期波內(nèi)有六個單脈沖(在每相的半波上帶一個)。直流電機的電感器是比較有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動飲料波(即是供電系統(tǒng)頻率的6倍)，這就更改了供電系統(tǒng)電流的波型。

(4)ups電源(UPS)：

依據(jù)電磁能轉(zhuǎn)換方法和由外界供電系統(tǒng)到內(nèi)部供電系統(tǒng)常用變換方法的不一樣，UPS有很多不一樣的種類。關(guān)鍵的種類有：免費在線的UPS、線下的UPS和路線交互作用的UPS。由UPS供電系統(tǒng)的負(fù)載一直電子信息技術(shù)機器設(shè)備，他們是非線性的而且?guī)в泻芏嗟牡痛沃C波。

(5)磁芯元器件：

在有變壓器鐵芯的電抗器上的勵磁調(diào)節(jié)器電流和磁通量相對密度相互關(guān)系一直非線性的。假如電流波型是正弦波形(亦即電源電路中串連的電阻器挺大)那麼電磁場時會有高次諧波，這被覺得是逼迫被磁化全過程。假如釋放在電磁線圈上的電壓是正弦波形(亦即串連的電阻器不大)則磁通量相對密度也將是正弦波形，而電流波型則帶有高次諧波，這被覺得是隨意被磁化全過程。

3諧波引起的難題及處理對策

諧波電流在電氣系統(tǒng)內(nèi)及其設(shè)備內(nèi)均會導(dǎo)致難題。但其危害和處理對策十分不一樣，必須各自解決；適用清除諧波在設(shè)備內(nèi)負(fù)面影響的方法并不可以降低諧波在電氣系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)致的崎變，相反也是。

(1)設(shè)備內(nèi)的諧波難題及處理對策：

幾個普遍多發(fā)性的難題是由諧波造成的：電壓崎變、過零噪音、中性點超溫、變電器超溫、隔離開關(guān)的錯誤操作等。

①電壓崎變：由于電氣系統(tǒng)有內(nèi)特性阻抗，因此諧波負(fù)載電流將導(dǎo)致電壓波型的諧波電壓崎變(它是造成"坡屋頂"波的根本原因)。此特性阻抗有2個構(gòu)成部分：電源接口(PCC)之后的電氣設(shè)備設(shè)備內(nèi)部電纜線路線的特性阻抗和PCC之前電氣系統(tǒng)內(nèi)的特性阻抗，客戶處的供電系統(tǒng)變電器就是PCC的一例。

由非線性負(fù)載造成的崎變負(fù)載電流在電纜線的特性阻抗上造成一個崎變的電壓降。生成的崎變電壓波型加進(jìn)與其同一電源電路上所接的所有別的負(fù)載上，造成諧波電流的穿過，即便這種負(fù)載是線形的負(fù)載都是這般。

處理的方法是把造成諧波的負(fù)載的供電系統(tǒng)路線和對諧波比較敏感的負(fù)載的供電系統(tǒng)路線分離，線形負(fù)載和非線性負(fù)載從同一電源接口點剛開始由不一樣的電源電路防爆開關(guān)，使非線性負(fù)載造成的崎變電壓不容易傳輸?shù)骄€形負(fù)載上來。

②過零噪音：很多電子器件控制板要檢驗電壓的過零點，以明確負(fù)載的接入時刻。那樣做是以便在電壓過零時接入理性負(fù)載不至于造成瞬態(tài)過電壓，進(jìn)而可降低干擾信號(EMI)和半導(dǎo)體材料電源開關(guān)元器件上的電壓沖擊性。如在開關(guān)電源上帶高次諧波或瞬態(tài)過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難以判斷可能會導(dǎo)致錯誤操作。事實上在每一半波里會有好幾個過零點。

③中性點超溫：在中性點立即接地裝置的三相四線式供配電系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載造成3N次諧波電流時，中性點上把穿過各相3N次諧波電流的和。如那時候三相負(fù)載不均衡時，中性點上流過的電流會更大。近期科學(xué)研究試驗發(fā)覺中性點電流會將會超過一切一相的相電流。導(dǎo)致中性點輸電線發(fā)燙過高，提升了路線耗損，乃至?xí)龎妮旊娋€。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的處理對策是擴大三相四線式供配電系統(tǒng)中中性點的電纜線徑，很少規(guī)定要應(yīng)用與相線等橫截面的輸電線。國際電工委員會(IEC)曾建議中性點輸電線的橫截面應(yīng)是相線輸電線橫截面的200%。

④變電器溫度過高：布線為Yyn的變電器，其二次側(cè)負(fù)載造成3N次諧波電流時，其中性點上除有三相負(fù)載不均衡電流總數(shù)外，還將穿過3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流根據(jù)變電器一次側(cè)注入電力網(wǎng)。處理所述難題非常簡單的方法是選用Dyn布線的變電器，使負(fù)載造成的諧波電流在變電器△形繞阻中循環(huán)系統(tǒng)，而不至于注入電力網(wǎng)。

不管諧波電流注入電力網(wǎng)是否，全部的諧波電流都是提升變電器的電磁能耗損，并提升了變電器的溫度。

⑤造成剩下電流隔離開關(guān)的錯誤操作：剩下電流隔離開關(guān)(RCCB)是依據(jù)根據(jù)零序電壓互感器的電流總和來姿勢的，假如電流總和超過額定值的限制值它就將脫扣器斷開開關(guān)電源。出現(xiàn)諧波時RCCB錯誤操作有2個緣故：第一，由于RCCB是一種機電工程元器件，有時候不可以精確檢驗出高頻率份量的和，因此就會誤跳電。第二，因為有諧波電流的原因，穿過電源電路的電流會比測算個人所得或簡易測出的值要大。大部分的手持式檢測儀表并不可以測到真正的電流均方根值而僅僅均值，隨后假定波型是正宗弦的，再乘一個效正指數(shù)而算出讀值。在有諧波時，那樣讀取的結(jié)果將會比真正標(biāo)值要低得多，而這就代表斷路器是被滅磁在一個十分低的標(biāo)值上。

如今能夠 購到能檢驗電流均方根值的隔離開關(guān)，加上真正的均方根值精確測量技術(shù)性，效正斷路器的整定值，便可確保供電系統(tǒng)的可信性。

(2)危害供電系統(tǒng)開關(guān)電源的諧波難題及處理對策：

《中華人民共和國電力法》強調(diào)："客戶用電量不可傷害供電系統(tǒng)、安全用電和攪亂供電系統(tǒng)、用電量紀(jì)律"，《供電營業(yè)規(guī)則》中要求："客戶的非線性特性阻抗特點的用電量機器設(shè)備連接電力網(wǎng)運作所引入電力網(wǎng)的諧波電流和造成公共性節(jié)點至正弦波形崎變超出規(guī)范時，客戶務(wù)必采取有效給予清除。"

由崎變電流導(dǎo)致的電壓崎變在于開關(guān)電源特性阻抗。特性阻抗愈大則由同一電流崎變所導(dǎo)致的電壓崎變就愈大。針對10次下列的諧波來講，供電系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)一般 是理性的，因此開關(guān)電源特性阻抗就和頻率正比，諧波頻次越高，所導(dǎo)致的崎變就會越大。一般 不太可能減少供配電系統(tǒng)的特性阻抗，因此必須選用其他流程來確保電壓崎變不超出程度。將會的解決方案有：裝用諧波過濾器、裝用隔離變壓儀和裝用有源的諧波控制器。

①裝用諧波過濾器：針對電機控制板造成的諧波，諧波的樣子很明晰，能夠 用過濾器來減少諧波電流。針對六單脈沖的控制板，過濾器可除掉20%的五次諧波及其所有的高次諧波，對基波危害微乎其微。為了防止增益值巔峰挨近諧波，務(wù)必用解諧的過濾器，并且將會要裝好幾個過濾器。在12單脈沖橋路中很少次的諧波是11次的，這時狀況非常簡單。

②裝用隔離變壓儀：平衡的三次諧波電流傳返回開關(guān)電源去的難題能夠 用一臺Dyn接線方法的隔離變壓儀來消弱。應(yīng)用這類變電器時，一般 安置一個旁通的電源電路以防止在開展變電器的維護(hù)保養(yǎng)工作中時間階段地對負(fù)載終止供電系統(tǒng)。在這樣的事情下，應(yīng)選用中性點有充足大的通用性四芯饋線。在關(guān)鍵的配電設(shè)備系統(tǒng)軟件中，有時候把隔離變壓儀就地裝在每一低壓配電箱上，使3N次諧波電流與配電設(shè)備系統(tǒng)軟件相防護(hù)。隔離變壓儀要適度提升額定電流，不然也會造成電壓崎變和超溫。

③裝用有源的諧波控制器：由變流器/逆變電源造成的邊頻段和諧波不可以非常好用一般的過濾器來濾掉，這由于邊頻段上的頻率是隨齒輪傳動的速率而轉(zhuǎn)變的，而且常常很貼近于基波頻率。現(xiàn)階段有源濾波器日漸應(yīng)用推廣，它在工作中時積極地引入一個電流來精準(zhǔn)地賠償由負(fù)載造成的諧波電流，就會得到一個純碎的正弦波形。這類濾波器機器設(shè)備的工作中靠數(shù)字圖像處理(DSP)技術(shù)性來操縱迅速絕緣層?xùn)烹p極三極管(IGBT)。由于機器設(shè)備是與供配電系統(tǒng)串聯(lián)工作中的，它只操縱諧波電流，基波電流并不是穿過該過濾器。假如需要過慮的諧波電流比過濾器的容積大得話，它僅僅簡易地起限定功效進(jìn)而波型獲得一部分的改正。

二、怎樣治理供電系統(tǒng)中的諧波？

在供配電系統(tǒng)中，人們開展諧波治理碰到許多 艱難，非線性負(fù)載并不是24鐘頭穩(wěn)定運作的，比如電弧爐、中頻感應(yīng)爐，在公布時候出現(xiàn)停止運營的狀況，在熔融及其冶煉廠的全過程中，負(fù)荷率又有轉(zhuǎn)變，因而諧波是在轉(zhuǎn)變的。因而選用一個或是好多個固定不動的無源濾波器的投切，就不容易和非線性負(fù)載變化開展同歩的，殊不知，現(xiàn)階段有源濾波器又不太可能被大力發(fā)展。在技術(shù)上看來，諧波治理還是存有一定難度系數(shù)，盡管串連L、C無源濾波器對五、七次乃至數(shù)次諧波起了治理的功效，對諧波治理具有大的功效。供電系統(tǒng)中諧波的治理方式也有下列幾類：

1)、電源變壓器機器設(shè)備諧波治理：工業(yè)生產(chǎn)中的典型性機器設(shè)備是中頻感應(yīng)爐，現(xiàn)階段普遍選用Y/Y0、Δ/Y0兩部變電器初中級串聯(lián)，帶兩部同樣容積中頻感應(yīng)爐同歩運作，以提升整流器時造成諧波的頻次，在高頻轉(zhuǎn)換中開展L、C串連消化吸收,以降低高頻諧波反射面到開關(guān)電源側(cè)。

2)、變頻器的諧波治理：在一些資本主義國家中變頻器和變頻器諧波治理機器設(shè)備是配套設(shè)施供貨的，因為變頻器的機器設(shè)備價錢與配套設(shè)施的變頻器諧波治理機器設(shè)備的價錢相差不多，隨后在我國客戶，通常只安裝變頻器，不安裝配套設(shè)施的諧波治理機器設(shè)備。近些年，伴隨著變頻器原理的營銷推廣，電力網(wǎng)中的諧波危害加重，因而期望用電量管理方法單位搞好客戶工作中，保證變頻器與配套設(shè)施的諧波設(shè)備二者另外設(shè)計方案，一起投用。

3)、單相電直流焊機是一個諧波源，直流發(fā)電機出示直流焊機開關(guān)電源，這都是一種諧波治理方式。在整流器技術(shù)性比較發(fā)達(dá)的今日，選用價錢略低的無源濾波器來治理諧波。