隨著國民經濟的快速發展和電力電子技術的廣泛應用，電力系統供電電壓越來越大，電力諧波就是危害電力系統平穩運行的主要危害之一，本文分析了電力諧波產生的原因，提出了一些治理諧波的方法。

　　《湖北電業》Hubei Electric Power(雙月刊)曾用刊名：湖北電力管理，1972年創刊，是一份電業行業企業管理性質的期刊。辦刊宗旨是凝聚產業智慧，啟迪管理思維、提升全省電力企業現代化管理水平，以促進湖北電業改革與發展。

　　一、電力系統中諧波的來源

　　電力系統中的諧波來自電氣設備，也就是說來自發電設備和用電設備。由于發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波，因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前我國應用的發電機有兩大類：隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發電機，凸極機多用于水輪發電機。

　　對于諧波分量而言，隱極機優于凸極機，但隨著科技進步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發電機的勵磁電流有交流分量，造成發電機的諧波分量有所上升。可控硅勵磁它的勵磁電流有交流分量是和發電機轉速是同步的，而IGBT電子勵磁裝置的勵磁電流有交流分量是固定頻率的，和發電機轉速不能同步。當發電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時，由于電機的鐵磁飽和，會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時，也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網電壓偏移在±7%以下，所以發電、變電設備產生的諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發電、變電設備不是影響電網電壓波形方面質量的主要矛盾。供電行業要調整好配變的三相員荷基本平衡，否則會產生配變鐵磁飽和，產生諧波電流。

　　為此，影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備，也就是說非線性用電設備是主要的諧波源，非線性用電設備主要有以下四大類：

　　1、電弧加熱設備:如電弧爐、電焊機等。

　　2、交流整流的直流用電設備：如電力機車、電解、電鍍等。

　　3、交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。

　　4、開關電源設備:如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

　　這些用電設備都是非線性用電設備，但它們產生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

　　電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會起弧，才會有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線性(如左圖)。此外，弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網的諧波污染比較大。

　　交流整流直流用電設備的諧波產生的原因時由于整流設備有一個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零(如左圖)。這類用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較低。

　　交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流，這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波，也有 高次諧波(如左圖)。雖然這類設備單臺容量比上述兩類設備容量要小，但它的分布面廣，數量多，是目前推廣使用的技術手段，因此它的諧波污染應引起足夠關注。

　　開關電源設備目前應用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過開關管控制變壓器初級電流的開通和關閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開關電源的頻率比較高一般在40kHz左右，不僅在整流時產生諧波，而且在開關管開閉時，反射40kHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單臺容量不大，但它是面最廣、量最大的非線性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而且三次諧波還會通過配變污染到10kV電網。

　　二、諧波治理的基本方法

　　目前諧波治理的基本方法有以下三種，在治理過程中又可以采用變電所集中治理和非線性用電設備處分散治理兩種方法。按誰污染誰治理的原則，應該采用非線性用電設備處分散治理。但對于電腦，彩電，節能燈等民用設備，則只能進行集中治理。

　　1、減少非線性用電設備與電源間的電氣距離。也就是減少系統阻抗，換句話說就是提高供電電壓等級。例如，在麗水電業局的遂昌鋼廠就取得了不錯效果，該鋼廠原是用35kV供電，由兩個110kV變電所各架設一回35kV專線供電，而它的主要用電設備是電弧爐，雖然進行了五次、七次諧波治理，但在110kV的35kV母線上測得諧波分量仍接近或稍超國家標準。但在麗水局在遂昌新建了一個220kV變電所而且離該鋼廠僅4km左右，用5回35kV專線供電，使35kV母線的諧波分量控制在國家標準以內，此外該廠還使用了較大容量的同步發電機，使這些非線性負荷的電氣距離大大下降，使該廠生產的諧波對電網的危害性下降，這種方法投資是最大的，往往需要和電網發展規劃相協調。

　　2、諧波的隔離。非線性用電設備產生的諧波，它不僅直接影響到本級電網，而且經過變壓器后，還會影響到上幾級電網。如何把這些非線性用電設備產生的諧波不影響或少影響其他幾級電網，這也是諧波治理的一個基本方法。這一方法在電網中廣泛采用，發電機發出的電能經過Y/D、Yn/D、Yn/Y等接線組別的變壓器，把發電機產生的三次、六次、九次等零序分量的諧波與上級電網隔離開來，因此在110kV以上高壓電網上，三、六、九次諧波分量很小，幾乎是零。而10kV由于在2005年前大多數配變為Y/Yn接線，35kV也有少量Y/Yn接線的直配變，因此在10kV和35kV中三、九次諧波分量會比高壓電網大。為了減少10kV和35kV中三、九次諧波分量我國從2005年后10kV采用D/Yn配變，35kV有少量直配變，改用D/Yn接線組別。

　　3、安裝濾波器。目前對變電所側和用戶側諧波治理的方法，多采用安裝濾波器來減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。

　　有源濾波器的基本工作原理是把用戶電源側的電流波型與正弦波相比較，差額部分由有源濾波器進行補償，這是諧波治理的發展方向。

　　無源濾波器是通過L、C串聯或并聯，使其在某次諧波產生諧振，當發生串聯諧振時，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近零，這類濾波器往往接在變壓器的二次側出口處，從而使變壓器的一次側該次諧波的分量也很小，達到對該次諧波治理的目的。

　　一般在電容器無串聯電感時，電網額定電壓為10kV，變壓所母線電壓在10.5kV以上，電容器額定電壓多選用11kV/ 。因此，用整治五次諧波的濾波器電容額定電壓就常選取11.5kV/ 或12kV/ ，用來整治七次諧波的濾波器電容額定電壓就常選取11kV/ 。

　　但是由于計算精度和電容器、電感器的制造精度等的原因，若按計算結果數據來配備，在標準化審查時就通不過，為了保證串聯濾波器能在五、七次諧波頻率時諧振，我們要求電感有一定的調節范圍，從而確保濾波器能正常工作。具體調試方法如下圖，調節電感,在諧波分析儀中該次諧波值最小時，則認為濾波器已調試成功。

　　三、諧波治理方法的總結和發展

　　在電力系統中，供電電壓波型是中心對稱的，因此基本上不含有偶次諧波，主要存在在奇次諧波，而三、九次諧波可以通過Y0/Δ、Y/Δ接線組別進行隔離。而11、13次以上諧波由于其頻率比較高，而且輸電線路有一定電感量，對地又有一定電容量，相間及線間也有一定電容量。因此，高次諧波在線路傳輸過程中衰減比較快，同時高次諧波在電網中所占的比重也不大，故在電力行業中不作為主要整治對象。

　　對于電力行業的諧波治理方法有以下五種基本方法：

　　1、采用Yn/D、Yn/Y、Y/D、D/Yn接線組別的變壓器，隔離三、九次諧波。

　　2、采用L、C串聯無源濾波器，對五、七次諧波進行治理。

　　3、采用L、C并聯無源濾波器，對三、六、九次諧波電流進行阻塞。

　　4、加強電網建設，擴大電網容量，增加旋轉備用容量。

　　5、用電動機帶動發電機對特殊諧波用電設備供電，使諧波源與電網完全隔離。

　　對于非線性用電設備的諧波治理方法有以下五種方法：

　　1、對電弧加熱用電設備，采用多相(六相、十二相等)電弧爐變壓器，從而使低次諧波分量下降，高次諧波分量上升。目前最常用的是Y/Yn、D/Yn兩變壓器分別接兩臺相同容量的電弧爐，并使兩爐同步作業，通過LC串聯無源濾波裝置進行局部治理，達到用電設備產生的諧波不超標。

　　電弧加熱用電設備為了控制弧電流，會在電爐變壓器中加入一個勵磁繞組，通入勵磁電流變成可控電壓的磁飽和變壓器，造成電弧側的電壓波型不對稱，出現偶次諧波。當通入勵磁電流用單相整流，用可控硅控制時，偶次諧波的分量會加劇。為了減少偶次諧波的分量又能控制弧電流，可以在高壓側采用18級有載調壓開關，調節電孤側電壓，從而達到不產生偶次諧波，又達到控制弧電流的目的。

　　2、對于交流整流直流用電設備采用多相整流。多相整流產生的諧波多為整流相數±1次，對12相整流設備，諧波分量最大是11次和13次，而對24相整流設備，則是23次和25次。諧波頻率越高，L、C串聯濾波器的投資越小，諧波在輸電線路中傳輸衰減越快。

　　3、開關電源設備諧波治理。工業用的典型設備是中頻爐，目前廣泛采用Y/Yn、D/Yn兩臺變壓器初級并聯，帶兩臺相同容量中頻爐同步運行，以提高整流時產生諧波的次數，在中頻變換中進行L、C串聯吸收,以減少中頻諧波反射到電源側。

　　4、變頻器的諧波治理。在發達國家中是變頻器和變頻器諧波治理設備配套供應的，由于變頻器的設備價格和配套的變頻器諧波治理設備的價格相差不多，我國的好多用戶，往往只安裝變頻器，不安裝配套的諧波治理設備。隨著變頻技術的推廣，會使電網中的諧波影響加激，因此希望用電管理部門做好用戶工作，做到變頻器與配套的諧波裝置二者同時設計，一起投運。

　　5、用戶側多投一些同步電動機，它一方面可以進行無功補償，減少電壓波動及電壓閃變，另一方面它又能吸收一部分諧波電流，對諧波治理也有很大好處。例如，遂昌鋼廠，在同步電動機全開時，110kV古市變和金溪變35kV母線的電壓，諧波分量基本能在允許范圍內，如果同步機停運，則這兩點的電壓諧波分量會超標，因此用戶投入同步機對電網是有利的。

　　在供電系統中進行諧波治理有不少困難，非線性負荷不是24小時平穩運行的，如電弧爐、中頻爐在出爐時會停運，在熔化和冶煉過程中，出力又有變化，因此諧波是在變化的。所以采用一個或幾個固定的無源濾波器的投切，不可能和非線性負荷變動進行同步，而目前有源濾波器價高，不可能大力推廣。從技術上說，目前對諧波治理有一定難度，而且雖然串聯L、C無源濾波器對五、七次諧波起了治理作用，但是對某次諧波在某個條件下會起放大作用，從這一點來看，希望加強用電設備的治理工作。

　　在變電所補償設備中串入一定電感，可以使之成為五、七次諧波治理設備，同時還可以起到補償作用，以達到一物二用。但在設計方面則要請有豐富經驗的設計單位設計，在浙江省可以請浙江省電力試驗研究所，他們在五、七次諧波治理中已取得了很好的成果，在他們的指導下，各供電企業可以自己動手，從小到大做一些諧波治理工作，解決一些諧波污染問題，這對各供電企業的自身提高是有幫助的。

　　參考文獻：

　　參1：黃冰心《四川電力技術》2011年第4期 《住宅小區公用電網的諧波及治理》

　　參2：曾益保《大眾科學*科學研究與實踐》2008年第20期《芻議電網諧波的危害及治理》

　　參3：陸德琳 《電力系統自動化產品信息》2005年11期 《電力系統諧波的出線與基本治理方法》