一、電力系統(tǒng)中諧波的來(lái)源
電力系統(tǒng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國(guó)應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類：隱極機(jī)和凸極機(jī)。隱 極機(jī)多用于汽輪發(fā)電機(jī)，凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。
對(duì)于諧波分量而言，隱極機(jī)優(yōu)于凸極機(jī)，但隨著科技進(jìn)步，可控硅、IGBT等電子勵(lì)磁裝置的投入，使發(fā)電機(jī)的諧波分量有所上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定電壓的10％以上時(shí)，由于電機(jī)的磁飽和，會(huì)使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓過(guò)額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7％以下，所以發(fā)電、變電設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國(guó)家的考核標(biāo)準(zhǔn)低的多，因此發(fā)電、變電設(shè)備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。
為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線性用電設(shè)備，也就是說(shuō)非線性用電設(shè)備是主要的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類：
電弧加熱設(shè)備：如電弧爐、電焊機(jī)等。
交流整流的直流用電設(shè)備：如電力機(jī)車、電解、電鍍等。
交流整流再逆變用電設(shè)備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。
開關(guān)電源設(shè)備：如中頻爐、彩色電視機(jī)、電腦、電子整流器等。
這些用電設(shè)備都是非線性用電設(shè)備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：
電弧加熱設(shè)備是由于電弧在70伏以上才會(huì)起弧，才會(huì)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。
此外，弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機(jī)在上世紀(jì)四、五十年代已廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)時(shí)電弧加熱設(shè)備量少，電焊機(jī)應(yīng)用的同時(shí)率就更小了，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但在當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。
交流整流直流用電設(shè)備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零(如圖圖所示)。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設(shè)備中加入了儲(chǔ)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(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流，在整流設(shè)備中應(yīng)用了可控硅，這使得該類設(shè)備的諧波污染更嚴(yán)重，而且諧波的次數(shù)比較低。
交流整流再逆變用電設(shè)備，在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設(shè)備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。
雖然這類設(shè)備單臺(tái)容量比上述兩類設(shè)備容量要小，但它的分布面廣，數(shù)量多，是目前推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應(yīng)引起足夠關(guān)注。
開關(guān)電源設(shè)備目前應(yīng)用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過(guò)開關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流，供給用電設(shè)備。此外，開關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開關(guān)管開閉時(shí)，反射40kHz左右的波至電源。這類用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大，但它是應(yīng)用面廣、量大的非線性用電設(shè)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(huì)通過(guò)配變污染到10kV電網(wǎng)。
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(guò)程中又可以采用變電所集中治理和非線性用電設(shè)備處分散治理兩種方法。按誰(shuí)污染誰(shuí)治理的原則，應(yīng)該在非線性用電設(shè)備處分散治理。但對(duì)于電腦，彩電，節(jié)能燈等民用設(shè)備，則只能進(jìn)行集中治理。
1、減少非線性用電設(shè)備與電源間的電氣距離。也就是減少系統(tǒng)阻抗，換句話說(shuō)就是提高供電電壓等級(jí)。例如，在麗水電業(yè)局的遂昌鋼廠就取得了不錯(cuò)效果，該鋼廠原是用35kV供電，由兩個(gè)110kV變電所各架設(shè)一回35kV專線供電，而它的主要用電設(shè)備是電弧爐，雖然進(jìn)行了五次、七次諧波治理，但在110kV的35kV母線上測(cè)得諧波分量仍接近或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但在麗水局在遂昌新建了一個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，此外該廠還使用了較大容量的同步發(fā)電機(jī)，使這些非線性負(fù)荷的電氣距離大大下降，使該廠生產(chǎn)的諧波對(duì)電網(wǎng)的危害性下降，這種方法投資是大的，往往需要和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。
2、諧波的隔離。非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，它不僅直接影響到本級(jí)電網(wǎng)，而且經(jīng)過(guò)變壓器后，還會(huì)影響到上幾級(jí)電網(wǎng)。如何把這些非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波不影響或少影響其他幾級(jí)電網(wǎng)，這也是諧波治理的一個(gè)基本方法。這一方法在電網(wǎng)中廣泛采用，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)Y/△、Y0/△、Y0/Y等接線組別的變壓器，把發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三次、九次等零序分量的諧波與上級(jí)電網(wǎng)隔離開來(lái)，因此在110kV以上高壓電網(wǎng)上，三、九次諧波分量很小，幾乎是零。而10kV由于大多數(shù)配變?yōu)閅/Y0接線，35kV也有少量Y/Y0接線的直配變，因此在10kV和35kV系統(tǒng)中三、九次諧波分量會(huì)比高壓電網(wǎng)大。為了減少低壓對(duì)10kV電網(wǎng)的影響，我局現(xiàn)在10kV配電系統(tǒng)中推廣使用了D，yn11接線組別的配電變壓器，有效的減少了三、九次諧波的影響。
3、安裝濾波器。目前對(duì)變電所側(cè)和用戶側(cè)諧波治理的方法，多采用安裝濾波器來(lái)減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無(wú)源濾波器兩大類。
有源濾波器的基本工作原理是把電源側(cè)的電流波型與正弦波相比較，差額部分由有源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，這是諧波治理的發(fā)展方向。目前由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高，而且成本很高，因此在現(xiàn)階段不可能大量推廣應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功率電子元件的成本下降，這一技術(shù)一定會(huì)在諧波治理上占主導(dǎo)地位的。
無(wú)源濾波器是通過(guò)L、C串聯(lián)或并聯(lián)，使其在某次諧波產(chǎn)生諧振，當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，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(cè)出口處，從而使變壓器的一次側(cè)該次諧波的分量也很小，達(dá)到對(duì)該次諧波治理的目的。串聯(lián)無(wú)源濾波器多用于對(duì)五、七、十一次諧波治理中，而且往往同時(shí)采用兩組以上濾波器，諧振在五、七次，同時(shí)起補(bǔ)償電容器組的作用。目前，在電力行業(yè)中，它多用于35kV和110kV變電所的10kV母線上，兩組濾波器中的電容器容量大于變電所無(wú)功補(bǔ)償容量，串聯(lián)電感后，諧振在五、七次諧波頻率中，使無(wú)源濾波器一物二用，具體計(jì)算公式如下：
當(dāng)無(wú)源濾波器中，L、C串聯(lián)諧振在n次諧波頻率時(shí)，。
電容器和電感在工頻時(shí)的參數(shù)：
Xc＝n2XL得，當(dāng)n＝5時(shí)，Xc＝52XL＝25XL
Uc＝1.04U，Qc＝1.04QLC
當(dāng)n＝7時(shí)，Xc＝72XL＝49XL，Uc＝1.02U，Qc＝1.02QLC
一般在電容器無(wú)串聯(lián)電感時(shí)，電網(wǎng)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(lái)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(jì)算精度和電容器、電感器的制造精度等原因，若按計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)配備，在標(biāo)準(zhǔn)化審查時(shí)就通不過(guò)，為了保證串聯(lián)濾波器能在五、七次諧波頻率時(shí)諧振，我們要求電感有一定的調(diào)節(jié)范圍，從而確保濾波器能正常工作。具體調(diào)試方法如下圖，調(diào)節(jié)電感,在諧波分析儀中該次諧波值小時(shí)，則認(rèn)為濾波器已調(diào)試成功。
