学文网谐波电流篇1
Abstract： This article leads to effective measure for eliminating harm of harmonics from thermal power plant which is active power filter （APF） by analyzing how harmonics are produced. And， this article provides emprical formula which makes choice for APF more reasonable， accordingly reduces harm of harmonics.
关键词：谐波；有源电力滤波器（APF）；谐波电流
Key words： harmonics；active power filter （APF）；harmonic current
中***分类号：TH132.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）11-0026-02
0 引言
谐波是现代电子的副产品，当大量个人计算机（单相负荷）、UPS、变频设备或能够将交流转换成直流的电子设备使用时，就产生了大量谐波。随着现代科学技术的不断发展，和国家节能减排工作的深入推进，火力发电厂的厂用电设备越来越多的用到变频装置，且单机容量较大，这类非线性负载会产生大量谐波电流，并进入厂用电系统，对系统内各种用电设备包括变压器、电动机、电缆等均会造成不同程度的危害，因此消除或抑制谐波危害就显得十分必要。
1 谐波的定义、产生的机理及危害
1.1 谐波的定义 谐波是具有50Hz整数倍频率的周波的组成部分，其频率是基波频率的倍数。特性谐波由电路中整流器的数量决定，有以下公式：
H=（n×p）±1
其中：n整数（1、2、3、4）；p 整流器或脉冲数量。
1.2 谐波产生的机理 “线性”和“非线性”定义了电流与电压波形之间的关系。线性负荷具有连续的电流，电压、电流之间具有线性关系。非线性负荷具有非连续的电流，因此与电压波形是不对应的。
非线性负荷产生谐波（在电流曲线上产生突然短脉冲），而不是平滑的正弦曲线（见***1）。
更进一步的说，正是应用了前端整流器设计，才导致所有的变频设备产生谐波。***2示例了一个典型的6脉冲整流器。
变频设备产生的谐波，其程度和幅值是由其本身设计以及非线性负荷与所联配电系统阻抗的关系决定的。设备之前的电源线路阻抗决定了反馈到配电系统的谐波电流、电压的幅值和振幅。***3说明了这种关系。
此外，通过配电阻抗反馈的畸变电流引起了电压降或谐波电压畸变，其关系与配电系统的故障电流、阻抗是成比例的。
1.3 谐波的危害 电压过高或谐波畸变能够导致配电系统及其供电的设备出现各种问题，诸如电容器寿命减少、断路器误跳闸、变压器损耗增加等。
2 谐波的治理措施
按照谐波产生及危害的领域，可分为主母线侧谐波和终端用户侧谐波。
主母线侧谐波的主要影响范围是电力变压器、配电主设备等。终端用户侧谐波的主要影响范围是计算机、节能灯、控制及精密测量容量小。针对火电发电厂，本文主要介绍主母线侧谐波的治理措施。
在火电发电厂中，当变压器带有较多变频装置时，比如空冷变压器带有风机变频，变压器主母线侧就存在谐波，谐波次数在2～40，谐波频率在100Hz～2kHz。此时谐波能量大，对设备有明显物理损伤，谐波源较为单一，衰减较快时不干扰控制设备。为了消除主母线侧谐波，采用有源电力滤波器（APF）是目前相当有效的方法。
将APF以并联的方式接入电网，实时监测电网中由非线性负荷产生的电流波形，滤除其中的基波部分，并将剩余的部分反相，再通过IGBT变换器将反相电流注入到电网中，实现抑制谐波、动态补偿无功的功能。
某型APF产品的工作原理如***4所示。
关于APF的详细内容可参见文献1，本文不再赘述。
为了更好地消除、抑制谐波，那么合理地选择APF就变得很重要，而谐波电流则是进行合理选择的必要条件。
3 谐波电流的计算
由于谐波电流计算涉及到诸多因素，尤其是在实际发生的现场更为复杂，很多设备即使谐波源，同时也是吸收谐波的消谐装置。在这种情况下，收集到完整的电气设备谐波数据是很困难的，在此提出谐波电流计算的经验公式，以满足工程设计要求；
ITHD=k1×k2×THDi■（1）
ITHD：谐波电流，单位：A；
k1：负荷率，即计算负荷占变压器额定容量的比例，通常在0.5～0.8之间；
k2：综合治理系数，通常在0.2～01.0之间；
S：变压器额定荣，单位：kVA；
THDi：谐波电流畸变率，通常在10%～35%之间。
k2的定义及选取。供电系统中的变频设备不同，容量不同，接线形式不同，那么，谐波产生后，同样会相互作用，同时，以功率因数校正为主的补偿装置也会与谐波相互作用，有吸收，也有震荡，故设置k2系数。根据火电发电厂中的变频设备类型、数量，k2取值在0.6～0.8。
根据工程经验，THDi的取值在20%～25%。变频器数量较多时，可取值在25%～35%。
例如，某火力发电厂，一台空冷变压器的额定容量为2500kVA，负荷率k1为0.8，综合治理系数k2取0.7，谐波电流畸变率取25%。
由公式（1），得
ITHD=0.8×0.7×25%■=505.2A
得出估算的谐波电流值，便可进一步选出适当的APF产品，从而避免了谐波电流值估算过大或过小，从而影响APF的谐波消除效果。
4 结束语
今天，随着节能减排工作的深入开展，越来越多的火力发电厂设备开始使用变频装置，这些变频装置通常单机容量较大，其产生的谐波对厂用电系统的安全稳定运行造成了较大影响。作为一种有效的谐波治理措施，有源电力滤波（APF）的应用，可以很大程度上减少这种谐波的危害。为了更加合理的选择APF，本文提出了一个谐波电流计算的经验公式，对火电发电厂的工程设计具有积极的借鉴意义。
参考文献：
[1]王兆安，刘进***主编.《电力电子技术》第5版.机械工业出版社出版.
[2]马胜利.变配电系统中的谐波治理.价值工程杂志，2012（05）.
谐波电流篇2
关键词：单相 无功 谐波 瞬时功率
中***分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0023-03
Abstract：Reactive power and harmonic compensation device has many applications in industrial， effective reactive power and harmonic current detection is the precondition of compensation. By the DQ decomposition method of instantaneous power theory， The reactive power and harmonic circuit detection in three-phase is mature， but the reactive power and harmonic current testing in single-phase circuit have not been well done. Based on the single-phase circuit instantaneous reactive power theory，this paper proposes a single-phase circuit and harmonic current detection method， The mathematical relationship shows the decomposition principle of reactive power and harmonic current， and， the correctness and validity of the proposed contentis verified by Matlab.
Key Words：Single-phase； Reactive power； Harmonic； Instantaneous power
无功和谐波电流对电网有着很多危害，有效的电网无功和谐波电流检测在无功和谐波治理中意义重大[1-2]。
单相电路中，一直没有很好的无功和谐波电流检测方法。文献[3]涉及一种基于三相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法，文献[4]将其与一种基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法进行比较，并指出后者具有更好的检测精度和更少的计算量优点。但是文献[4]所提的基于蜗嗟缏匪彩惫β实男巢检测方法实质上只是用电网电流减去检测出的有功电流，并没有考虑谐波电流和无功电流的分解。
该文在文献[4]基础上，对所涉及的谐波电流检测进行改进，给出了基于单相电路瞬时功率理论的单相电路无功和谐波电流的分解方法，对所提谐波和无功电流检测原理进行了简单的数学推导验证，给出了无功和谐波检测具体实现的Matlab框***，并通过将其应用在SVG系统中，成功实现对电源无功和谐波电流的补偿，验证了所提无功和谐波电流分解方法的正确性。
1 单相无功和谐波电流检测原理
单相电网电压如公式（1）所示，其中为电网电压的角速度。
综合公式（5）和公式（6），可以得出结论，电网电压相位和电网电流直接相乘得到的量进行分解后，只有为直流分量，是电网电流的基波有功分量峰值一半，而其他量都至少为2倍电网电压频率的高频分量。因此使用低通滤波器就可以将高频分量滤出，而且由于得到的是直流量，因此滤波器延时对系统的稳态性能不造成影响。将电网电流的有功分量峰值一半乘上两倍电网电压相位，就得到了电网电流有功分量的瞬时值，如公式（7）所示。
综合公式（10）和公式（11），可以得出结论，电网电压相位和电网电流直接相乘得到的量进行分解后，只有为直流分量，是电网电流的基波无功分量峰值一半，而其他量都至少为两倍电网电压频率的高频分量。因此使用低通滤波器就可以将高频分量滤出，而且由于得到的是直流量，因此滤波器延时对系统的稳态性能不造成影响。将电网电流的有功分量峰值一半乘上两倍电网电压相位，就得到了电网电流无功分量的瞬时值，如公式（12）所示。
易知电网电流谐波分量瞬时值等于电网电流减去电网电流有功分量的瞬时值和电网电流无功分量的瞬时值的和，如公式（13）所示。
2 单相无功和谐波电流检测的实现
使用Matlab软件搭建的单相无功和谐波电流的检测框***如***1所示。使用单相锁相环（PLL）得到电网电压的相位信号，将电网电流和电压相位信号相乘后再乘上系数，经过低通滤波器就可以得到有功电流的峰值，再和相位信号相乘，得到有功电流的瞬时值；将电网电流和电压相位信号相乘后再乘上系数，经过低通滤波器就可以得到无功电流的峰值，再和相位信号相乘，得到无功电流的瞬时值；用电网电流减去电网有功电流瞬时值和电网无功电流瞬时值的和，就得到电网高频电流瞬时值，即谐波电流瞬时值。
3 仿真验证
将所设计的无功和谐波电流检测装置应用到并联型SVG装置中，在Matlab软件中搭建的单相并联型SVG系统框***如***2所示。其中thyristor rectifier bridge及其后端为非线性阻感负载，用于产生电网中的有功、无功和谐波电流，H bridge及其后端为SVG，SVG并联在负载前端，用于补偿负载给电网带来的无功和谐波污染。
其中，is resolver和io resolver模块就是所设计的无功和谐波电流检测装置，is resolver用于检测电网电流的有功无功和谐波电流分量，io resolver用于检测负载交流输入端电流的有功无功和谐波电流分量。系统运行后的电网的电流波形，负载输入电流和补偿器输出电流波形如***3所示。此时电网电流和输入电压相位相同，只含有一个由高频谐波形成的小尖峰。逆变器输出电流相位同负载输入电流和相位基本一致，此时负载和综合补偿装置相互交换无功和谐波电流。从SVG有效的实现了对电网有功和无功的补偿，说明所设计的无功和谐波电流检测装置是正确有效的。
在使用所设计的无功和谐波电流检测装置实现SVG对电网无功和谐波电路补偿后，用所设计的无功和谐波电流检测装置对电网电流有功、无功和谐波电流分量，分解如***4所示。此时无功电流分量只有A的波动，且和有功分量相差相位角，谐波分量的能量也变得很小。从分解出有功和无功的相位关系，说明所设计的无功和谐波电流检测装置是正确的。
因此所设计的无功和谐波电流检测装置可以实现SVG的有效运行，验证了所设计的无功和谐电流波检测装置的正确性。
4 结语
该文通过对所提出的无功和谐波电流检测进行了简单的数学推导，从理论上证明了该方案的可行性和正确性，并且通过Matlab模型搭建，给出了所提出的无功和谐波电流分量分解算法的实现框***，最后搭建了并联SVG无功和谐波综合补偿的Matlab仿真模型，将所提方法应用到SVG系统中，实现了SVG对电网无功和谐波电流的有效补偿，因此验证了所设计的无功和谐波电流检测装置的正确性。
参考文献
[1] 田传明.配电网无功补偿和谐波治理研究[D].华北电力大学，2014.
[2] 王兆安，刘进***.电力电子技术[M].5版.北京：机械工业出版社，2009.
谐波电流篇3
关键词 变频器；船舶电网；电流谐波影响；应对策略
中***分类号U66 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0073-02
研究表明，在工艺机械设备随处可见，并能改变各行各业传统作业模式的工业化时代，变频器在其中起着不可或缺的重要作用。因为，变频器的调速性能能够满足各种工业生产要求,极大地提高工业生产效率。尤其是对风机水泵调速调节流量的节能效果非常明显,从而使得变频器在船舶行业得到广泛的推广与应用。然而，随着变频设备在船舶电力系统中的应用进一步扩大，将会导致各种非线性负荷的增加，同时，船舶中所涉及的电力电子设备的能耗占船舶电气总能耗的比例越高，进一步加大人们对使船舶电网中谐波污染分析的难度，进而直接影响到船舶运行的安全可靠性以及相关企业的经济效益。
1 变频器对船舶电网电流谐波的影响分析
1.1对电力控制元件和电容器的影响
一旦变频器对船舶电网电流谐波影响达到一定限度，将会使得原本确保整个船舶电流网络的电子式保护继电器工作失灵，或者导致可编程控制器（PLC）等因谐波而产生误动作，从而影响到船舶电网系统的其他元件的失效。此外，由于谐波电流将会产生大量的额外电流，从而使电容器和系统产生并联谐振造成谐波电流放大,在过大电流的载荷下，将会使电容器出现过载被击穿或烧坏。
1.2对动力设备的影响
在谐波电流的影响下，对于那些依靠电压源型变频器供电的普通电机,其转矩将会降低。因为，电机在调速运行时谐波引起电机的铁损和铜损进一步增加,不能够产生原有的额定转矩,尽管现代变频器技术在一定程度上能够克服各种障碍以得到足够的转矩,但是，若要在此情况下长期维持额定转矩运行，只会加剧船舶动力设备的损耗，进而导致电机长期处于高温状态下工作而缩短绝缘寿命。
1.3对船舶通讯设备的影响
由于谐波电流的产生，使得通讯系统的工作模式必须处于有谐振的环境中,当谐波达到通讯系统的临界点时，将会使整个通信系统出现通讯干扰，不利于船舶与指挥台之间的信号传输，进而影响到船舶航行的安全性。
2 变频器对船舶电网电流谐波影响的对策
2.1增加滤波电抗器
一般情况下，在变频器输入输出端增加滤波电抗器，能够有效地减少变频器所产生的谐波对船舶电网的影响。因为，滤波电抗器其工作原理正是与谐波产生的相反，从而达到抑制谐波的目的，这样不仅能够确保变频器自身的安全运行,即避免由自身所产生的谐波干扰而出现功率忽大忽小的情况，还可亦减了变频器对船舶电网的污染，使船舶电网信号处于最优状态。同时,因这些变频器是装在薄钢板制成的控制柜中的,将变频器单独可靠接地后,加上控制柜的屏蔽作用,大大降低了高频谐波对周围环境的高频辐射。
2.2船舶电网设计中采用无源滤波器
由于无源滤波器成本低下，结构简单，易于实现，不仅能够有效地抑制由变频器所产生的谐波，还可以补偿无功功率，在船舶行业受到人们的青睐。无源滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器这两种类型。其中，单调谐滤波器主要是用于吸收由变频器所产生的单次谐波；而双调谐滤波器可同时吸收两个次数的谐波，其工作原理与单调滤波器相同，只是它在在谐振频率附近实际上等于两个并联的单调谐滤波器。此外，双调谐滤波器的基波损耗比单调谐滤波器的小，仅一个电抗器承受全部冲击电压，但是其构造较复杂，调谐困难，也不利于实现。
2.3采用限压滤波器(du/dt滤波器)
研究表明，限压滤波器除了包含电抗器之外,还有电容阻或电容器吸收整流桥,这些电子元件能够明显地降低谐波峰值电压，同时，还可以有效地增加谐波电压峰值上升时间，即减少du/dt值。例如，谐波电压峰值可降到684V，du/dt为40V/μs，然而，却不影响电机的运行性能，因为对电机所造成的损失电压大约只占其额定电压0.5%~1.0%,从而减少启动转矩和最大转矩。尤其是在船舶电机绝缘水平相对比较弱的情况，限压滤波器表现出良好的效果。
2.4设置π型滤波器
在船舶电网电流中，π型滤波器设置在主变压器和应急变压器初级与次级两端,同时，并装设由电感、电容及电阻组成的单调谐滤波器和低通滤波器，将会极大地降低变频器对船舶电网电流谐波的影响，为船舶的安全、正常航行提供可靠保障。其中，低通滤波器是为了吸收若干较高次谐波的滤波器，而单调谐滤波器是针对某个特定次数的谐波而设计的滤波器。由此可见，设置π型滤波器的方法，在降低变频器对船舶电网电流谐波影响中不仅效果良好，还可以切实地降低船舶运作成本，简单易于实现，并为相关船舶企业最终实现经济效益与社会效益提供可靠保障。
3 结论
综上所述，随着我国船舶工业的不断发展，加上我国海上贸易日益扩大，使得船舶中变频器对船舶电网电流谐波影响越来越受到人们的关注。因为，船舶上的电网电流、航行设备运行、船舶上无线电通信以及部通信工作等都会受到谐波影响，因此，这就需要相关人员必须综合各种有效策略切实地减少谐波的影响，对于确保船舶的安全、可靠航行，最终为相关船舶企业创造更大的利益空间。
参考文献
[1]蒋麦占.变频器应用对电动机与电网的不良影响用对策[J].变频器世界，2008(3).
[2]韦和平.高压变频器对电网的影响[J].现代电子技术，2005(17).
[3]刘佳畅.浅析变频器对电网的污染及对策[J].变频器世界，2009(3).
[4]赵同春.变频器对船舶电网谐波干扰的对策[J].上海造船，2006(4).
谐波电流篇4
【关键词】电力电子设备;配电系统;电流保护;故障;谐波
引言
随着科技的发展，人们对供、配电系统电能质量要求越来越高。配电系统是发电系统、输电系统同用电负荷之间的联络枢纽，因此，对配电系统所采取的任何一种“改变”都应该以不同影响配电系统的正常运行前提。目前常采用诸如故障限流器、动态电压恢复器、无功补偿器等装置来达到提高电能质量的目的。这些装置的控制单元和整流逆变单元主要由电力电子器件构成，其快速反应的动作特性使系统运行的可靠性得到提高。但是，这些电力电子设备在保证高质量的供、配电的同时，也给系统带来了不可忽视的运行隐患，如对继电保护正常运行的影响等。
1.电力电子设备的应用及谐波的产生
在一个理想的电力系统中，人们除了用规定的电压水平对电能质量进行衡量以外，也常使用频率的指标来评价电能质量。电力电子设备作为非线性负荷的一种，应用在实际的电力系统中，会使电压电流的波形发生畸变，从而严重影响系统中各种电力设备的正常运行以及用户和通讯线路的信号传输。近年来电网中的谐波含量日益严重，而电力电子设备也被视为电力系统的最重要的谐波源[1]。
（1）晶闸管整流设备
由于晶闸管整流在无功补偿装置、动态电压恢复器及电力机车等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。晶闸管整流装置常采用移相控制，由于它从电网中吸收的是缺角的正弦波，且给电网留下的是另一部分缺角的正弦波，因此在留下的缺角正弦波中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉冲整流器，变压器一次侧及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器，则还会含有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源[2]。
（2）变频装置
变频装置由于采用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，且随着变频调速的发展对电网造成的谐波也越来越多。
（3）电弧炉、电石炉
直流电弧炉以其经济、高效的特点，越来越受到工矿企业，尤其是钢铁冶炼企业的青睐，由于其采用整流器馈电，故也被列入电力电子设备的行列。注入电网的谐波电流主要是 27次谐波，平均可达基波的8%～20%，最大可达 45%。
（4）无功补偿装置及动态电压恢复器中的变压器
变压器和饱和电抗器产生的高次谐波是铁芯饱和造成的，一般产生的是三次和五次谐波电压畸变，数量最多的是三次谐波。
2.电力电子设备引起的谐波的影响
2.1 电力电子设备引起的谐波对配电系统的影响
通常，为了补偿负荷的无功功率，提高系统的功率因数，常在负载连接的母线上装有并联电容器。此外，为了滤除系统谐波，也会装设由电容器和电抗器组成的滤波器。在工频频率下，这些电容器的容抗比系统的感抗大的多，不会产生谐振[3]。但对于谐波频率而言，系统感抗大大增加而容抗大大减小，就可能产生谐振。
这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别对电容器和与之串联的的电抗器形成很大的威胁，常常使电容器和电抗器烧毁。
一般，电力电子设备引起的谐波对配电系统主要有以下几个方面的影响[4]：
（1）谐波对一次电气设备的影响高次谐波在电力系统中传递，将使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，引起铜损和铁损增大、设备过热、产生噪音、降低设备工作效率。另外，高次谐波的负序分量有可能使旋转设备产生反方向的转矩，造成机械损伤和热耗。而且，当电压含有高次谐波时，还使得电气设备的耐压下降，介质损耗增加，充电电流增大，绝缘老化，寿命缩短，从而引起各种故障;
（2）谐波会引起并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使危害大大增加，甚至引起严重的事故;
（3）谐波对系统中的各种自动装置、继电保护装置及电子仪表造成的影响严重由于大多数的自动装置、继电保护装置及电子仪表的设计运行频率为基波频率，且其动作整定值也是基于基波频率下的电压或电流值，因此，当系统中由谐波存在时，常常会导致自动装置、继电保护装置产生误动、拒动，使电子仪表失灵;
（4）谐波还可能会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪音，降低通信质量，重者则会导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
2.2 电力电子设备引起的谐波对继电保护的影响[5]
无论是电力系统，还是配电系统，加装继电保护的目的都是为了保证系统的安全运行，因此继电保护必须具备“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障运行状态的能力，即在系统各种运行状态下及时“甄别”出发生故障和出现异常的元件，寻找可测参量的“差异”，提取并利用这些可测参量的“差异”，实现对三种运行状态的快速“区分”。配电系统中运行的继电保护因保护类型的不同及安装地点的不同所受谐波的影响也不同，其中可能引起继电保护误动、拒动的情况主要有以下几个方面[6]：
A.在电气距离上接近大的谐波源;
B.保护装置的安装地点具备谐波严重放大或接近于谐波谐振条件，例如安装地点具有并联电容器等;
C.保护装置的动作整定值很小，尤其是对于接在差流回路、零序电路或负序电路上的继电保护装置，其整定值通常只有相电流或相电压的百分之几;
D.继电保护装置中所选用的元件或动作原理对谐波的敏感度高，尤其是反映电压、电流的瞬时值、有效值变化的过量型继电保护;
E.系统中有不平衡负荷或涌流的基波负序电流，并且和谐波电流同时存在时，继电保护无法正确、可靠动作。
通常系统中的谐波会改变继电保护，尤其是量度式继电保护的性能，引起误动作或拒动作。不同类型的继电保护的工作原理不同和设计性能不同，则谐波对其的影响也有较大的差别。电磁型继电保护的动作是由其电流有效值的平方决定的，对频率的不同并不敏感。一般在谐波含量小于10%时，对电磁型继电保护的影响并不大。对于铁心用软铁材料制成的电磁型继电保护，谐波含量小于40%时，其动作误差不大于10%。但在动态情况下可能会有很大影响，如投入空载变压器时会产生谐波含量很高的励磁涌流，会造成继电保护误动作而使开关跳闸。感应型继电保护对谐波也不敏感。这种继电保护的圆盘或圆筒在磁场作用下都将产生感应电流，该电流和空间中另一磁场相互作用产生转矩，推动圆盘或圆筒转动。无谐波时转动很平稳，有谐波时则会有抖动。因为转动部分的惯性较大，轻微的抖动并不会影响其误动作。
整流型继电保护的种类很多，原理各不相同，有的受谐波的影响较为严重。如反映瞬时值的电流继电保护由全波整流后的脉冲电压来控制其动作，就很容易受到谐波的影响。增量型继电保护中由于有LC并联谐振电路和电阻组成的四臂电桥，电桥平衡是按50Hz电流考虑的，因此也容易受到谐波的影响。但是微机保护的整定仍然是基于传统的傅式算法，其整定值也会因为系统中存在不同程度的谐波而受到影响。
并且系统的运行工况复杂，在整定时不可能对每一种情况都考虑的很周密，因此，其受谐波的影响也是不可避免的。
3.有谐波电流下电流保护的实现
3.1 电流保护的配合及基本应用
电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护都是反应与电流升高而动作的保护。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定;限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定;而过电流保护则是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。
由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速而有选择地切除障碍，常将电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断保护加过电流保护，或限时速断保护加过电流保护，也可以三者同时采用。
3.2 区分故障电流和谐波电流的基本思路
一般，各种类型的电流保护都属于量度式继电保护装置，其整定值的设置都是基于对各电气量在系统正常运行和故障运行的两种不同运行状态下存在的差别进行分析，而并没有考虑不正常运行状态的运行特性，在实际系统中，也常配合使用频率测试仪以实现对故障电流和不正常运行状态时的电流的区分。然而，随着 DVR、STATCOM、SFCL 等电力电子装置在配电系统中的应用，使得系统在运行过程中产生大量的谐波，尤其会影响到如电流保护等自动化装置的正常运行，而就继电保护本身而言，它区分故障状态和由谐波引起的不正常运行状态的能力很差。
所以对如何快速、有效地区分电力系统故障运行状态和不正常运行状态，尤其是短路故障和谐波状态的问题，需设计一种可区分故障和谐波的方案，从而达到继电保护装置正确、可靠地动作的目的。
4.结论
任何一种电网种都会产生一定的谐波，仅有谐波的含量达到了某一程度，尤其是当在谐波频率下发生了谐振时，使得流入系统中的谐波电流放大几倍甚至十几倍，才会影响电网中各种设备的正常运行。随着越来越多的电力电子设备应用于配电系统中，可能产生谐波谐振、谐波放大的现象，其给配电系统带来许多不良的影响，尤其是对继电保护的影响;另外，在配电系统中的任何一种“改变”，如加装用于提高供、配电电能质量的电力电子设备等，都会或多或少的改变系统的阻抗结构，从而引起电压、电流及等效阻抗的变化。所以需要引起相关技术领域人员越来越多的关注。
参考文献
[1]周雪松，徐晓宁，马幼捷等.配电系统电压稳定性概念的分析[J].天津理工大学学报，2006，22（2）：27-30.
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谐波电流篇5
【关键词】 超声； 电烧伤； 组织谐波； 彩色多普勒； 频谱多普勒
电力工业的迅猛发展及用电范围的迅速拓宽虽然为生产生活带来了极大的便利，但是种种原因导致的管理或使用不当，又会引起严重的电烧伤。电烧伤是一种特殊类型的烧伤，约占烧伤患者总数的3%～10%。III度电烧伤是其中程度较为严重的一种烧伤，常见于接触高压电设备的电力人员中，由于电接触时间、电流强度、电流性质、和电流径路等因素的不同，临床上深度电烧伤患者在神经、血管、肌腱、肌肉、骨骼损伤程度和方式上也各不相同[1]。目前，临床对四肢深度电烧伤的创面常采用血管移植及带血管蒂组织瓣移植的方式来恢复组织血供，同时修复创面。因此，在创面修复手术前后外科医师需要了解患肢组织的烧伤深度、累及范围、血管质量及移植组织瓣是否成活等信息。
近年来，组织谐波成像、彩色多普勒血流成像、多普勒频谱成像等一系列超声新技术的出现为临床医师提供了一种准确获取前述信息的手段[1]。上海市电力医院烧伤科从2008年2月开始采用这一无创性检测方法对临床收治的深度电烧伤患者进行手术前后检查，本文即探讨笔者应用超声成像新技术在四肢深度电烧伤患者诊疗中的应用价值，现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选择2008年12月-2010年8月笔者所在科临床收治的III度四肢电烧伤患者共15例，皆为男性，致伤电压380～10万V，平均年龄（31.6±12.8）岁，烧伤总面积范围1.8%～20.0%。共检测患肢28条，其中上肢19条，下肢9条。患者接受手术方案：减张手术3例，清创术15例，截肢6例，组织瓣移植15例。
1.2 检查设备 ALOKA公司α-10型超声检查仪，配备5～12 MHz变频线阵探头，肌肉软组织检查时选用二维组织谐波成像设置，血管检查时选择彩色多普勒及频谱多普勒优化设置，声功率、动态范围、增益、增益补偿、焦点数量及位置等根据患者情况进行个体化调节，以求获得最佳声像***。
1.3 检测时间 （1） 烧伤后3 d内行术前超声检测；（2）术后复查时间点：减张术后2～3 d、1周、2周；清创、截肢（骨）术后1 周、2 周、1个月、3个月；组织瓣移植术后2周、1个月、3个月。
1.4 检测方式 （1）超声检查由一名高年资超声医师全程负责，并由临床医师陪同检查，讨论病情；（2）检查部位：包括创面处（截肢术后除外）、近心端5 cm处、近心端10 cm处；（3）检查内容：观察软组织损伤程度和范围，肌组织是否存在坏死、水肿，并明确范围、肌腱损伤情况、受累血管血流及管壁受损情况，测量流速-时间曲线，并记录血流峰速PSV值，观察波形是否有异常改变。
2 结果
2.1 术前超声检测 （1）组织水肿：声像***表现主要为组织回声普遍增强、与健侧相比组织厚度增加、严重水肿时在皮肤与皮下软组织之间出现不规则的弱回声条带；电烧伤的特殊点在于其软组织损伤通常呈跳跃性、节段性或夹心状改变，超声检查能够很好的反映出来（***1），本次15例患者在术前超声检查时都非常准确地确定了软组织损伤范围，并在手术时得到了证实；（2）肌肉坏死：其主要声像***表现包括肌纤维纹理消失、肌组织内回声强弱不一、严重时肌层间界线消失相互融合（***1）；（3）肌腱损伤：15例患者术前超声检查都未发现肌腱断裂，有3例患者5个肢体发现局部肌腱的肿胀、轻度增厚、回声降低，但肌腱内线状回声尚存、连续性好，此3例在手术时发现肌腱腱膜水肿，但血供尚可，因此予以保留；（4）血管损伤：有7例患者烧伤局部检测到血管内血栓形成，声像***表现为血管内径扩张、管腔内充斥低弱回声团块、彩色及频谱多普勒无法测得血流信号，11例患者烧伤局部血管出现不同程度的损伤，声像***表现为内中膜增厚、水肿、内膜面表面毛糙，部分患者的血流PSV值减低，流速-时间曲线呈单相波或二相波改变（***2）。
***1 肌肉组织损伤坏死之超声***表现
***2 电击伤后血管血流变化及血管壁顺应性改变之超声表现
2.2 术后超声检查 （1）减张术后超声检查：2～3 d开始软组织肿胀程度既有明显改善，1周后软组织回声强度有明显下降，证明组织水肿情况得到改善，2周后皮下水肿情况基本消失。（2）清创、截肢术后超声检查：术后第2周开始的超声随访检查即可发现四肢软组织肿胀明显减轻，组织厚度及回声强度逐步恢复正常，坏死肌肉被清除、肌组织内肌纤维纹理显示清晰、肌层间界限明确，邻近血管内膜增厚情况减轻、血流PSV值有逐步恢复趋势，但血管壁弹性恢复较慢，内中膜毛糙程度无明显改善趋势。（3）组织瓣移植术后超声检查：15例患者都接受了组织瓣移植手术，都获得了成功，连续3次的超声随访发现患者组织瓣内肌组织纹理清晰，供血血管管腔透声好，血流动力学参数都位于正常范围。全部超声检查的汇总结果参见表1。
3 讨论
四肢是电烧伤最易累及的部位，国内外不同文献报道，手腕部作为电流入口的病例占了所有电烧伤病例的80%以上[2-3]，而下肢则较多成为电流出口。以往临床多以创面外观、触诊情况、肢体末梢循环等来判断软组织和血管损伤程度。由于电烧伤具有特殊的夹心、节段、跳跃特点，患者在体表损害较轻的时候往往深部组织损伤可能已经很严重，并且宏观上坏死组织的分界线出现较慢，因此，依靠临床征象及医师经验判断不可避免地存在主观盲目性。医学超声技术的发展为临床医师提供了一种无创、实时检查电烧伤患者软组织和血管情况的影像学方法，既往文献也报道了超声观测电烧伤患者手术前后血管损伤和恢复情况的价值，取得了很大的临床效益[4-6]。
组织谐波成像是一种超声成像新方法，该技术相比普通基波二维成像能减少不必要的声反射、散射、旁瓣等干扰造成的伪像，改善声像***质量，提高诊断的准确性。本文中，笔者对15例患者在术前应用该技术进行的超声检查都获得了质量很高的声像***，对于软组织受损情况、受累范围也做出了准确的判断，并得到了手术的印证。同时笔者还发现声像***上肌纤维纹理的消失是判断肌肉坏死的一个敏感标准，进一步还需要较大样本量的前瞻性临床研究来证实该结论。
多普勒血流成像技术用于电烧伤患者血管损伤情况的评估是一项比较成熟的临床应用，既往也有一些文献进行了相关的研究，本次研究的结论也与既往文献报道的结果是一致的。同时笔者也发现在二维组织谐波成像的基础上结合彩色多普勒血流成像能够对血管壁和血管腔的情况进行更为精确的检测，因为组织谐波技术能够在声像***上最大限度地减少血管腔内混响伪像的出现，同时增强了内中膜显示的分辨率，因此提高了检测的敏感性和准确性。
频谱多普勒应用是一种定量检测血流动力学的方法，一般来说，四肢血管内血流的流速-时间曲线应该是三相波型，这也是一个血管壁弹性良好的间接指标，根据15例重度电烧伤患者的观测结果，笔者发现血管严重受损时，二维声像***上出现内中膜水肿、表面粗糙的表现，而且在流速-时间曲线上会出现典型的单相波型，并且流速相应降低，手术时发现此类血管的弹性往往很差，保留的意义不大，因这些病例均无可导致血管病变之疾病，故考虑其机理可能是电击伤致血管壁严重受损，弹力层纤维不可逆性断裂，由此造成血管壁的弹性下降、管腔容受性降低。
在减张、清创、截肢及组织瓣移植术后应用上述超声检查手段对患肢进行检查同样可以对组织（***3）及血管的恢复情况进行全面评估，从而判断手术效果，其声像***上的异常改变与术前检查是一致的。
综上所述，超声作为一种无创性检测技术，对于重度电烧伤患肢可在手术前后实时、形象、直观地显示组织、血管损伤的形态学及功能学变化，该方法操作简便、快捷、无放射性， 受检者无痛苦且经济实用，重复性好， 因此，具有较高的临床应用价值和较好的临床应用前景。
参考文献
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[3] Butler E D，Gant T D.Electrical injuries， with special reference to the upper extremities， A review of 182 cases[J].Am J Surg，1977，29（134）：95-101.
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[5] 陈越秀，徐颖，胡晓娟，等.高分辨率二维超声在深度电烧伤的应用价值[J].中国超声医学杂志，2002，7（6）：69-71.
谐波电流篇6
关键词:电力系统 谐波污染 谐波抑制
电气节能设计已成为电气设计的重中之重，在设计中精心考虑，进行方案比较，应用先进的设计技术,消除设计中存在的一些问题。为人类提供健康、舒适、安全的居住、工作和生活空间是每一个设计人员都必须认真对待的问题。电网谐波是影响电能质量的重要因素,它不仅导致现代建筑中各种电力电子设备性能降低,也对智能建筑的功能和效益产生了严重的影响。本文试从电源谐波的来源入手,分析了谐波存在的危害性,在此基础上,提出了建筑电气设计中谐波抑制的方法。
一、谐波源概况
电机的输出电压本身就含有一定的谐波,其谐波电压的幅值和频率取决于发电机本身结构和工作状态。根据的规定,发电机端电压的波形畸变率不得大于。因此通常可以认为发电机的电动势是正弦波形而忽略其谐波分量。
变压器的谐波主要是磁路非线性引起的。变压器的励磁回路具有非线性电感,因此励磁电流是非正弦波形。无论尖顶波还是平顶波,它们中都含有全部的奇次谐波,其中以次谐波含量最大。变压器的谐波含量与工作状态有关系。正常工作时原边加额定电压,铁心工作的磁化曲线的线性段,谐波含量不大。在额定负载下,励磁电流只占总电流的左右,电流波形接近正弦波,波形畸变可以忽略。而在空载或轻载时,铁心工作进入饱和区,非正弦的励磁电流在变压器原边绕组的漏感上产生压降,使变压器感应电动势上包含谐波分量。在严重的情况下,涌流波形强烈畸变,不但幅值可高达数十倍的额定空载电流,而且正负半周的波形极不对称。
电力电子变流装置的谐波是当谐波电流注入电力系统后,在系统内阻上造成的谐波压降,使电力系统中各点电压产生畸变。电容较大而所带电机负载的电感量相对较少时,流入变频器的电流是断续的电流尖峰,这尖峰中低次谐波的含量更高,因此变频器也是电网中的重要谐波污染源。
交流调压电路的控制器件一般为晶闸管,按控制方式来划分有移相控制调压称交流调压器和通断控制调压称交流调功器。移相控制调压是通过控制晶闸管的导通角来达到调压目的的,但也正是由于这一点使调压器输入电流出现了谐波。通断控制的调压器是将晶闸管作为开关,其触发脉冲始终位于电源电压零点处,将负载与电源间接通几个周波再断开几个周波,如此重复。这种独特控制方式使电路输入电流出现了分数次特征谐波,虽然高次谐波很少,但在电源频率附近集中了很多含量很高的分数次谐波。
周波变流电流的谐波电子装置广泛用于低速大容量交流调速场合。电路一般采用晶闸管构成三相桥或12相桥电路。周波变流电路输入电流的波形主要取决于晶闸管触发角, 但往往又受输出波形的调制,故输入电流的谐波成份非常复杂。其谐波频率不仅与输入电源频率及变流器结构有关,而且与输出频率有关,谐波频率往往不是输入频率的整数倍。这种装置容量一般很大,其产生的谐波对电网的影响不能忽视。
二、谐波的危害性
现代日益增长的非线性负荷的应用引起的谐波电流将会给电缆、变压器及电动机带来麻烦,谐波对电力系统电磁环境的污染将危害系统本身及广大电力用户,危害面十分广泛,甚至会引起事故发生。如:谐波使设备产生附加谐波损耗、变压器温度升高、电动机过热和附加力矩、引起电容器过热、过压、损坏敏感电子设备、引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作,甚至无法工作、引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动等等。
三、谐波抑制的方法
第一，采用组成的无源调谐滤波器。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振,提供谐波入地的低阻通路,使谐波导入大地脱离电网。它工作在基波时呈容性,能够同时补偿电网中感性无功功率,具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点,一直被广泛使用。
第二，采用组成的有源电力滤波器有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿,可以弥补无源滤波器的不足,获得比无源滤波器更好的补偿特性,是一种理想的补偿谐波装置。与无源滤波器相比,有源滤波器有以下优点:为高次谐波电流源,不受系统阻抗的影响；没有共振现象,系统结构的变化不会影响补偿效果；原理上比滤波器更为优越,用一台装置就能完成各次谐波的补偿；即使高次谐波的频率发生变化,也能完全补偿；由于装置本身能完成输出限制,因此即使高次谐波量增大也不会过载。有源电力滤波器中最基本的是并联型,并联型有源电力滤波器与谐波源负载所接的交流电压相同,因此装置的容量主要由补偿电流决定,而补偿电流的大小和装置的补偿目的有关。有源电力滤波器本身除能补偿谐波外,通过在控制电路上加以改造还可以补偿基波无功、电压闪变以及电压的不平衡等功能。同时也有可单独使用的串联型有源电力滤波器。单独使用的串联型有源电力滤波器可看作一个串入电网的电阻,该电阻对基波呈低阻态,对谐波呈现高阻,使谐波电流无法流入电网。它不易受电网阻抗的影响,当负载阻抗大,可视为电流源时,串联型滤波器补偿效果变差。单独使用的并联型有源电力滤波器可以视做一并联入电网的电阻,对基波呈现高阻状态,对谐波呈现低阻,将谐波电流旁路使电网谐波含量降低,当电网阻抗小或谐波源阻抗小呈现电压源特性时,滤波器的补偿效果受到不利影响。
第三，整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进,使其尽量不产生谐波,并且电流电压同相位,称高功率因数整流器或高功率因数变流器。首先,采用整流电路的多重化。将几个桥式整流电路以串联方式多重联结可以减少输入电流谐波,用该方法构成的整流器对抑制谐波比较有效。其次,利用矩阵式变频电路。该电路的优点是输入电流可控制为正弦波且和电压同相,功率因数为1,也可控制为需要的功率因数其输出电压也为正弦波,输出频率受电网频率的限制。
谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步，这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径，促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时,电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。
参考文献
[1]宋文南,刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京水利电力出版社,1995.
谐波电流篇7
【关键词】谐波、频率、滤波器
【中***分类号】TN713 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0016-02
随着我国经济的发展和工业化进程的加快，电力电子器件、变频调速装置及微电子技术元件等大量的非线性用电设备广泛应用，使我国电力系统受到谐波污染状况日益严重，降低了电力系统的供电质量。谐波已成为我国电力系统中的三大公害之一。谐波的产生、消除对研究和改善供电质量和确保电电力系统运行有着非常重要的意义。
一、谐波的产生
谐波产生的根本原因是由于电源本身电动势的偏移和非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。基波式是频率分量为I/T，谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、14，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为100141，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于谐波对称性关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n～1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等。
二、谐波的来源
由于电网中的在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。电网谐波来自于以下几个方面：
1、发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
2、输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和特性，铁心的磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。
3、用电设备产生的谐波：
3.1 晶闸管整流设备：由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。这是最大的谐波源。
3.2 变频装置：变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
3.3 电弧炉、电石炉：由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波。
3.4 气体放电类电光源：荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。经过分析与测量，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
3.5 家用电器：电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
总而言之，谐波的产生，电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。
三、谐波的危害：
1、对电力电网的危害：谐波电流进入电网后，引起电网的电压畸变，使电能质量变差和浪费电网的容量。
2、对电力电容器的危害：当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。在电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
3、对电力变压器的危害：谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量，或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大。
4、对电力电缆的危害：由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。
5、对电动机的危害：谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时会使电动机产生机械振动并发出很大的噪声。
6、对低压开关设备的危害：低压开关易受谐波的影响使铁耗增大而发热，且谐波次数越高影响就越大，它们都有可能造成误动作。
7、对弱电系统设备的危害：电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，不但在邻近电力线的通信线路中会产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，而且在谐波和基波的共同作用下，会触发电话铃响，甚至在某些严重的情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。
8、对使测量和计量仪器的危害：由于电力计量装置都是按50Hz标准的正弦波设计的，当供电电压或负荷电流中有谐波成分时，电力测量仪表受谐波的影响较大。特别是电能表（多采用感应型），当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。
9、对人体的危害：从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。
四、谐波的抑制方法：
1、整机电源需留有较大贮备量：为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围，因此在设计整机电源时，可给予较大贮备量，一般选取0.5～1倍余量。
2、增加换流装置的相数：换流装置是电力系统的主要谐波源之一。换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数，可以有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。
3、增装动态无功补偿装置：增装动态无功补偿装置能够提高供电系统承受谐波的能力，在技术经济分析可行的条件下，可以在谐波源处装设动态无功补偿装置：静止无功补偿装置或更先进的静止同步补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。
4、降低谐波源的谐波含量：在谐波源上采取治理措施，从源头上最大限度地避免谐波的产生。这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时，要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响，采取切实可行的治理措施。用电业务管理部门要严格把关，对于没有采取治理措施的谐波源用户，要禁止其入网运行。
5、改变谐波元的配置和工作方式：将具有谐波互补性的设备应集中布置，否则应分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式，这样可以减小谐波的影响。
6、选用D.YNll接线组别的三相配电变压器
7、增加整流器的脉动数：三相整流变压器采用Y/或/Y的接线，三相整流变压器采用Y/或/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。
8、加装交流滤波装置：采用交流滤波装置在谐波源附近吸收谐波电流，降低连结点的谐波电压，是抑制谐波污染的一种有效措施。滤波装置由电阻、电容和电感等元件组成串联谐振电路，利用其串联谐振时阻抗最小的特性，这样就消除了5、7、11等高次谐波。
9、采用滤波器：滤波器安装在电力电子设备的交流侧可阻止谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。
有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。
10、串联电抗器或并联电容器：在电网中并联电容器组和采取串联电抗器可以改善功率因数和调节电压的作用。
11、改善供电环境：选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。
结束语
在我国电力系统中谐波问题越来越严重，直接扰乱了人们的正常生产和生活。我国电能质量治理工作的深入开展，要消除谐波污染，除在电力系统中大力发展高效的滤波措施外，还必须依靠全社会的努力，在设计、制造和使用非线性负载时，采取有力的抑制谐波的措施，减小谐波侵入电网，从而真正减少由于谐波污染带来的巨大经济损失。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。
参考文献
[1]工业与民用配电设计手册――任元会、
[2]谐波抑制和无功功率补偿――王兆安
[3]电力系统谐波――吴竟昌
谐波电流篇8
关键词: 风力发电;谐波;电力系统;影响
一、谐波概述
“谐波”这一名词起源于声学,在声学中谐波表示一根弦或一个空气柱以基本循环(或基波)颠率的倍数频率振动。对电气信号也与此相仿,谐波被定义为一个信号量,该信号的频率是实际系统频率(即发电机所产生的频率)的整数倍。
用示波器显示一个复杂的信号,是在时域中观察倍号的形状,亦即对任意给定的瞬间显示出波形的大小。若同一信号加在高灵敏的放大器上,则耳朵听到的合成声音是诸频率的混合信号,因而波形可用其时域或其频域的数据来描述。
我们知道,只有畸变的波形持续无限的周期数时,才能完善地应用这种变换。实际情况并非如此,因为负载变动将会改变系统谐波的含量,但是,只要所分析的条件持续相当的时间,这一问题就不准解决。因此,必须在谐波和暂态波之间加以区别,谐波是波形保持不变,暂态波是波形逐个周期有明显的变化。
谐波对基频波的相角关系在决定波形时是重要的。虽然在声学中通常认为听力效应不受这种相角关系的影响,对于电气信号则并非如此,由不同来源产生之同一谐波,其位置和相对相位之变化可能显著地改变其总的效应。
二、风力发电谐波对电力系统的影响
(一)谐波对旋转电机的影响
1、谐波损耗
谐波电压或电流在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子的铁心中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的关系,定子和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的损耗大些。
谐波电流在定子和转子端部绕组中建立的漏磁场产生额外的损耗。在具有斜槽转子的感应电机的情况下,定于和转子中磁通是变化的,产生的高频会引起铁损,损耗的大小与斜槽的数量以及钢片的铁损待性有关。
谐波产生的附加损耗对交流电机的影响最严重,电机承受额外谐波损耗的能力和总附加损耗与整个电机温升和局部过热(可能是转子)有关。鼠笼转于感应式电机允许较高的转子损耗和温度,只要定子温度不超过允许范围即可,有绝缘转子绕组的电机可能受到的限制更多。对发电机,连续的负序电流限制到约为额定电流的10%,而对感应电动机,负序电压限制到约为额定电压的2%,由这些事实可以得出允许谐波存在的某些范围。如果谐波量超过这些负序限值,则发生问题是在预料之中的。
2、谐波转距
对各次谐波可以推出感应电动机的等值电路,如***1所示,其中所有参数皆与绕组电流的实际频率相对应。
在交流电机定子中的谐波电流会产生感应电动机作用(即正谐波滑差)。电动机作用在谐波磁场速度的同一方向上产生轴转距,所有的正序谐波会产生有助于轴旋转的轴转矩,而负序谐波会产生相反的作用。
对于谐波电流而言,在谐波速度下的每相转矩为,折算到基波速度则为
符号n决定转矩的方向。
因为近似于1.0,所以上式可写为
、为标幺值。
利用关系式和,转矩可以用电压来表示,即
因为对谐波频率的滑差几乎是1,实际上由每单位谐波电流所产生的转短是很小的,这小的转矩以成对的形式出现而导致互相抵消。这些影响示于***2。所以谐波对平均转矩的影响在大多数情况下可以忽略不计,
虽然谐波对平均转短的影响很小,但它们会产生较大的转矩脉冲。
***2转子的谐波转矩和电流
(二)谐波对静止电力设备的影响
1、输电系统
流入电网的谐波电流产生两个主要的影响:
其一是因为增加了电流波形的有效值而引
起的附加输电损耗,即
式中,为n次谐波电流,为系统在该谐波频率下的电阻。
其二是谐波电流在各种电路阻抗上产生谐波电压降。
事实上这意味着,一个弱的系统(大的阻抗值和低的故障水平)会比一个刚性系统(高的故障水平和低的阻抗)有较大的电压扰动。
在电缆输电的情况下,谐波电压以正比于其幅值电压的形式增加了介质的电场强度。这一影响缩短了电缆的使用寿命,还增加了事故次数和修理费用。
谐波对电晕起始和熄灭的影响是峰―峰电压的函数。峰值电压与谐波和基波的相角关系有关,所以即使有效值电压在限值以内而峰值电压高出额定值也是可能的。
2、变压器
谐波电压的存在增加了变压器磁滞和涡流损耗以及绝缘的电场强度,谐波电流增加了铜损,这一影响对整流变压器更为重要,因为滤波器不能作用于整流变压器,它一般是装在交流系统侧的。除谐波产生额外的容量之外,整流变压器常常在外壳上产生意外的热点。
和电力变压器特别有关的一个重要的影响是三次倍数的零序电流在接法的绕组内的环流。这一额外的环流可能使绕组电流超过额定值,除非在设计时有所考虑。
对于带非对称负荷的变压器而言,应有另一重要的考虑。若负荷电流含有直流分量,引起变压器磁路饱合,会大大增加交流激碰电流的谐波分量。
3、电容器组
电压畸变在电容器中产生额外的电力损耗,以下式表示
式中,是损耗因数,,为n次谐波电压的效值。
再者,包括基波和谐波在内的总无功功率
不应超过额定无功功率,即Q=
电容器和系统的其它部分之间的串联和并联谐振可以引起过电压和过电流,从而大大增加电容器的损耗和过热,而且常常导致电容器的损坏。
(三)谐波对纹波控制系统的干扰
纹波控制常用于街道照明电路的遥控以及白天峰值负荷时间的减负荷(如家用热水加热器)的遥控。
供电局常遇到由谐波干扰其纹波控制设备而造成的某些实际困难。
因为纹波继电器基本上是电压型(高阻抗)的设备,所以如果谐波电压足够大,其干扰可引起信号阻塞或继电器误动。多大的电压谐波会影响继电器取决于继电器检测回路的灵敏度和其选择性,还有纹波注入频率和干扰谐波频率的接近程度。
信号闭锁是因为干扰电压很大,使继电器不能检测出规定的信号。电容器由于具有吸收纹波信号的特性会产生同样的效果。继电器误动是出现了引起继电器改变状态的谐波电压(一船在无信号时)所致。在现代的纹波纪电器中通过采用编码的开关信号已有效地解决了这问题。
早期的纹波继电器是采用机械滤波装置的机电式设备,虽然其灵敏度低,却有良好的选择性。但是这些继电器经常受到误动作之苦,因为它们的信号编码不足以应付通过滤波器的任意的谐波干扰。
现代的纹被继电器基本上是其机电式前身的电子等值器。它们一般采用压电或有源滤波电路和高度的信号编码以将误动作降到最小。它们具有国际标准规定的滤波响应曲线,而且要求使用精确的电子元件(高稳定度和可靠性),以保证在继电器的使用期间内有满意的性能。
未来的纹波继电器几乎肯定会采用效数字滤波技术,在有谐波电压存在时,数字滤波器能理想地检测出规定频率的信号。
(四)谐波对电力系统保护的干扰
谐波能够改变保护继电器的动作特性,这与继电器的设计特点和原理有关。当有谐波畸变时,依靠采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。
在大多数情况下,动作特性的变化不大而且不成为问题,进行的试验表明,对大多数类型的继电器而言,当谐波水平小于20%时,其动作受到的影响不明显。但是随着大的电力换流器的增加,这一情况在将来可能会变化。
在正常情况和故障情况下发生的问题是不同的,将分别考虑。
1、故障状态时的谐波问题
继电器的保护功能一般是按基波电压和/或电流项来设计的,在故障波形中出现的任何谐波或者滤除或者略去不计。对于机电式继电器来说,后一种情况是特别真实的,特别是过电流保护继电器。机电式继电器的惯性较大,所以它们对较高次的谐波的灵敏度低。
较为重要的是谐波频率对阻抗测量的影响,距离继电器的整定以输电线的基波阻抗作为根据,在故障情况时谐波电流(特别是3次谐波)的存在会引起相当大的误差。
在故障电流流经高电阻率大地,亦即大地阻抗占主要部分的地方,高次谐波量是常见的,所以误动作的可能性很大,除非只取基波波形。
在永久故障时,基波分量是故障电流的主要成分(尽管伴随故随波形有直流不对称),但是因为电流互感器饱和的关系,副方感应的电流波形会发生畸变,特别是原方有较大的直流偏移时。在这种情况下副方谐波的出现可能是个实际的问题,亦即只要电流互感器发生饱和,就很难保持基波电流波形。
在稳态条件下,只要互感器副方有较高的电动势,非线性的电流互感器的励磁阻抗会引起奇次谐波畴变;当暂态条件下饱和时,会感生2次和3次谐波为主的任何的谐波。
幸亏这些只是设计时碰到的问题,按系统要求正确地选择设备可以消除很多随仪表互感器而出现的问题。
在数字保护系统中,经过滤波的电流和电压波形对距离保护持别重要。相关人员谈论了某些可用的数字滤波技术,尽管实用起来不那么容易,但是采用数字滤波技术容易得到真实的基波数据。
2、故障状态之外的谐波问题
继电保护对正常系统负荷的灵敏度很低说明,在非故障条件时电力系统的谐波量不成为问题。
最明显的例外可能是在电力变压器充电时所遇到的问题。实际上,可积极利用大的励磁涌流的谐波量以防止变压器的保护因充电时所遇见的特大的峰值而将高压断路器切断(大部分时间)。
涌流实际的峰值与变压器的铁心电感、绕组的电田以及操作发生在电压波形上的点有关。操作前铁心内的残余磁通同样可增加或减轻涡流的峰值,这与磁通对起始瞬间电压的极性有关。
因为在充电时副方电流为零,大的涌流必然会引起差动保护动作,除非使其变得不动作,简单的办法是采用时延差动接线,但是若在充电时有故障,这会严重损坏变压器。
实际上,是利用涌流时出现的非特征2次谐波分量以限制保护,但当充电时若有内部故障,则保护仍然是有效的。
三、解 决方案
(一)增加整流器的脉波数
整流装置是供电系统中的主要谐波源,其在交流侧所产生的高次谐波为pk±1改谐波,而在直流侧产生pk次谐波,在理想的情况下,脉波数和谐波次数的关系如表1。
从表1可知,整流装置从6脉波增加到12脉波时,谐波次数n=12k士1(k=I、2、3……正整数),就可以消除5、7、17、l 9…等次谐被,并且谐波电流的有效值与谐波次数成反比。由上可见,增加整流器的相数,可以比较有成效地消除低次谐波。增加整流相数的途径有两种,其一是采用特殊接线方式,使整流变压器形成多相整流,另一种方法是将相数少的整流变压器,联结成等效的多相形式。
***3为采用相移变压器的多相整流原理及矢量***,采用曲折法接线加移相线圈,可以构成多相整流,得到所需要的电压大小和相位。但当变压器容量较大时,制造工艺将十分困难。
两台6脉波整流器接于同一母线上时,采用丫/丫和/丫或者Y/丫和Y/的接线方式,便可得到12脉波数的整流装置,同样采用一台Y/Y/联接的三绕组变压器也可以得到上述效果,两台变压器的联接可以采用串联供电方式,也可以用并联供电方式,如***4a、b所示。
从上所述,等效多相系统,都是在6相基础上,利用变压器绕组丫和的接法的不同组合,或增加移相绕组来构成,因此,只有当各整流器组接线准确、负荷相等,且控制角相等时,才能完全消灭低次谐波,否则,谐波电流得不到完全补偿。
(二)注入谐波电流
这个方法的基本原理是向变压器第三绕组注入补偿电流来抵消变压器铁心中的谐波磁通,***5是这种方法的原理***。***中是一个滤波器,其作用是滤去送到变压器二次侧电流中的基波成分,得到的谐波电流经过放大器放大后送入第三绕组,产生和二次侧电流同样的磁势,放大器A
的放大倍数为,、、分别为变压
器T的一次、二次和第三次绕组的匝数,Q为补偿绕组,k为电流互感器TA的变比,如果补偿完善的话,磁通中的谐波成分可以完全抵消,不会有谐波进入电网。
TA―电流互感器U―整流器
A―放大器、―滤波器
T―三绕组变压器
这种方法的一个优点是它能够将非特征谐波如3次、9次谐波考虑在内。其缺点是需要有一个大功率的反馈放大器,才能有效地消除较低次谐波。
另一种谐波电流注入法事将外加的3次谐波叠加在方波上,如***6所示,以此来消除所给定运行点的某些谐波。
(三)并联滤波器
上面是从改造非线性负荷本身来消除和抑制其注入供电系统的高次谐被,尽管如此,由于晶闸管装置各相之间的负载不平衡,或者供电系统的运行方式改变,晶闸管装置控制角较大等原因,均可能出现幅度较大的低次谐波或者总的谐波含量增加等情况,以致使供电系统母线上的电压或电流的畸变率超过国家规定的标准,这就需要安装滤波器来抑制高次谐波。
滤波器抑制高次谐波的基本原理是利用电路谐振的特点,在***7R、L、C串联的电路中,设谐波源的电压为,为谐波角频率,为谐波源电压有效值,其
复数阻抗
若满足时,则电路中的Z将达到最小值,这时电流将有最大值,因此,电感上的电压为,而电容上电压为。
从上可见,两者大小相等,方向相反,因而在谐振时,可以将***中A、B两点看成是短路,对于作谐振频率,它的阻抗则可能比R大得多。其阻抗的频率特性如***8所示,在滤波器的频率时为谐振点,此点阻抗最小,利用这一点,很容易作到滤去其一次高次谐波,此时,滤波器的阻抗与电阻相等,阻抗角为45°,阻抗的幅值为R,这种将谐振电路的谐振点调到其一个固定频率所构成的滤波器(例如:5、7、……谐波)称为单调谐滤波器。
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谐波电流篇9
关键词： 谐波源 谐波危害 谐波治理的标准及措施
中***分类号： TU2 文献标识码： A
1 引言
随着大量的非线性负荷在医院中的使用，谐波污染问题越来越严重，其造成的电压波动直接影响着精密医疗设备的正常使用。因此，必须引起我们电气设计人员的高度关注，尤其是医院的电气设计。因为医院是治病防治、保障人民健康的卫生事业单位，直接关乎人民的生命安全。
2医院内主要的谐波源
常见的谐波源主要有 ：（1）换流设备 ；（2）电弧炉 ；（3）铁心设备 ；（4）照明设备 ；（5）生活日用电器等非线性设备。
对于医院场所可以将谐波源分为以下几类 ：
1）变频设备 ：由于节能需求，大量的变频调速电梯、变频风机等变频调速设备在医院中大量使用。医院的变频设备一般为6 脉波整流设备，所以会产生大量5、7 次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。
2）照明设备 ：为了节能，目前医院使用大量的带电子整流器荧光灯具，部分科室如放射科、眼科、高级病房等部分房间采用调光灯具，此类灯具的采用会使系统中产生大量的3 次谐波电流，注入电网。
3）DSA、MRI 等大型医疗设备 ：随着医院现代化程度越来越高，从国外引进了大量的医疗设备用于提高医院的诊断和***水平，这些大型医疗设备一般都含有开关电源、晶闸管等谐波源，因此会产生大量的3、5、7 次等谐波电流。
4）UPS 和计算机设备 ：为了保证供电的可靠性，现在医院的计算机网络系统都配备了UPS 设备，在末端计算机设备也配备了大量的开关电源，这些UPS 和开关电源均为谐波源，会产生大量的5、7 次等谐波。5）变压器 ：属于铁心设备，在电力电子装置普及以前，变压器是主要的谐波源。目前变压器谐波已退居很次要的位置，各种电力电子装置成为主要的谐波源。
3谐波的危害
3.1 对电缆的影响
由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积。所谓的趋肤效应是指交流电流流过导体时，向导体的表面集中的一种物理现象。电流的频率越高，电流越向导体表面集中。而截面积小，会有更大的电阻，也就意味着将产生更大的热量。当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流将比基波电流产生更大的热量。
因为我们在进行线路设计时，导体的截面积是按照基波频率设计的。而当这些导体中流过谐波电流时，呈现更大的电流密度，导致更大的电阻损耗，从而导致导体过热。导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。
3.2 对变压器的影响
谐波电流流过变压器时，会增加变压器的线圈绕组的电阻损耗( 称为铜损) 和铁心的损耗( 称为铁损)，从而引起变压器过热，使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏。
3.3 对并联电容器的影响
（1）无功补偿装置中的保险丝烧断 ：这是流过补偿装置的电流过大导致的。
（2）无功补偿装置中的电容炸裂 ：这是流过补偿电容的电流过大，导致电容过热引起的。
谐波电流造成这些危害的根本原因是谐波电容无功补偿装置与变压器构成的回路中发生了LC 并联谐振。LC 并联谐振会导致电流放大，烧毁无功补偿装。
3.4 3 次谐波的特殊危害
因为医院有大量的3 次谐波负荷，如带电子镇流器的荧光灯等设备，因此在处理谐波问题时，3 次谐波电流需要引起特别的关注。3 次谐波电流之所以危害很大，是因为3 次谐波电流在中性线上叠加，会导致中性线电流过大，造成火灾隐患。而中性线上是没有保护装置的，中性线上一旦出现过大的电流，只能任其过热。
4谐波的治理措施
解决谐波污染问题，目前主要有2 种途径 ：
1）对谐波源本身进行改造，使其不产生谐波也不消耗无功。在产品设计时就考虑减少和抑制谐波措施，就是所谓的“防病”的方法。对于医院设备来说，电视、计算机等其他电子办公设备，这些小的谐波源，目前采用在整流二极管和滤波电容之间插入一个电流整形器或叫功率因数校正器，使设备的谐波电流减少，目前在产品设计时考虑此方法有效抑制了谐波电流。
2）在电力系统或负载侧加装滤波装置，抑制谐波和补偿无功功率，这就是所谓的治病的方法。此种途径目前常采用以下几种方法 ：
（1）无 源 电 力 滤 波 器(Passive Power Filter,PPF) ：在电力系统中，PPF 一直是传统的谐波治理和无功补偿的主要手段。无源滤波器由LC 等被动元件组成，又称LC 滤波器，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。其突出优点就是结构简单、运行可靠性高、运行费用低。
（2）有 源 电 力 滤 波 器（Active Power Filter，APF）：APF 是一种用于动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置，其工作原理是从补偿对象（谐波源）中检测出需要补偿的分量，如无功电流或谐波电流分量。由APF 产生一个与补偿分量极性相反及大小相等方向的补偿分量，以使补偿分量和APF 产生的补偿分量相互抵消，从而使电网电流只含基波分量，重新成正弦电流。
（3）无源滤波器和有源滤波器相比较各有优缺点 ：无源滤波器的优点就是结构简单、运行可靠性高、运行费用低。缺点是 ：首先是它的补偿特性受电网及负载影响较大 ；其次是在滤波器与供电网之间会发生串、并联谐振的可能，而放大谐波电流 ；不能对谐波和无功实现动态补偿等。
有源滤波器的优点是 ：它的补偿特性受电网及负载影响较小 ；不会与电网发生串并联谐振现象，可靠性高 ；可实现动态补偿等。缺点是结构复杂，造价太高 ；单独使用时，可以用在小容量的非线性负荷，而不能用于大容量的场所。
以上介绍了抑制谐波的一些主要方法及其原理和优缺点，而对于医院电气设计，我们要结合医院的负载特点及其医院的整体投资情况，来选择合适的方式来消除谐波。
医院配电系统谐波源负载主要特点 ：谐波电流频谱范围主要为3、5、7 次谐波 ；医院内电子设备、医技设备很多，这些设备对谐波很敏感 ；医院内谐波源比较分散。
因此我们通常采用的方法是在变电所变压器出线端集中设置无源滤波器，用以集中消除5、7 谐波和补偿无功功率。随着国家综合经济实力的发展，医院建设投资的增加，我们也可以采用变电所变压器出线端设置无源滤波器，而在谐波源比较集中的场所设置有源滤波器，如在UPS 集中的信息中心等场所，或是完全采用有源滤波器，进一步提高电能质量。由于基于有源滤波器的上述优点，采用有源滤波器必然是一个趋势，在一些发达国家有源滤波器已经被广泛的采用。
5 结语
以上是笔者对医院里的谐波源、谐波对医院的影响以及消除谐波的办法进行的简单介绍和总结。如有不当之处，请同行批评指正。
参考文献
谐波电流篇10
关键词：电子设备 谐波问题 对策
随着小区和建筑楼宇智能化的兴起和信息处理技术的普及，电子计算机、彩色电视机和电子节能照明光源等电子设备和元件已广泛进入到我们的学习、工作、生活中。这些元件和设备属于非线性负载，在大量集中使用的建筑物或居民小区中，其非线性产生的谐波电流，如果不加以抑制，会使低压电网的电压电流波形产生畸变，影响电能质量。
一、电子设备的谐波现象及原因
电子设备的电源一般是整流电源，只在交流电压接近峰值时，整流管才导通有输入电流。由于在一周期内导通的时间很短，又必须维持设备正常的工作电流，所以输入电流呈脉冲状。这种脉冲状输入电流的基波含量小，而谐波含量大，且工作电流越大，脉冲电流的幅值就越大，形成严重的畸变电流注入低压电网，成为不可忽视的谐波源。
电子计算机和电视机的谐波电流含量大，谐波电流总畸变率高。这样高含量的负载谐波电流在负荷使用高峰期注入低压电网，会造成电网电压和电流总谐波畸变率升高，对电能质量产生影响，如果超过国标规定的限值，还可能造成危害。
据有关资料，在家用电器（主要是电视机）集中使用的居民小区，对低压电网的电压质量有明显的影响。在负荷高峰时，电压的总畸变率和3次、5次谐波均已达到或超过国标规定的限值，而且还有进一步增加的趋势。
二、谐波对电力系统设备的影响
电网谐波使电网波形受到污染，供电质量恶化，附加损失增加，传输能力下降，是电网的公害。其对系统和设备的影响主要表现在几方面。
1．对变压器和电动机，谐波电压使铁芯涡流损耗增加，谐波电流使铜损增加，温度上升，绝缘加速老化，降低了效率和利用率，缩短使用寿命。目前为了抑制3次谐波，常用Dyn11接线的变压器，使3次谐波在三角形连接绕组中形成环流，尽量不注入电网。但应注意，当谐波含量较大时，这些环流也可能引起变压器绕组过热。
2．在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成对某次谐波电流的放大和谐波电压的增高。这种危险的谐波过电压和过电流，不仅会使电容器超载而损坏，也会使与电容器联接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变超压过负荷而损坏。据统计，70％以上的谐波故障发生在电容器装置上。
3．对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集肤效应，导线电阻增大，线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，形成潜在的火灾隐患。同时，3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合，N线电流甚至达到相线电流的两倍，致使N线过热、烧毁，甚至导致火灾。
4．配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50％的故障电流，还会导致断路器损坏。
5．谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害。
三、国家谐波标准限值
为了抑制谐波污染，保证电网和电气设备的安全经济运行，近几年来国家先后制定了一系列电磁兼容和安全的国家标准，对谐波的限值作出了明确的规定。在《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14549－93）中，对0.38KV低压电网谐波电压和谐波电流限值的规定如表三、表四：
这些标准的实施，为电子设备产品的生产和检测，供配电设计以及供用电的监督管理提供了依据。
四、减小谐波影响的措施
1．在民用建筑低压配电设计中，尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线，中性线（N）的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合，TN系统配电回路的N（PEN）线的截面积不应小于相线截面积的2倍，以增加N线载流量，避免导线过载发热而损坏。
2．对应用电子设备和元件较多的配电线路保护，应选用有中性线过流保护的开关电器，并且应适当加大断路器的断流容量，防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。
3．为防止电力电容器对谐波的放大，以致引起谐振过电压或过电流，对电容器的设置要注意以下几点：①适当调整电容器的安装位置，以改变网络参数。②根据可能产生谐振的谐波次数，确定电容器的容量，或调整电容器投切分组容量，以避开谐振点。③在电容器回路中串联适当的空心电抗器，限制电容器支路的谐波电流。例如，为限制3～5次谐波电流，可安装相当于电容器容量4％～6％的串联电抗器。
4．在系统中并联装设交流滤波器。交流滤波器有无源与有源之分，由于民用建筑中负荷类型变化不大，电子设备产生的谐波次数相对比较固定，因此多采用无源滤波器。
对低次数（13次以下）谐波，因次数较低，含量较大，可分别设置单一频率的单调谐无源滤波器滤除。单调谐滤波器由电容器串联谐波电抗器组成，基本原理是将需滤除的谐波频率作为理想的调谐点，在此频率上滤波器产生串联谐振，形成低阻通路吸收大部分谐波电流。
对较高次数（13次及以上）谐波因其幅度小，可选一共同的高通滤波器滤除。最常用的高通滤波器是二阶高通滤波器，由电抗器、电阻和电容器混联连接构成。对某一次（如13次）谐波频率以上的各次谐波，滤波器的阻抗是一个小于其电阻值的低阻通路，使次数较高的谐波电流被有效地吸收。
现在有的厂家（诺基亚、深圳海亿达等）已可提供有源滤波器。有源滤波器基本原理是作为一个电流源，与负载谐波源并联，以极快的响应速度，送出与负载谐波电流幅值相等，相位相同，方向相反的电流，使两者相互抵消，电源侧的总谐波电流为零。有源滤波器还可补偿无功功率和三相不对称电流。目前由于价格较高，补偿容量较小（单台补偿电流100A以下），所以仅适用于对供电质量要求很高（如重要建筑物的中央监控系统、计算机系统等）的场所使用。
5．加强对电子产品生产的管理、检测和监督，鼓励厂家采用有源功率因数校正等新技术，生产低谐波值的电子产品。从源头对谐波污染进行治理，这是最根本的措施。
参考文献