电网中谐波产生的原因、危害及治理

电网中谐波产生的原因、危害及治理

一、谐波的定义

什么是谐波？ 理想电流是光滑的正弦波，但变频器、整流器等非线性负载会"切割“波形，产生高频杂波，即谐波。例如:5次谐波就是250Hz 的多余电流。

谐波就像电流中的“捣蛋鬼”，它们是多余的电流成分，不按正弦波形的“规定路线”行走，结果让电网运行不稳定，可谓电网中的隐形杀手。

谐波是指电力系统中存在的高于基波频率的电流或电压成分。

通常情况下，基波是50Hz (或60Hz)的工频， 而谐波的频率是基波频率的整数倍。比如， 150Hz是三次谐波，250Hz是五次谐波。

二、谐波是如何产生的？

电力系统的理想波形应该是纯正弦波，但由于一些非线性负载(如变频器、UPS电源，电力电子设施等)的存在，电流或电压波形可能会出现畸变，产生谐波。 
谐波通常由非线性员载引起，这些负载的电流与电压之间并不保持线性关系。 常见的非线性员载包括:

（1）变频器:用于调节电机转速的变频器，会产生大量的谐波。
（2）开关电源:广泛用于电子设备中的开关电源， 会引发高频谐波。
（3）不间断电源(UPS):UPS在转换过程中会产生大量的谐波。

产生谐波的负载还包括其他：

（1）电力电子设备:包括计算机、电动机控制器等，都是谐波的重要来源。
（2）不平衡负载:当电力系统中存在不平衡负载时，也会产生谐波。

三、谐波的危害：谐波会导致电能质量下降，影响正常设备正常运行。

1.使变压器、电动机等电气设备产生附加损耗，引起发热现象，导致绝缘损坏，带载能力下降，变压器降容使用。

2.引起电容器组谐振和谐波电流放大， 导致电容器组和电缆线路过电压或过负荷。

3.电压和电流波形的畸变改变了电压或电流的变化率，影响电路器的分段容量。

4.由于电流的集肤效应和邻近效应存在，导致输电缆线路过热。

5. 使电机损耗增加，效率下降，绝缘老化加快，轴承磨损加快。

6.使测量仪表，特别是感应式测量仪表产生计量误差。

7.对继电保护和自动装置产生干扰造成误动或拒动。造成系统误动导致保护装置误跳闸、精密控制设备失灵导致保护装置误跳闸。

8.造成通信干扰。

9.造成电费增加，额外损耗推高用电成本，THDi超标还可能被电网处罚。

10.谐振现象:谐波与系统的固有频率相互作用，可能引发谐振，严重时会造成设备损坏

四、谐波的治理：

1、谐波治理第一步:精准检测，治理谐波需先检测，用专业仪表测量THD (总谐波畸变率)与各次谐波含量，避免盲目治理。

2、谐波治理第二步:对症下药（1）被动治理，适用于谐波结构简单场景:无源虑波器、隔离变压器、分路供电等。（2）主动治理，适用于系统复杂、工况变化大场景:有源滤波器(APF)、多脉冲整流、低谐波变频器
五、如何抑制谐波？

1、有源滤波器:通过检测电网中的谐波成分，实时生成一个与谐波相反的补偿电流，从而中和谐波，减少系统中的谐波成分。这种方式能够动态调节，并且适用于不同频率的谐波抑制， 是目前较为先进的谐波治理手段。

2、无源滤波器:通过电容、电感和电阻的组合构成滤波电路。这就像专门为某个“捣乱者"设置的陷阱，能抓住特定频率的谐波，但应对其他频率的谐波就有点“无能为力”。

3、升级设备:选择一些的设备，如低谐波变频器、谐波抑制型电机等，从源头上控制住这些"乱跑的电流”；优化系统设计: 合理配置设备，减少非线性负载的数量和影响；

使用高质量设备: 选择谐波产生较少的电力电子设备，降低谐波的生成。

谐波治理并非"可搞可不搞"，它直接关系到电力系统安全、设备寿命，还能有效降低用电成本，电力工作者需时刻绷紧这根弦！ 精准检测，有效治理。总之，谐波治理不是“可选项”！