什么是諧波？如何治理諧波?

一、供配電系統中的諧波

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

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中，因為有非線性負載的存有，當電流穿過與所加電壓不呈線性相關的負載時，就產生非正弦電流。一切規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成。

2造成諧波的機器設備種類

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

(1)電源開關方式開關電源(SMPS)：

大部分的當代電子產品都應用電源開關方式開關電源(SMPS)。他們和舊式的機器設備不一樣，他們已經傳統式的降血壓器和鎮流器換成由開關電源立即經可操縱的鎮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。這針對機器設備生產廠的益處是應用元器件的規格、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格，它都不可以從開關電源吸取持續的電流，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)電子器件熒光燈鎮流器：

電子器件熒光燈鎮流器近年來被很多選用。它的優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電源電流中造成諧波和電氣設備噪音。應用含有功率因數校正的型號規格商品可降低諧波，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，由于在直流輸出側每星期波內有六個單脈沖(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(即是供電系統頻率的6倍)，這就更改了供電系統電流的波型。

(4)ups電源(UPS)：

依據電磁能轉換方法和由外界供電系統到內部供電系統常用變換方法的不一樣，UPS有很多不一樣的種類。關鍵的種類有：免費在線的UPS、線下的UPS和路線交互作用的UPS。由UPS供電系統的負載一直電子信息技術機器設備，他們是非線性的而且帶有很多的低次諧波。

(5)磁芯元器件：

在有變壓器鐵芯的電抗器上的勵磁調節器電流和磁通量相對密度相互關系一直非線性的。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內及其設備內均會導致難題。但其危害和處理對策十分不一樣，必須各自解決；適用清除諧波在設備內負面影響的方法并不可以降低諧波在電氣系統內導致的崎變，相反也是。

(1)設備內的諧波難題及處理對策：

幾個普遍多發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、隔離開關的錯誤操作等。

①電壓崎變：由于電氣系統有內特性阻抗，因此諧波負載電流將導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個構成部分：電源接口(PCC)之后的電氣設備設備內部電纜線路線的特性阻抗和PCC之前電氣系統內的特性阻抗，客戶處的供電系統變電器就是PCC的一例。

由非線性負載造成的崎變負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與其同一電源電路上所接的所有別的負載上，造成諧波電流的穿過，即便這種負載是線形的負載都是這般。

處理的方法是把造成諧波的負載的供電系統路線和對諧波比較敏感的負載的供電系統路線分離，線形負載和非線性負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，使非線性負載造成的崎變電壓不容易傳輸到線形負載上來。

②過零噪音：很多電子器件控制板要檢驗電壓的過零點，以明確負載的接入時刻。那樣做是以便在電壓過零時接入理性負載不至于造成瞬態過電壓，進而可降低干擾信號(EMI)和半導體材料電源開關元器件上的電壓沖擊性。如在開關電源上帶高次諧波或瞬態過電壓時，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中，當負載造成3N次諧波電流時，中性點上把穿過各相3N次諧波電流的和。如那時候三相負載不均衡時，中性點上流過的電流會更大。近期科學研究試驗發覺中性點電流會將會超過一切一相的相電流。導致中性點輸電線發燙過高，提升了路線耗損，乃至會燒壞輸電線。

現行標準的處理對策是擴大三相四線式供配電系統中中性點的電纜線徑，很少規定要應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，其二次側負載造成3N次諧波電流時，其中性點上除有三相負載不均衡電流總數外，還將穿過3N次諧波電流的代數和，并將諧波電流根據變電器一次側注入電力網。處理所述難題非常簡單的方法是選用Dyn布線的變電器，使負載造成的諧波電流在變電器△形繞阻中循環系統，而不至于注入電力網。

不管諧波電流注入電力網是否，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的錯誤操作：剩下電流隔離開關(RCCB)是依據根據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電源。出現諧波時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，再乘一個效正指數而算出讀值。在有諧波時，那樣讀取的結果將會比真正標值要低得多，而這就代表斷路器是被滅磁在一個十分低的標值上。

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

(2)危害供電系統開關電源的諧波難題及處理對策：

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

由崎變電流導致的電壓崎變在于開關電源特性阻抗。特性阻抗愈大則由同一電流崎變所導致的電壓崎變就愈大。針對10次下列的諧波來講，供電系統互聯網一般 是理性的，因此開關電源特性阻抗就和頻率正比，諧波頻次越高，所導致的崎變就會越大。一般 不太可能減少供配電系統的特性阻抗，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保養工作中時間階段地對負載終止供電系統。在這樣的事情下，應選用中性點有充足大的通用性四芯饋線。在關鍵的配電設備系統軟件中，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備系統軟件相防護。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變的，而且常常很貼近于基波頻率?，F階段有源濾波器日漸應用推廣，它在工作中時積極地引入一個電流來精準地賠償由負載造成的諧波電流，就會得到一個純碎的正弦波形。這類濾波器機器設備的工作中靠數字圖像處理(DSP)技術性來操縱迅速絕緣層柵雙極三極管(IGBT)。由于機器設備是與供配電系統串聯工作中的，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而波型獲得一部分的改正。

二、怎樣治理供電系統中的諧波？

在供配電系統中，人們開展諧波治理碰到許多 艱難，非線性負載并不是24鐘頭穩定運作的，比如電弧爐、中頻感應爐，在公布時候出現停止運營的狀況，在熔融及其冶煉廠的全過程中，負荷率又有轉變，因而諧波是在轉變的。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載變化開展同歩的，殊不知，現階段有源濾波器又不太可能被大力發展。在技術上看來，諧波治理還是存有一定難度系數，盡管串連L、C無源濾波器對五、七次乃至數次諧波起了治理的功效，對諧波治理具有大的功效。供電系統中諧波的治理方式也有下列幾類：

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

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備是配套設施供貨的，因為變頻器的機器設備價錢與配套設施的變頻器諧波治理機器設備的價錢相差不多，隨后在我國客戶，通常只安裝變頻器，不安裝配套設施的諧波治理機器設備。近些年，伴隨著變頻器原理的營銷推廣，電力網中的諧波危害加重，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施的諧波設備二者另外設計方案，一起投用。

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