高次谐波的危害及其应对
摘 要：高次谐波是电力系统的公害,其危害主要有：使输电线路、发电机、电动机、变压器产生附加损耗,温度升高。本文举例阐述了高次谐波对供电系统的危害，提出了相应的解决策略。
关键词：高次谐波；电力系统；危害应对
中图分类号：TM711 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）035-0135-01
二倍以上的正弦波均称为高次谐波，其学科定义为：将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为原信号频率两倍及以上的正弦分量。伴随着生产的发展，工矿企业中大量采用的整流换流装置，冶金机械行业中大量采用电弧炉、轧机、变频器，化工行业中大量采用整流、电石炉、电焊设备，石化行业采用的机泵变频调速装置，以及交通中运输中的电气机车的整流装置，这些设备均属非线性负荷，其电压和电流均会发生不同程度的畸变。
一、高次谐波危害例举
交流电网的电压畸变会引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。三次及其倍数次的高次谐波对星形连接的变压器，当绕组中性点接地，其电网中分布电容较大，或安装了中性点接地的并联电容时，会形成3次谐波振荡，使变压器附加损耗大大增加。对三角形连接的变压器会使其在绕组中形成环流，使绕组过热，而且谐波电流使变压器的铜损和铁损大大增加。
高次谐波电流在电动机中产生的集肤效应、웃磁势涡流等，随着频率增高而使电动机铁芯和绕组中的附加损耗增大，在电动机启动时ღ易发生脉动，干扰力矩使电动机产生较大的噪音。由于电动机负荷很大，高次谐波产生的附加损耗在电力负荷中的影响十分显著。高次谐波在电力线路中流过的幅值较大的低频谐波电流经过磁场耦合，在相邻的通信线路中会产生干扰，在谐★波和基波的共同作用下，干扰通信线路系统的正常工作，影响通信线路的通话。在特定的条件下，还会威胁通信设备和人员的安全。
二、高次谐波的抑制
抑制高次谐波主要是减少或消除注入电网的谐波电流，控制谐波电压和电流在允许范围内，抑制谐波电流的主要措施为：改善供电环境、降低谐波源的谐波含量，吸收谐波电流。其中吸收谐波电流是目前使用广泛，且最有效的抑制谐波的方法。
（一）无源滤波器（FC）
无源滤波器属于被动的吸收式滤波，在谐波源比较简单的系统中，结合功率因数补偿，选用高性能的滤波电容器，串联高线性的滤波电抗器，组合成滤波补偿器，在吸收系统中主要的谐波分量时，补偿无功功率。无源滤波又分为调谐和非调谐的两种滤波技术，调谐式无源滤波技术主要为滤波，其效率可达70%，但配置的容量很大，投入时会造成电压波动，且易造成过补偿。非调谐式无源♂滤波技术是抑制谐波进入电容器，避免谐振。其配置简单，但滤波效果差。
（二）有源滤波器（APF）
有源滤波器属于动态消除滤波，一般用于重要负荷场所，根据用电设备对谐波的敏感程度，为达到最佳的滤波效果，配置动态有源滤波器。有源滤波器是采用开关元件，通过数字信号处理和脉宽调制技术，根据检测到的谐波分量，产生一个幅值相等、相位相反的电流，在谐波源处注入系统，使电源的总谐波为零，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比，该技术对清除谐波效果大，可滤除97%以上的谐波电流，其滤波特性不受系统阻抗的影响，可清除与系统阻抗发生谐振的危险，不仅能补偿各次谐✉波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点。有源滤波器中最基本的是并联型，其容量取决于交流回路电压有效值与补偿电流有效值的乘积。并联型有源滤波器装置的容量主要取决于补偿电流，因此有源滤波器的造价远高于无源滤波器。
（三）组合型滤波器
有源滤波器补偿效果好，响应快，且不受阻抗影响，但价格相对较高，如将有源滤波器的优越性能与无源滤波器的低成本相结合，即可构成组合型滤波器，通过适当控制可使负荷的谐波电流由有源滤波器提供，负荷的基波无功功率由无源滤波器提供。这样逆变器的容量可明显减小，成本大大降低，是理想的消除谐波及补偿无功的最佳方式。
三、客户消谐的技术措施
从以上对谐波产生的原因分析，可看到目前大量采用电力电子设备的冶金、化工、机械、轨道交通等行业中存在着高次谐波，为消除谐波的影响，以上消除谐波的方法，针对不同的客户，采用适当有效技术手段和到位的管理措施，是完全可以做好谐波源治理工作的。
在治理谐波源的过程中，首先应针对谐波源的设备，选择合理的消谐技术措施。对负荷变化不大、谐波次级超标种类不多的，可采用简单经济的无源滤波器，但需要结合负荷工况实现分级投入，以确保在低载时也不会发生谐波超标。相对于负荷变化较大的，谐波次级超标种类较多的，要求设计采用有源滤波器与无源滤波器组合的使用方式。首先采用结构简单、成本低的无源滤波器，分担大部分补偿和消谐任务，再利用有源滤波器良好的补偿性能，这样既解决了有源滤波容量大、成本高的问题，又可使系统取得较好的消谐效果。
