电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量,通常称为高次谐波,而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”,亟待采取对策。

1.谐波是什么

谐波 (harmonic wave),从严格的意义来讲,谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波,这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念,才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。
谐波产生的原因主要有:由于正弦电压加压于非线性负载,基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源整流器变频器逆变器等。
谐波的频率必然也等于基波的频率的整数倍,基波频率3倍的波称之为三次谐波,基波频率5倍的波称之为五次谐波,以此类推。不管几次谐波,他们都是正弦波

谐波是什么

2.谐波产生的原因

在理想的干净供电系统中,电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波。
用傅立叶分析原理,能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
电力系统中,谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。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,即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性,电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。
谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高,最低次的谐波分量的频率的次数就越高。
其他功率消耗装置,例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。
在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。次数越高,谐波分量的振幅越低。
只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也有可能,谐波分量通过供电网络到达用户网络。例如,供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。

谐波产生的原因

3.谐波分类

根据谐波频率的不同,可以分为:
1、奇次谐波
额定频率为基波频率奇数倍的谐波,被称为“奇次谐波”,如3、5、7次谐波
2、偶次谐波
额定频率为基波频率偶数倍的谐波,被称为“偶次谐波”,如2、4、6、8次谐波。
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,由于对称关系,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。
3、分量谐波
频率为基波非整数倍的分量称为间谐波(interharmonics),有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波(sub-harmonics),次谐波可看成直流与工频之间的间谐波。

谐波分类

4.谐波的危害

谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。对于电力系统外部,谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

谐波的危害