諧波治理是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和提高電能質(zhì)量的重要任務(wù)。雖然傳統(tǒng)的諧波治理方法往往較為復(fù)雜，但通過(guò)改進(jìn)電力電子設(shè)備、增加濾波器、采用排耦電抗器、合理布線與接地、實(shí)施功率因數(shù)校正等簡(jiǎn)單易行的措施，可以在很大程度上降低諧波的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的諧波源、諧波含量、系統(tǒng)參數(shù)等因素綜合考慮，選擇合適的治理方法或多種方法的組合。同時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，確保諧波治理措施的安全、可靠運(yùn)行。通過(guò)不斷探索和創(chuàng)新，我們相信未來(lái)會(huì)涌現(xiàn)出更多簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)的諧波治理技術(shù)，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量的提升做出更大的貢獻(xiàn)。所謂諧波是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。

諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生：當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí)，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，由于負(fù)荷與電網(wǎng)相連，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。

系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類：① 含半導(dǎo)體的非線性元件，如各種整流設(shè)備、變流器、交直流換流設(shè)備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備;② 含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器、發(fā)電機(jī)組及鐵磁諧振設(shè)備等。

國(guó)際上對(duì)電力諧波問(wèn)題的研究大約起源于五六十年代，當(dāng)時(shí)的研究主要是針對(duì)高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題。進(jìn)入70年代后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應(yīng)用，諧波問(wèn)題日趨嚴(yán)重，從而引起世界各國(guó)的高度重視。各種國(guó)際學(xué)術(shù)組織如電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)相繼各自制定了包括供電系統(tǒng)、各項(xiàng)電力和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，標(biāo)準(zhǔn)給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值;GB17625.1《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值》規(guī)定電氣(電子)設(shè)備送出的諧波電流限值。

除了無(wú)源 LC 濾波器，有源濾波器因其動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、濾波效果好的優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。然而，有源濾波器通常需要復(fù)雜的控制電路和昂貴的功率半導(dǎo)體器件，成本較高，對(duì)于“簡(jiǎn)單方法”而言并不完全符合要求。盡管如此，有源濾波器的出現(xiàn)為諧波治理提供了更多選擇，未來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，有源濾波器可能會(huì)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

排耦電抗器是一種相對(duì)簡(jiǎn)單且成本較低的諧波治理裝置。它通常被安裝在諧波源設(shè)備與電源之間，通過(guò)在電路中引入一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娍梗梢砸种铺囟ù沃C波的產(chǎn)生和傳播。排耦電抗器的主要原理是利用電抗與諧波源之間的阻抗匹配，將諧波電流限制在較小的范圍內(nèi)。例如，在整流橋和電源之間串聯(lián)一個(gè)小的電抗器，可以有效地抑制 5 次和 7 次諧波。排耦電抗器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本較低，且對(duì)系統(tǒng)的影響較小。然而，排耦電抗器的濾波效果與其參數(shù)設(shè)置密切相關(guān)，需要根據(jù)具體的諧波源和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行選擇和調(diào)整。

除了上述方法，合理的布線與接地也是諧波治理的重要措施。諧波電流通常具有較高的頻率，因此其在電路中的傳播特性與基波電流不同。通過(guò)合理的布線，可以減少諧波電流的路徑，降低其對(duì)電網(wǎng)和敏感設(shè)備的影響。例如，將諧波源設(shè)備遠(yuǎn)離敏感設(shè)備，可以減少諧波通過(guò)空間耦合傳播的可能性;采用屏蔽電纜可以有效地抑制諧波信號(hào)的輻射和干擾。合理的接地方式也可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減少諧波對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。

功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)也是諧波治理的一種有效手段。PFC 技術(shù)通過(guò)改善非線性負(fù)載的功率因數(shù)，可以降低線路電流，從而減少諧波電流的影響。許多現(xiàn)代的功率電子設(shè)備都集成了 PFC 功能，通過(guò)內(nèi)部的控制電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的自動(dòng)校正。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，無(wú)需額外的設(shè)備投入，且可以同時(shí)改善電能質(zhì)量和提高系統(tǒng)效率。

在實(shí)際應(yīng)用中，諧波治理往往需要根據(jù)具體的諧波源、諧波含量、系統(tǒng)參數(shù)等因素綜合考慮，選擇合適的治理方法或多種方法的組合。例如，對(duì)于諧波含量較高的系統(tǒng)，可能需要采用無(wú)源 LC 濾波器與排耦電抗器相結(jié)合的方式;對(duì)于需要同時(shí)改善功率因數(shù)和抑制諧波的系統(tǒng)，可以考慮采用 PFC 技術(shù)與有源濾波器相結(jié)合的方案。諧波治理沒(méi)有一成不變的方法，需要根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇和調(diào)整。

在實(shí)施諧波治理措施時(shí)，安全始終是第一位的。電力系統(tǒng)涉及高電壓、大電流，任何不慎的操作都可能造成人身傷害或設(shè)備損壞。因此，在設(shè)計(jì)和實(shí)施諧波治理方案時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。例如，在安裝濾波器或排耦電抗器時(shí)，需要確保其額定電流和電壓滿足系統(tǒng)要求，并留有一定的裕量;在調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中，需要監(jiān)測(cè)電路的電流、電壓和溫度等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除異常情況。

為了有效治理諧波，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，我們采取了多種方法。這包括使用諧波濾波器來(lái)減少諧波的生成與傳播，降低諧波源的輸出以控制諧波的產(chǎn)生，同時(shí)提升電力系統(tǒng)的容量以應(yīng)對(duì)諧波的沖擊。此外，持續(xù)的諧波監(jiān)測(cè)與分析也是必不可少的環(huán)節(jié)，它能幫助我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決諧波問(wèn)題，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定高效。

2. 電容串聯(lián)電抗器

補(bǔ)償電容器與濾波電抗器是常用的無(wú)功補(bǔ)償搭配，其性價(jià)比高。在電容前段串聯(lián)電抗，可以構(gòu)成LC無(wú)源濾波回路。根據(jù)電網(wǎng)的諧波次數(shù)選擇合適電抗率的濾波電抗器，再搭配適配電壓等級(jí)的補(bǔ)償電容，即可在治理諧波的同時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。但需注意，電容電抗選型必須謹(jǐn)慎，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)諧波無(wú)法有效濾除，甚至增加電容電抗的故障率。

3. 有源濾波器

盡管有源濾波器和電抗器都能濾除系統(tǒng)中的諧波，但它們的性質(zhì)卻大相徑庭。有源濾波器，作為一種電力電子設(shè)備，能夠通過(guò)電流運(yùn)算電路對(duì)電網(wǎng)中的諧波電流含量進(jìn)行精確檢測(cè)和分析，并據(jù)此發(fā)出一個(gè)與諧波電流相抵消的補(bǔ)償電流。這使得有源濾波器在動(dòng)態(tài)濾除系統(tǒng)內(nèi)各次諧波方面表現(xiàn)出色，且無(wú)需擔(dān)憂諧振問(wèn)題。然而，其高昂的造價(jià)和對(duì)使用環(huán)境的嚴(yán)格要求，使得許多企業(yè)可能無(wú)法負(fù)擔(dān)或應(yīng)用。 增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過(guò)熱，降低設(shè)備的利用率和壽命：

① 電力諧波對(duì)輸電線路的影響：

諧波對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費(fèi);由于中性線正常時(shí)流過(guò)電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波流過(guò)中性線時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線過(guò)熱，損害絕緣，引起短路甚至火災(zāi)。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，對(duì)輸電線路和電力電纜線路會(huì)造成絕緣擊穿。

② 電力諧波對(duì)變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對(duì)帶有非對(duì)稱性負(fù)荷的變壓器而言，會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。

③ 電力諧波對(duì)電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時(shí)，由于電容器對(duì)電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過(guò)負(fù)荷甚至爆炸，同時(shí)諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

④ 諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要影響是引起附加損耗，其次是產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓。

(2) 影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性：

特別對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(3) 對(duì)通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：

電力線路上流過(guò)的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過(guò)磁場(chǎng)耦合時(shí)，會(huì)在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會(huì)威脅著通信設(shè)備和人員的安全。