谐波定义
1.谐波的定义供电系统中谐波的定义是用傅里叶级数分解周期性的非正弦电，不仅得到与电网基频相同的分量，而且得到一系列大于电网基频的分量，称为谐波。谐波频率与基频之比(n=fn/f1)称为谐波频率。电网中有时存在非整数次谐波，称为非谐波或分数次谐波。谐波实际上是一种干扰，使电网“被污染”。电气技术领域主要研究谐波的产生、传输、测量、危害和抑制，其频率范围一般为2n40。
二是谐波源向公共电网注入谐波电流或在公共电网上产生谐波电压。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，如带有电力电子器件的换流设备、交流控制器、电弧炉、感应炉、荧光灯、干式变压器等。中工业企业也在使用越来越多的产生谐波的电气设备，如晶闸管电路供电的DC提升机、交交变频装置、轧机DC传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵、冶炼电弧炉等。这些设备获取的电流是非正弦的，其谐波分量会使系统的正弦电压失真。谐波电流的大小取决于谐波源设备的特性和工作条件，而与电网参数无关，可以视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波频率与其电路形式有关，称为电路的特征谐波。对称三相变流器电路的特征谐波频率为：……(正整数)，其中p为一个电网周期内的脉冲触发频率(或脉冲频率)。除了特征谐波外，上述电路在三相电压不平衡、触发脉冲不对称或工作条件不稳定的情况下也会产生非特征谐波。较显著的谐波分析计算是特征谐波，如5、7、11、13次。对于P脉冲变换器电路，假设DC侧电流完全平滑，电网侧N次谐波电流与基波电流之比为：换向重叠角。估计是可取的。如果DC侧的电流纹波较大，则5次谐波的幅度将增加，而其他谐波的幅度将减小。当多个谐波源接入电网时，每个谐波源的相同谐波电流分量之和将小于每个分量的算术和。干式变压器的励磁电流包含三阶、五阶和七阶谐波分量。因为干式变压器的一次和二次绕组中的一个总是有角连接，这为三次谐波提供了路径，所以三次谐波电流不会流入电网。但当各相励磁电流不平衡时，三次谐波的残余分量(高达20)可以进入电网。
三、谐波传输对于多电压电网，其谐波阻抗的特点是Zn(高压侧)和Zn(低压侧)。谐波电流从低压侧流向高压侧，其大小基本与高压侧的参数无关，可视为恒流源。谐波电压从高压侧传递到低压侧，可视为恒压源。在谐波分析中，电网的谐波等效电路就是根据这个原理构造的。1.电网部件的频率特性在谐波频率范围内。由于涡流和漏磁场的存在，电网元件的谐波参数应考虑长线效应，即干式变压器和导体的等效电阻r随着频率的增加而增加，而等效电感l随着频率的增加而减小。电缆、电线、电容器的电容c基本上不随频率的变化而恒定。负载阻抗和频率之间的关系因负载不同而不同(见图1:负载有功电导频率关系图)。简化电机负载分析时，只能考虑漏电感。电机漏电感Lsn的频率特性与干式变压器相似。2.电网等效电路电网可以由电网各元件的谐波参数Rn、Ln、Cn组成。三相对称电网的等效电路图通常用单相表示(见图2:电网及其等效电路和阻抗矢量轨迹图)。根据等效电路，计算各频率下的节点导纳矩阵Yn，计算阻抗Zn=，计算谐波电压Un=ZnIn。电网在某些谐波频率下会发生并联谐振，导致谐波电流大幅增加。电网并联谐振频率计算如下：Sk为节点B的短路功率(MVA)；Sc是电网的充电功率(包括并联电容器的功率，MVA)。谐振电路的品质因数q取决于谐振频率和电网的负载率。负载率降低，品质因数增加。低压电网的品质因数为2~3，高压公共电网的品质因数为2~5，高压工业电网的品质因数约为10。当低压电网中没有并联电容器时，其谐振频率一般不在谐波范围内。四、谐波限制为了使电网的谐波电压保持在允许值以下，需要限制谐波源注入电网的谐波电流量。工业大多数发达家相继制定了电网谐波管理的标准或法规。谐波管理标准的制定是基于电磁兼容的原理，即在一个常见的电磁环境中，电气设备可以正常工作，而不会过度干扰这个环境(见图3:电磁兼容)。1993年，我颁布了限制电力系统谐波的家标准《电能质量：公用电网谐波》，规定了公共电网的谐波电压限值和用户向公共电网注入谐波电流的允许值(见表1和表2)。受谐波影响的电压或电流正弦波形的失真度用谐波电压或电流含量率表示：HRVn=(Un/U1)100HRIn=(In/I1)100，其中Un和In为第n次谐波电压和电流的有效值；U1和I1是基波电压和电流的有效值。表1公共电网谐波电压(相电压)限值、电网千伏电压标称电压、总谐波畸变率、各阶谐波电压含量率、奇数偶数0 . 385 . 04 . 02 . 06(10)4 . 03 . 21 . 635(66)3 . 02 . 41 . 02 . 60 . 8表2 56460 . 66666666661 #p#分页标题#e#
49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.51.52.81.32.51.2五、谐波危害谐波增加电气设备的热损耗，干扰其功能甚至引发故障。另外谐波可对信息系统产生频率藕合干扰。1.电动机谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流I一起使设备产生附加热损耗，并且在电动机起动时容易发展成干扰力矩。谐波电流和负序基波电流有效值之和一般不得大于电动机额定电流Ie的5~10，即如果电动机不是按额定功率连续运行，可以允许短时超出上述限值。2.电容器谐波可使电容器过流发热。在畸变电压下电容器的电流有效值为：有关规程规定电容器长期工作电流不得超过1.3倍额定电流（Ic=CUn）。位于谐波源附近的电容器或者滤波电容器通常按较高的电流有效值特殊制造。3.电子装置谐波电压可使晶闸管触发装置发生触发错误，甚至导致设备故障。谐波也会对电网音频控制系统和计算机产生不良影响。4.通讯系统在2.5kHz以下导线间电感电容藕合作用随频率呈近似线性上升，特别是较高次谐波会对通讯及信息处理设备产生干扰。六、谐波测量测量谐波电流使用低感分流器（约L/R）和电子式电钳，测量谐波电压使用电阻分压器或电容式分压器。谐波测量设备基于快速傅立叶分析原理，由模拟滤波器和模拟（数字）相关器或者计算机组成。谐波阻抗测量是使用一个可控式电源向电网注入谐波频率电流，然后分别测量谐波电压的幅值和相位（见图4：谐波注入原理图）。七、谐波抑制将三相桥式电路的脉动数从6提高到12，可消除5，7次谐波。将多个谐波源接于同一段母线，利用谐波的相互补偿作用也可降低电网谐波含量。当谐波量超出规程允许值或者电网在谐波范围内有谐振时，通常设置单调谐滤波器吸收特征谐波。对于13次及以上的谐波，可设置一个高通滤波器。滤波回路也会吸收电网原有谐波并可能性导致过负荷。一般通过调整失谐率，降低品质因数或者通过附加电子装置控制电流值来避免过负荷。电容器可通过串联电抗器形成谐波阻塞回路，以防止电容器谐波过负荷。一般将串联谐振频率定在250Hz以下。
来源：中电力谐波监测及滤波工程技术网
