諧波的定義

諧波：是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波。簡單來說，諧波就是頻率是工頻（50HZ）整數(shù)倍的分量。諧波分為奇次諧波和偶次諧波。

基波：是指頻率與工頻（50HZ）相同的分量。

奇次諧波：是指額定頻率為基波奇數(shù)倍的諧波，如：3、5、7等。

偶次諧波：是指額定頻率為基波偶數(shù)倍的諧波，如：2、4、6等。

波形畸變：是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例關(guān)系。

一般，偶次諧波較少，奇次諧波較多，所以奇次諧波危害較大。

諧波產(chǎn)生原因

由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。非線性負載有：UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。

諧波產(chǎn)生分析：

1) 發(fā)電設(shè)備

發(fā)電設(shè)備為電源產(chǎn)生端，由于鐵芯難做到絕對均勻一致，所以也會產(chǎn)生較少諧波。

2) 輸配電

電力變壓器是輸配電中的主要諧波來源。鐵芯磁化，曲線處于非線性飽和狀態(tài)，諧波電流可達變壓器額定電流的0.5%以上。

3) 電力設(shè)備

整流晶閘管設(shè)備產(chǎn)生的諧波，占全部諧波的40%，其他諧波發(fā)生設(shè)備有變頻設(shè)備，氣體放電類電光源，家用電器（含繞組）等。

諧波計算公式

THD（total harmonic distortion，總諧波失真），諧波總畸變率，顧名思義就是諧波的總和除以基本波。諧波總畸變率分為諧波電壓總畸變率（VTHD)和諧波電流總畸變率(ITHD)。以VTHD為例（ITHD的定義及計算相似），計算如下：

諧波的危害

諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴重干擾。

諧波對的危害大致有以下幾個方面：

1) 增加電力運行成本

由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。

2) 降低供電可靠性

諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴重后果。

3) 影響設(shè)備正常工作

當輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信號丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作，嚴重時將威脅通訊設(shè)備及人身安全。

對旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機、電動機，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機械共振，造成汽輪機葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。

4) 引發(fā)電力事故

電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機等負荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當電網(wǎng)參數(shù)配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的安全運行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。

繼電保護自動裝置對于保證電網(wǎng)的安全運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類保護及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，特別在廣泛應(yīng)用的微機保護、綜合自動化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域（廠內(nèi)）電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電等惡性事故。

電網(wǎng)諧波將使測量儀表、計量裝置產(chǎn)生誤差，達不到正確指示及計量（計量儀表的誤差主要反映在電能表上）。斷路器開斷諧波含量較高的電流時，斷路器的遮斷能力將大大降低，造成電弧重燃，發(fā)生短路，甚至斷路器爆炸。

諧波的治理

諧波治理的常用方法：

l 串聯(lián)電抗器

l 有源濾波補償

l 無源濾波補償

l 增加整流設(shè)備的相數(shù)

l 安裝各種突波吸收保護裝置，如避雷器等

現(xiàn)在常用的濾波方式有電容、電感濾波和有源電子濾波APF。兩者在濾波原理上存在差異，電容濾波主要是以分流方式濾除諧波，即給諧波開一個旁路通道；APF則是抵消式濾波，即與原有諧波產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的諧波源，抵消原有諧波。從濾波效果上，APF高于電容電感式濾波。隨著電力電子器件IGBT價格的降低，APF越來越得到廣泛的應(yīng)用。

APF在數(shù)據(jù)機房的應(yīng)用

APF在辦公樓宇的應(yīng)用