電能作為一種重要的能源，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及各類用電設(shè)備的正常工作。理想的電能應(yīng)是頻率穩(wěn)定、電壓幅值恒定且波形為正弦波的交流電。然而，在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，由于各種因素的影響，電能質(zhì)量往往會(huì)出現(xiàn)偏差，其中電網(wǎng)諧波是影響電能質(zhì)量的重要因素之一。諧波的存在會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)熱、振動(dòng)、噪聲增加，甚至損壞設(shè)備，同時(shí)還會(huì)影響電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置以及通信系統(tǒng)等的正常工作。因此，深入研究電網(wǎng)諧波問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中電能的優(yōu)劣程度，其衡量指標(biāo)包括電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度等。其中，電壓偏差是指實(shí)際電壓與額定電壓的差值，它會(huì)影響用電設(shè)備的輸出功率和使用壽命;頻率偏差主要由電力系統(tǒng)的有功功率不平衡引起，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響;電壓波動(dòng)和閃變是指電壓的快速變化，會(huì)導(dǎo)致照明燈光閃爍，影響人的視覺(jué)感受;三相電壓不平衡度則是指三相電壓的幅值或相位不相等，會(huì)使三相用電設(shè)備產(chǎn)生附加損耗和振動(dòng)。而諧波作為電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的影響尤為顯著。

諧波是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量。在電力系統(tǒng)中，基波頻率通常為 50Hz，因此，諧波頻率是 50Hz 的整數(shù)倍。例如，二次諧波頻率為 100Hz，三次諧波頻率為 150Hz 等。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在諧波時(shí)，電壓和電流的波形將發(fā)生畸變，不再是理想的正弦波。

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致，以及其他一些原因，會(huì)產(chǎn)生一定量的諧波。但一般情況下，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波含量相對(duì)較少，對(duì)電網(wǎng)的影響較小。

在輸配電系統(tǒng)中，電力變壓器是產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備之一。由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線呈現(xiàn)非線性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密通常選擇在磁化曲線的近飽和段上，這就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。諧波電流的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中 3 次諧波電流可達(dá)額定電流的 0.5%。此外，輸電線路的分布參數(shù)也可能導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生和傳播。

這是電網(wǎng)中諧波的主要來(lái)源。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種非線性用電設(shè)備在工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛。例如：

晶閘管整流設(shè)備：晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，其中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中 3 次諧波的含量可達(dá)基波的 30%;接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋 6 脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有 5 次及以上奇次諧波電流;如果是 12 脈沖整流器，也還有 11 次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近 40%。

變頻裝置：常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波。這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。

電弧爐、電石爐：在加熱原料時(shí)，電爐的三相電極很難同時(shí)接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是 2 次、7 次諧波，平均可達(dá)基波的 8%、20%，最大可達(dá) 45%。

氣體放電類電光源：熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。這類電光源的伏安特性具有嚴(yán)重的非線性，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器：電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來(lái)源之一。

變壓器：諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)，會(huì)顯著增加鐵芯損耗和繞組銅損，導(dǎo)致變壓器過(guò)熱，效率降低，進(jìn)而縮短其使用壽命。此外，諧波還可能引起變壓器的振動(dòng)和噪聲增大。

電動(dòng)機(jī)：諧波電流通過(guò)交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅使電動(dòng)機(jī)鐵芯損耗增大，還會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出力降低，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，對(duì)機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時(shí)，諧波還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的絕緣加速老化，增加故障發(fā)生的概率。

電容器：電容器對(duì)高次諧波的阻抗非常小，當(dāng)含有高次諧波的電壓施加在電容器兩端時(shí)，電容器很容易過(guò)負(fù)荷而損壞。此外，諧波還可能與電容器和系統(tǒng)電感發(fā)生諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，進(jìn)一步危及電容器和其他設(shè)備的安全。

增加線路損耗：諧波電流會(huì)導(dǎo)致電力線路的電能損耗增加。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，線路電阻隨頻率的增加而增大，使得諧波電流在輸電線路上產(chǎn)生額外的功率損耗。

影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的正常工作：諧波可能引起電力系統(tǒng)的電壓諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓，有可能擊穿線路設(shè)備的絕緣。當(dāng)大量的 3 次諧波流過(guò)中性線時(shí)，線路可能過(guò)熱，甚至引發(fā)火災(zāi)。此外，諧波還會(huì)使系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生誤動(dòng)作，導(dǎo)致電氣測(cè)量?jī)x表的計(jì)量不準(zhǔn)確，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

干擾通信系統(tǒng)：諧波產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)干擾會(huì)影響電子儀表和通訊系統(tǒng)的正常工作，降低通訊質(zhì)量。例如，諧波可能導(dǎo)致通信線路中出現(xiàn)噪聲，使信號(hào)傳輸失真，甚至丟失信息，影響通信系統(tǒng)的可靠性。

電力部門應(yīng)制定嚴(yán)格的諧波管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，對(duì)用戶接入電網(wǎng)的諧波水平進(jìn)行限制和監(jiān)測(cè)。要求用戶安裝諧波監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧波電流和電壓，并定期向電力部門報(bào)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于諧波超標(biāo)的用戶，采取相應(yīng)的處罰措施，促使其進(jìn)行諧波治理。同時(shí)，電力部門還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，合理安排電力設(shè)備的布局，減少諧波在電網(wǎng)中的傳播和影響。

無(wú)源濾波器是一種常用的諧波治理裝置，它由電容器、電抗器和電阻器組成，通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接到電網(wǎng)中。無(wú)源濾波器利用電感、電容等元件的諧振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流。無(wú)源濾波器具有成本低、技術(shù)成熟、補(bǔ)償無(wú)功等優(yōu)點(diǎn)，但其濾波效果受電網(wǎng)參數(shù)變化的影響較大，且容易與電網(wǎng)發(fā)生諧振。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)電網(wǎng)的具體情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選型，以確保其濾波效果和安全性。

有源濾波器是在無(wú)源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它通過(guò)電力電子裝置產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)諧波同頻率、同幅度但相位相反的諧波電流，與系統(tǒng)中的諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除諧波的目的。有源濾波器具有濾波效果好、響應(yīng)速度快、能自動(dòng)跟蹤諧波變化等優(yōu)點(diǎn)，但其成本較高，技術(shù)復(fù)雜，對(duì)裝置的可靠性和穩(wěn)定性要求也較高。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，有源濾波器的性能和可靠性得到了顯著提高，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。

從源頭上減少諧波的產(chǎn)生是治理諧波的根本措施之一。對(duì)于一些產(chǎn)生諧波較大的用電設(shè)備，如晶閘管整流裝置、變頻裝置等，可以通過(guò)改進(jìn)設(shè)備的控制策略和電路結(jié)構(gòu)，采用新型的電力電子器件，提高設(shè)備的功率因數(shù)，減少諧波的產(chǎn)生。例如，采用 12 脈沖或 24 脈沖整流器代替 6 脈沖整流器，可以有效降低整流裝置產(chǎn)生的諧波含量;在變頻裝置中采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，可以改善輸出電壓和電流的波形，減少諧波成分。

電網(wǎng)諧波作為影響電能質(zhì)量的重要因素，給電力系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來(lái)了諸多危害。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和非線性用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用，諧波問(wèn)題將日益突出。因此，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)諧波的研究和治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)分析諧波產(chǎn)生的原因，我們可以采取針對(duì)性的措施，如加強(qiáng)諧波管理、采用無(wú)源濾波器和有源濾波器、改善用電設(shè)備的性能等，來(lái)降低諧波對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的影響，提高電能質(zhì)量，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在未來(lái)的電力發(fā)展中，應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)諧波治理技術(shù)的研發(fā)投入，不斷探索新的治理方法和手段，以適應(yīng)日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)環(huán)境。