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【摘 要】随着电力市场的广泛开放以及电力系统的不断发展，人们越来越多的关注电能的质量问题。由于非线性荷载在电力系统中的广泛应用，因而所产生的谐波对电网造成越来越多的污染。本文主要分析了一些谐波产生的危害以及抑制谐波的各种措施，并针对目前电力系统治理谐波所存在的问题提出了自己的合理化建议，供大家参考、学习。
【关键词】谐波；谐波抑制；谐波治理
一、谐波产生的原因
电力系统是一个密不可分的整体，我们可以分析电力系统谐波产生的原因主要有:
1、电源本身质量不高而产生谐波：由于发电机三相绕组在制作上很难达到绝缘对称，铁心也很难达到绝对平均抑制，同步发电机所产生的谐波电动势是定子和转子之间的空气隙中的磁场非正弦分布所产生的。在发电机实际的运行中，气隙磁场不是严格的正弦波，只是含有一定的谐波成分。因此，在发电机的输出电压中，其本身就存在一定的谐波，而这其中的频率和谐波电压都是发电机本身的结构和工作状态。
2、输电系统产生的谐波：现在国家电网公司大力推行特高压电网，在特高压电网系统中广泛采用交流-直流-交流输电方式，两个交流系统采用直流系统连接（比如青藏联网工程）。当两个隔离的交流系统标称频率相同（或多或少会有一个频率差），用直流互联，这个很小的频率差在直流电压下被晶闸管投切到另一端变流器所调制，会和基波频率产生频拍，引起闪变电流流通，并可能激发机械谐振。
二、谐波的危害
谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害，其危害主要有：
1、变压器各类损耗增加。谐波会造成变压器的铜耗增大，其中包括对电阻、导体中的涡流、导体外部因漏通而形成的损耗1131。铁耗也随之增加，对于带不对称负载的变压器而言，其负载电流如果含有直流分量，则会引起变压器磁路饱和，因此会使交流励磁电流的谐波分量大大增加。
2、引起换流装置非正常工作。一旦换流装置的容量比例刚刚等于电网容量比例的1/3-1/2或超过的时候，在某些时刻虽然还没达到以上数值但电网参数则会造成较低次谐波次数的谐波谐振，常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作。
3、造成通信系统的非正常工作。电力线路上流过的幅值(3、5、7、ll)较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，与相邻近电力线间的通信线路会产生干扰电压，造成通信系统的非正常工作，对通信线路中通话的清晰度，当处在谐波跟基波的共同影响之下，会触发电话铃声响起，更严重的情况下会损坏通信设备并威胁人员的安全。此外，高压直流换流站换相工程中所产生的电磁噪声会影响电力载波通信正常的工作状况，还会影响到基于载波工作的闭锁和继电保护装置的失效，从而威胁整个电网的安全。
4、加剧电力系统中主要电气元件的损害。整换流装置和电容器组是存在与电力系统中的主要的电气元件，电力系统中产生的谐波会造成电容器部分放电，这样便加速了电容器等介质的老化，缩短了电容器等介质的使用年限。由于谐波与无功补偿电容器组在某些条件的作用下会使谐振或者谐波放大，会造成电容器等介质负载超过规定范围或电压过大而损坏；常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作，严重的会损坏换相设备
三、抑制电力系统谐波的技术措施
电力系统谐波抑制措施主要有三种：
3.1受端治理措施
1、选择供电方式，改善供电环境
为了减少谐波对系统或其它设备的影响，在电网规划和设计阶段，可以将谐波源由较大容量的供電点电网供电，或由高一级电压的电网供电。保持负荷的三相平衡，减少三次谐波。对谐波源负荷可以由专门的线路进行供电，减少谐波对其它负荷的影响。如可将母线分为三段:把所有大型晶闸管整流装置、中型晶闸管整流装置及中频装置集中在一段母线上，其它不产生谐波的负荷和照明由另两段母线供电。
2、避免电容器对谐波放大
抑制电容器对谐波电流放大方法有：①改变电容器的安装位置，安装点与电源间的感抗就不同，所引发谐振的频率也不同。选择合式的安装地点，可有效避免与电源电抗相互作用而发生并联谐振。② 改变与电容器的串联电抗器，也就相当于改变了系统阻抗，可以避免谐波电流放大。③限定电容器组的投入容量，可以有效减少电容器对谐波的放大并保证电容器组的安全运行。④将电容器组的某些支路改为滤波器。
3、减少发电机谐波电动势畸变率。
在发电机制造上，可以采取如下措施来消除或减少谐波电动势：①星形连接不会出现三次或三的倍数次的各奇次谐波，因此，现代同步电机多采用星形连接。②凸极同步发电机采用适当极靴宽度和不均匀气隙长度，可使气隙磁场波形尽可能接近正弦分布，减少谐波电动势产生。③ 采用短距绕组，增加每极每相槽数，可减少谐波电动势产生。④水轮发电机等多极电机，转子励磁绕组常采用分数槽绕组，实现了极对与极对之问的分布，减少了磁势中的谐波分量。采取以上措施后，目前发电机的谐波电动势畸变率小于1％，一般可以忽略不计。
3.2主动谐波治理措施
1、增加整流装置的脉动数。
从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波 。主要在设备定货阶段和签订技术协议时对生产厂家提出要求，整流装置产生的特征谐波电流次数与脉动次数P有关，h=kP士1（k=1，2，3.……)。多脉波变流技术大功率电力电子装置常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。当脉动数增加时，整流器产生的谐波次数也增高，而谐波电流近与谐波次数成反比，因此一系列次数较低，幅值较大的谐波得到消除，谐波源产生的电流将减少。 2、改变谐波源的配置或工作方式。
具有谐波互补性的装置应集中，否则适当分散或替使用，适当限制会大量产生谐波的工作方式。
3、采用多重化技术。
将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加，消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。
3.3被动谐波治理措施
1、无源滤波器(PPF) 或称为LC滤波器[7]
为了实现滤波的效果，给电力系统提供并联低阻通路，同时兼顾无功补偿以及电压调整的需要。针对电力系统中几种特定的谐波，在平时工作中我们最常用的办法是：将电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求合理组合。最普遍的组织形式：一组或数组单调谐波组成，必要的时候会增加一组高通滤波器。虽然此种滤波器本身存在一些难以克服的缺点，但该滤波设备因内部结构简单、投入资金少、运行可靠稳定、运行成本低等特点，到目前为止，仍然是电力系统中最普遍的滤波方式。
2、有源滤波器(APF)
APF也是我们在日常电力工作中普遍采用的一种滤波器，APF达到消除谐波的原理是：检测电路从而分析电网中存在的谐波电流，之后通过控制逆变电路产生相对的补偿电流分量，并注入电网，以此达到消除谐波的目的。APF消除谐波的由以下几个环节组成：检测高次谐波电流、调节和控制器、脉宽调节的逆变器以及直流电源等。APF因其不受电力系统阻抗的影响，因而可以避免与电力系统阻抗产生谐振的危险，并能达到抑制电压闪变、补偿无功电流。APF的另一个特性是白适应功能，能够自动的跟踪补偿变化着的谐波。APF与系统的主要连接方式可以分为以下四种：1、串联型，2、并联型，3混合型，4、串并联型。
3、有源电路调节器(APLC)
APLC是指向网络中某个(几个)优选节点注入补偿电流，通过补偿电流在网络中一定范围内的流动，实现该范围内所有节点谐波电压的综合抑制。
四、 目前电力系统谐波的治理情况
4.1 电力系统谐波治理面临的问题
随着供电部门对电网清洁要求的不断提高，逐渐意识到供电系统中谐波抑制与治理的紧迫性。但是在实际工作处理中还面临以下几个问题：1）整个供电系统的谐波抑制与治理是一个系统工作，仅仅靠一个部门、一个单位来处理是无法进行的，再加上技术和产品在工程中的应用不是完全成熟，目前谐波治理只限于测试谐波数据，至于对谐波污染企业的处罚，好像没有严格的规定；2）由于电力系统的复杂性和实时性，用电负荷的性质和大小随时间的变化没有规律，从而使得背景谐波的测量不准确，做出的技术方案针对性不强，很难达到预期的效果；3）谐波的抑制与治理一次性投资比较大,所产生的直接经济效益不够明显，短期内难以对供电系统稳定和电压质量形成量化计算,加大了投资决策的难度。
4.2 电力系统谐波抑制和治理建议
既然电力系统谐波的治理不是靠某个部门、某个单位、某个技术人员个人的努力就能完成的，那么就应该从全局出发，编制合理的谐波抑制和治理措施。
新变电站投运前，在设计阶段应该充分考虑谐波所带来的影响，在新项目的论证设计阶段，就要对含有谐波源的设备严格按照技术规范和国家的有关标准对其进行评定，如果检测超标，必须及时设计抑制谐波的设备或者采取一些相应的抑制措施。在设计和设备订货阶段，签定技术协议时要充分考虑系统的谐波水平，不仅要使新设备谐波达标，而且还要对系统谐波有所治理，达到“防治结合”的目的。要求设计单位进行详细计算和规划，考虑充分的裕度，从源头上抑制谐波的产生。
公司要组织内部技术人员成立专门的技术研究组，与相关的的研究单位、设备厂商合作，采用相应的检测手段，对整个系统大用户专线或系统的母线电压在不同运行方式下进行测量，编写“供电系统谐波源和谐波污染调查分析报告”，形成专项报告。
依据批准的专项报告制订供电系统谐波抑制和治理规划。①首先，要在技术上采用低压滤波，高压补偿。对已投运的谐波源负载，在用电设备低压侧加装滤波装置；对压谐波源负载加装补偿滤波装置或无源滤波器(PPF)。对用户的设备和用电情况进行跟踪调查、分析研究用户的具体情况，统一检测、设计、采购设备和施工管理，各单位组织实施，公司主管部門做效果评价。②先分区治理谐波，后分区系统补偿。上述措施采取后的供电系统进行检测，依据检测结果分区采用抑制措施，考虑装设调谐滤波器，跟踪系统谐波变化投切滤波器（PPF、APF）；投入滤波器后对各供电子系统无功进行验算，功率因数不满足要求时装设VC或SVC。③定期检测，不断总结效果，修改规划和改进方法。确定检测点，定期检测，重计算校核，改进方案，修正滤波器参数和调整支路。
五、总结
电力系统谐波污染问题已受到越来越多的关注和研究，电网污染和环境污染一样，需要投入大量的精力和财力去解决，需要相关课题研究人员、供电部门和各大用户通力协作，从源头上进行治理。减少谐波源头污染，采取积极措施抑制电网中已有的谐波，通过先进的数学算法检测和分析谐波从而抑制谐波，并形成统一的评价整体是谐波未来的发展方向。在不久的将来，希望随着有源电力滤波器的广泛应用以及一些先进的谐波监测技术的推广，真正打造一个绿色的舟山电网，绿色的浙江电网。
【关键词】谐波；谐波抑制；谐波治理
一、谐波产生的原因
电力系统是一个密不可分的整体，我们可以分析电力系统谐波产生的原因主要有:
1、电源本身质量不高而产生谐波：由于发电机三相绕组在制作上很难达到绝缘对称，铁心也很难达到绝对平均抑制，同步发电机所产生的谐波电动势是定子和转子之间的空气隙中的磁场非正弦分布所产生的。在发电机实际的运行中，气隙磁场不是严格的正弦波，只是含有一定的谐波成分。因此，在发电机的输出电压中，其本身就存在一定的谐波，而这其中的频率和谐波电压都是发电机本身的结构和工作状态。
2、输电系统产生的谐波：现在国家电网公司大力推行特高压电网，在特高压电网系统中广泛采用交流-直流-交流输电方式，两个交流系统采用直流系统连接（比如青藏联网工程）。当两个隔离的交流系统标称频率相同（或多或少会有一个频率差），用直流互联，这个很小的频率差在直流电压下被晶闸管投切到另一端变流器所调制，会和基波频率产生频拍，引起闪变电流流通，并可能激发机械谐振。
二、谐波的危害
谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害，其危害主要有：
1、变压器各类损耗增加。谐波会造成变压器的铜耗增大，其中包括对电阻、导体中的涡流、导体外部因漏通而形成的损耗1131。铁耗也随之增加，对于带不对称负载的变压器而言，其负载电流如果含有直流分量，则会引起变压器磁路饱和，因此会使交流励磁电流的谐波分量大大增加。
2、引起换流装置非正常工作。一旦换流装置的容量比例刚刚等于电网容量比例的1/3-1/2或超过的时候，在某些时刻虽然还没达到以上数值但电网参数则会造成较低次谐波次数的谐波谐振，常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作。
3、造成通信系统的非正常工作。电力线路上流过的幅值(3、5、7、ll)较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，与相邻近电力线间的通信线路会产生干扰电压，造成通信系统的非正常工作，对通信线路中通话的清晰度，当处在谐波跟基波的共同影响之下，会触发电话铃声响起，更严重的情况下会损坏通信设备并威胁人员的安全。此外，高压直流换流站换相工程中所产生的电磁噪声会影响电力载波通信正常的工作状况，还会影响到基于载波工作的闭锁和继电保护装置的失效，从而威胁整个电网的安全。
4、加剧电力系统中主要电气元件的损害。整换流装置和电容器组是存在与电力系统中的主要的电气元件，电力系统中产生的谐波会造成电容器部分放电，这样便加速了电容器等介质的老化，缩短了电容器等介质的使用年限。由于谐波与无功补偿电容器组在某些条件的作用下会使谐振或者谐波放大，会造成电容器等介质负载超过规定范围或电压过大而损坏；常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作，严重的会损坏换相设备
三、抑制电力系统谐波的技术措施
电力系统谐波抑制措施主要有三种：
3.1受端治理措施
1、选择供电方式，改善供电环境
为了减少谐波对系统或其它设备的影响，在电网规划和设计阶段，可以将谐波源由较大容量的供電点电网供电，或由高一级电压的电网供电。保持负荷的三相平衡，减少三次谐波。对谐波源负荷可以由专门的线路进行供电，减少谐波对其它负荷的影响。如可将母线分为三段:把所有大型晶闸管整流装置、中型晶闸管整流装置及中频装置集中在一段母线上，其它不产生谐波的负荷和照明由另两段母线供电。
2、避免电容器对谐波放大
抑制电容器对谐波电流放大方法有：①改变电容器的安装位置，安装点与电源间的感抗就不同，所引发谐振的频率也不同。选择合式的安装地点，可有效避免与电源电抗相互作用而发生并联谐振。② 改变与电容器的串联电抗器，也就相当于改变了系统阻抗，可以避免谐波电流放大。③限定电容器组的投入容量，可以有效减少电容器对谐波的放大并保证电容器组的安全运行。④将电容器组的某些支路改为滤波器。
3、减少发电机谐波电动势畸变率。
在发电机制造上，可以采取如下措施来消除或减少谐波电动势：①星形连接不会出现三次或三的倍数次的各奇次谐波，因此，现代同步电机多采用星形连接。②凸极同步发电机采用适当极靴宽度和不均匀气隙长度，可使气隙磁场波形尽可能接近正弦分布，减少谐波电动势产生。③ 采用短距绕组，增加每极每相槽数，可减少谐波电动势产生。④水轮发电机等多极电机，转子励磁绕组常采用分数槽绕组，实现了极对与极对之问的分布，减少了磁势中的谐波分量。采取以上措施后，目前发电机的谐波电动势畸变率小于1％，一般可以忽略不计。
3.2主动谐波治理措施
1、增加整流装置的脉动数。
从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波 。主要在设备定货阶段和签订技术协议时对生产厂家提出要求，整流装置产生的特征谐波电流次数与脉动次数P有关，h=kP士1（k=1，2，3.……)。多脉波变流技术大功率电力电子装置常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。当脉动数增加时，整流器产生的谐波次数也增高，而谐波电流近与谐波次数成反比，因此一系列次数较低，幅值较大的谐波得到消除，谐波源产生的电流将减少。 2、改变谐波源的配置或工作方式。
具有谐波互补性的装置应集中，否则适当分散或替使用，适当限制会大量产生谐波的工作方式。
3、采用多重化技术。
将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加，消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。
3.3被动谐波治理措施
1、无源滤波器(PPF) 或称为LC滤波器[7]
为了实现滤波的效果，给电力系统提供并联低阻通路，同时兼顾无功补偿以及电压调整的需要。针对电力系统中几种特定的谐波，在平时工作中我们最常用的办法是：将电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求合理组合。最普遍的组织形式：一组或数组单调谐波组成，必要的时候会增加一组高通滤波器。虽然此种滤波器本身存在一些难以克服的缺点，但该滤波设备因内部结构简单、投入资金少、运行可靠稳定、运行成本低等特点，到目前为止，仍然是电力系统中最普遍的滤波方式。
2、有源滤波器(APF)
APF也是我们在日常电力工作中普遍采用的一种滤波器，APF达到消除谐波的原理是：检测电路从而分析电网中存在的谐波电流，之后通过控制逆变电路产生相对的补偿电流分量，并注入电网，以此达到消除谐波的目的。APF消除谐波的由以下几个环节组成：检测高次谐波电流、调节和控制器、脉宽调节的逆变器以及直流电源等。APF因其不受电力系统阻抗的影响，因而可以避免与电力系统阻抗产生谐振的危险，并能达到抑制电压闪变、补偿无功电流。APF的另一个特性是白适应功能，能够自动的跟踪补偿变化着的谐波。APF与系统的主要连接方式可以分为以下四种：1、串联型，2、并联型，3混合型，4、串并联型。
3、有源电路调节器(APLC)
APLC是指向网络中某个(几个)优选节点注入补偿电流，通过补偿电流在网络中一定范围内的流动，实现该范围内所有节点谐波电压的综合抑制。
四、 目前电力系统谐波的治理情况
4.1 电力系统谐波治理面临的问题
随着供电部门对电网清洁要求的不断提高，逐渐意识到供电系统中谐波抑制与治理的紧迫性。但是在实际工作处理中还面临以下几个问题：1）整个供电系统的谐波抑制与治理是一个系统工作，仅仅靠一个部门、一个单位来处理是无法进行的，再加上技术和产品在工程中的应用不是完全成熟，目前谐波治理只限于测试谐波数据，至于对谐波污染企业的处罚，好像没有严格的规定；2）由于电力系统的复杂性和实时性，用电负荷的性质和大小随时间的变化没有规律，从而使得背景谐波的测量不准确，做出的技术方案针对性不强，很难达到预期的效果；3）谐波的抑制与治理一次性投资比较大,所产生的直接经济效益不够明显，短期内难以对供电系统稳定和电压质量形成量化计算,加大了投资决策的难度。
4.2 电力系统谐波抑制和治理建议
既然电力系统谐波的治理不是靠某个部门、某个单位、某个技术人员个人的努力就能完成的，那么就应该从全局出发，编制合理的谐波抑制和治理措施。
新变电站投运前，在设计阶段应该充分考虑谐波所带来的影响，在新项目的论证设计阶段，就要对含有谐波源的设备严格按照技术规范和国家的有关标准对其进行评定，如果检测超标，必须及时设计抑制谐波的设备或者采取一些相应的抑制措施。在设计和设备订货阶段，签定技术协议时要充分考虑系统的谐波水平，不仅要使新设备谐波达标，而且还要对系统谐波有所治理，达到“防治结合”的目的。要求设计单位进行详细计算和规划，考虑充分的裕度，从源头上抑制谐波的产生。
公司要组织内部技术人员成立专门的技术研究组，与相关的的研究单位、设备厂商合作，采用相应的检测手段，对整个系统大用户专线或系统的母线电压在不同运行方式下进行测量，编写“供电系统谐波源和谐波污染调查分析报告”，形成专项报告。
依据批准的专项报告制订供电系统谐波抑制和治理规划。①首先，要在技术上采用低压滤波，高压补偿。对已投运的谐波源负载，在用电设备低压侧加装滤波装置；对压谐波源负载加装补偿滤波装置或无源滤波器(PPF)。对用户的设备和用电情况进行跟踪调查、分析研究用户的具体情况，统一检测、设计、采购设备和施工管理，各单位组织实施，公司主管部門做效果评价。②先分区治理谐波，后分区系统补偿。上述措施采取后的供电系统进行检测，依据检测结果分区采用抑制措施，考虑装设调谐滤波器，跟踪系统谐波变化投切滤波器（PPF、APF）；投入滤波器后对各供电子系统无功进行验算，功率因数不满足要求时装设VC或SVC。③定期检测，不断总结效果，修改规划和改进方法。确定检测点，定期检测，重计算校核，改进方案，修正滤波器参数和调整支路。
五、总结
电力系统谐波污染问题已受到越来越多的关注和研究，电网污染和环境污染一样，需要投入大量的精力和财力去解决，需要相关课题研究人员、供电部门和各大用户通力协作，从源头上进行治理。减少谐波源头污染，采取积极措施抑制电网中已有的谐波，通过先进的数学算法检测和分析谐波从而抑制谐波，并形成统一的评价整体是谐波未来的发展方向。在不久的将来，希望随着有源电力滤波器的广泛应用以及一些先进的谐波监测技术的推广，真正打造一个绿色的舟山电网，绿色的浙江电网。