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摘要：各种非线性负荷应用的普及使电网谐波污染日益严重，谐波的产生严重影响了配电系统的稳定，本文研究了配电系统谐波抑制治理。
关键词：配电系统；谐波；抑制；治理
前言：
随着电力系统的迅速发展，电能质量和谐波治理问题已成为国内外广泛关注的课题，配电系统谐波抑制和治理势在必行。
1、产生谐波的电气设备
1.1电视机
家用电器中对电网谐波影响最大的电器是电视机群。现代电视机采用半导体二极管全波整流，并利用晶闸管在电源电压峰值时触发，所以电视机的电流都是脉冲形，接于同一电源的电视机群的电流脉冲基本上同时发生。其主要谐波电流几乎是同相位的叠加，所以谐波影响很大。欧美等国曾报道过电视机谐波严重污染配电网电压质量的情况。虽然电冰箱、洗衣机其谐波电流比电视机要小，但它们必定参与夜晚出现的电视机高峰。
1.2空调机电气设备
空调机电气设备功率较大，每台功率在500W以上。相关试验结果表明，空调机谐波电流的大小随着工作状态的变化而变化，制热状态下，电流畸变率在22%-34%区间；制冷状态下，电流畸变率在20%-27%区间；只开风扇未制热制冷状态下，电流畸变率在6%-9%区间，以2-17次谐波为主。可见，无论是制热还是制冷工作状态下，电流畸变率都不是很小，甚至有可能较大。
1.3电冰箱
家用电冰箱的功率和电视机差不多，谐波电流含有率比电视机的小得多，但电冰箱谐波参与夜晚出现的家电谐波高峰，主要是3次、5次、7次谐波，其中含有率3次谐波为10%-13%，5次谐波为3%-5%，7次谐波为5%-2．0%，7次谐波以上小于0.8%。
1.4电池充电器等
电池充电器容量随充电时电池的容量和个数而定。随着未来电力汽车的使用，可能成为产生谐波的主要家用电器。电池充电器作为供电系统的负载，还应计及变压器的励磁电流。充电器的励磁电流在负载电流中占比将远大于电力变压器的占比。
1.5荧光灯
不同的荧光灯谐波电流含有率存在较大差异。以往普通的长管荧光灯为主要的照明灯具，但现在照明灯具越来越多样性，多采用紧凑型灯具，在满足人们需求的同时造成谐波污染的多样性。其中电子镇流器脉冲型各奇次含有率达15%-18%，特别是3次谐波高达70%-80%，3次谐波含有率较高的绕线式镇流器，一般可达8%-10%。谐波次数越高，含有率则越低；高频时各次谐波含有率相对较低，一般可达3%-15%。
1.6计算机等电气设备
一般计算机电气设备谐波电流、电压及用电负荷的非线性用电主要来自显示器。由于家用计算机和商场计算机的应用普及以及计算机电气设备的谐波含有率相对比较高，电视机的谐波电流和计算机的谐波电流相位重合的可能性大大增加，导致计算机等电气设备的谐波效应迅速增加，因此计算机等电气设备的谐波危害显而易见。
2、电力系统谐波的危害
2.1部分供电线路的损耗
由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随频率增加而提高，造成电能的损失和浪费；谐波电流可能造成线路过载过热，损害导体绝缘，同时高频谐波可能造成集肤效应，降低电缆的载流能力。
2.2对电力电容器的影响
电力电容器对谐波较为敏感，容抗与频率成反比，故在高次谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，使谐波电流波形畸变的作用远大于使谐波电压波形畸变的作用。在发生谐波的情况下，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，注入并联电容器后产生谐波损耗，在被放大的情况下产生过电压而导致局部放电，使电容器产生噪声、发热、击穿等危害。
2.3影响变压器正常工作
在高次谐波电压的作用下，变压器将产生集肤效应和近距离效应，在绕组中增加铜消耗，增加铁耗。此外，在多个零序电流中，有3的倍数的谐波将会产生一个在连接绕组上的循环电流，这可能会导致绕组电流超过额定值。对于非对称负载的变压器，如果负载电流包含直流分量，则会导致变压器磁路的饱和，从而大大增加交流励磁电流的谐波分量。
2.4影响电子电气设备
谐波电流会使电子电气设备出现较大的误差，甚至引起电子电气设备的失灵。谐波电流及谐波电压一般通过磁感应、电容耦合、电感应及电气传导等方式影响通讯及通信设备，尤其对低频信号影响更大。如变流器等电气设备在换相时注入的高压脉冲含有较高的谐波频率，甚至可以达到1MHz，这些谐波频率影响通信设备、通信线路的正常工作，导致通信系统处于瘫痪的状态。
2.5影响电子通信设备
谐波电流和谐波电压影响通信和通信设备，一般通过磁感应、电容耦合、电感应和电传导等途径，会对低频信号产生较大的影响。例如，高电压脉冲在换相器和其他电气设备注入含有较高的谐波频率，这些谐波会影响通信设备和通信线路的正常运行，甚至造成通信系统的瘫痪。
3、谐波的抑制治理措施
3.1选择合理的供配电系统，改进电气系统设计，并宜按相应原则配置。非线性负荷靠近电源端；将非线性负荷与线性负荷的供电电源隔离，由不同母线段供电。为抑制贵重设备或功能重要设备（如大型计算机系统、医疗建筑中的核磁共振机、CT机、X光机加速器治疗机、整流装置、变频设备、等谐波源）宜采用专用配电回路或专用变压器供电。改善三相不平衡度，将不对称负荷合理分配到各相或分散接到不同的供电点上。谐波含量较高且功率较大的低压用电设备的配电回路应采用专路供电。对谐波源进行合理配置，宜将具有互补作用的谐波源设备接在同一段母线上。
3.2工程设计中采用无功功率补偿电容器组串联电抗器的方案抑制谐波，在无功功率补偿回路中串联非调谐滤波电抗器抑制谐波时，为避免电力电容器组对系统谐波的放大，LC串联支路的谐振频率应低于系统中可能产生谐波放大的最低次谐波的频率。对谐波有抑制作用的滤波器成套装置和普通的低压电容补偿成套装置都能够达到要求，其关键是区分负载的性质以及产生的谐波含量的大小。低压配电设计中，常用5%及12%左右电抗器，其中5%左右电抗器主要抑制非线性三相负载及其他非线性单相负载等设备中产生的5次及以上的谐波，12%左右电抗器主要抑制单相负载等设备中产生的3次及以上的谐波。综合大楼设计时，常采用空调、动力、照明等设备分开设置变压器的方式，如水泵、空调、电梯等设备建议采用5%左右电抗器，照明等设备采用12%左右电抗器。如果配电系统中谐波含量很大，则需采用专用的滤波装置。
3.3当谐波电压超过连接点处的限值，谐波源的自然功率因数较高（如核磁共振机、变频调速器等电气设备），非线性负荷的谐波电流较大，谐波波频较宽（如大功率电气设备）时，谐波按下列原则进行治理：①采用专用配电回路或专用变压器供电。②当非线性负荷容量占配电变压器容量的比例较大，设备的自然功率因数较高时，应在变压器低压配电母线侧集中装设有源电力滤波器。③当配电变压器仅为少数重要的非线性设备提供电源时，宜采取就地装设有源电力滤波器或者选用具备抑制谐波功能的设备对每台产生谐波源的电气设备进行抑制及治理。
3.4对于频谱特性大、复杂、自然功率因数低、负载稳定、谐波含量高的3次、5次和7次倍数的谐波源，抑制谐波源可采用有源和无源滤波器共同完成。滤波器的设计必须有来自电网系统内部的准确信息和数据，首先要认真搜集配电网及负载的有关参数，通常包括：电网的额定电压"运行电压的大小和变化范围。有源电力滤波器可以跟踪谐波的幅值和频率，补偿特性不受电网阻抗和运行状态的影响，不存在谐波放大的危险。无源电力滤波器由滤波电容、电阻和电抗器组成，其包括三种基本形式：并行滤波、串联滤波和低通滤波。并联滤波器与谐波源并联，不仅具有滤波效果，还具有无功补偿功能，串联滤波器主要适用于3次谐波，低通滤波主要适用于高次谐波。该方法的主要缺点是：补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，可以补偿谐波的固定频率，容易并联谐振系统，导致谐波放大，造成无源滤波器过载甚至烧毁。
4、结语
综上所述，谐波治理是一个长期综合性的过程，只有有效减少谐波带来的危害，才能确保电气设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1]熊杰锋，李群.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统自动化，2013
[2]刘伟.谐波抑制对无功补偿的分析[J].电器与能效管理技术，2016