1. 何為諧波
？

zaidianlixitongzhongxiebochanshengdegenbenyuanyinshiyouyufeixianxingfuzaisuozhi。dangdianliuliujingfuzaishi，yusuojiadedianyabuchengxianxingguanxi，jiuxingchengfeizhengxiandianliu，jidianluzhongyouxiebochansheng。諧波頻率是基波頻率的整倍數，根據法國數學家傅立葉(M．Fourier)fenxiyuanlizhengming，renhezhongfudeboxingdoukeyifenjieweihanyoujibopinlvheyixilieweijibobeishudexiebodezhengxianbofenliang。xieboshizhengxianbo，meigexiebodoujuyoubutongdepinlv，fuduyuxiangjiao。xiebokeyiqufenweiouciyuqicixing，di3、5、7次編號的為奇次諧波，而2、4、6、8等為偶次諧波
，如基波為50Hz時
，2次諧波為100Hz，3次諧波則是150Hz。

 

 

一(yi)般(ban)來(lai)講(jiang)，奇(qi)次(ci)諧(xie)波(bo)引(yin)起(qi)的(de)危(wei)害(hai)比(bi)偶(ou)次(ci)諧(xie)波(bo)更(geng)多(duo)更(geng)大(da)。在(zai)平(ping)衡(heng)的(de)三(san)相(xiang)係(xi)統(tong)中(zhong)，由(you)於(yu)對(dui)稱(cheng)關(guan)係(xi)，偶(ou)次(ci)諧(xie)波(bo)已(yi)經(jing)被(bei)消(xiao)除(chu)了(le)，隻(zhi)有(you)奇(qi)次(ci)諧(xie)波(bo)存(cun)在(zai)。對(dui)於(yu)三(san)相(xiang)整(zheng)流(liu)負(fu)載(zai)，出(chu)現(xian)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)是(shi)6n±1次諧波

，例如5、7、11、13、17、19等，變頻器主要產生5、7次諧波。

 

“諧波”一詞起源於聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅裏葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力係統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由於使用靜止汞弧變流器而造成了電壓
、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。

 

到了50年代和60年代，由於高壓直流輸電技術的發展，發表了有關變流器引起電力係統諧波問題的大量論文。70年代以來，由於電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力係統、工業、jiaotongjijiatingzhongdeyingyongriyiguangfan，xiebosuozaochengdeweihaiyeriquyanzhong。shijiegeguodouduixiebowentiyuyichongfenheguanzhu。guojishangzhaokaileduociyouguanxiebowentidexueshuhuiyi
，bushaoguojiaheguojixueshuzuzhidouzhidinglexianzhidianlixitongxieboheyongdianshebeixiebodebiaozhunheguiding。

 

2. 諧波抑製

為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波汙染問題
，基本思路有兩條：一條是裝設諧波補償裝置來補償諧波
，這對各種諧波源都是適用的

；另一條是對電力電子裝置本身進行改造，使其不產生諧波，且功率因數可控製為1

，這當然隻適用於作為主要諧波源的電力電子裝置。

 

裝設諧波補償裝置的傳統方法就是采用LC調tiao諧xie濾lv波bo器qi。這zhe種zhong方fang法fa既ji可ke補bu償chang諧xie波bo，又you可ke補bu償chang無wu功gong功gong率lv，而er且qie結jie構gou簡jian單dan
，一yi直zhi被bei廣guang泛fan使shi用yong。這zhe種zhong方fang法fa的de主zhu要yao缺que點dian是shi補bu償chang特te性xing受shou電dian網wang阻zu抗kang和he運yun行xing狀zhuang態tai影ying響xiang
，易yi和he係xi統tong發fa生sheng並bing聯lian諧xie振zhen，導dao致zhi諧xie波bo放fang大da
，使shiLC濾波器過載甚至燒毀。此外，它隻能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。

 

3. 無功補償

人ren們men對dui有you功gong功gong率lv的de理li解jie非fei常chang容rong易yi，而er要yao深shen刻ke認ren識shi無wu功gong功gong率lv卻que並bing不bu是shi輕qing而er易yi舉ju的de。在zai正zheng弦xian電dian路lu中zhong，無wu功gong功gong率lv的de概gai念nian是shi清qing楚chu的de
，而er在zai含han有you諧xie波bo時shi，至zhi今jin尚shang無wu獲huo得de公gong認ren的de無wu功gong功gong率lv定ding義yi。但dan是shi，對dui無wu功gong功gong率lv這zhe一yi概gai念nian的de重zhong要yao性xing

，對dui無wu功gong補bu償chang重zhong要yao性xing的de認ren識shi，卻que是shi一yi致zhi的de。無wu功gong補bu償chang應ying包bao含han對dui基ji波bo無wu功gong功gong率lv補bu償chang和he對dui諧xie波bo無wu功gong功gong率lv的de補bu償chang。

 

無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)對(dui)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)和(he)負(fu)荷(he)的(de)運(yun)行(xing)都(dou)是(shi)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)。電(dian)力(li)係(xi)統(tong)網(wang)絡(luo)元(yuan)件(jian)的(de)阻(zu)抗(kang)主(zhu)要(yao)是(shi)電(dian)感(gan)性(xing)的(de)。因(yin)此(ci)，粗(cu)略(lve)地(di)說(shuo)，為(wei)了(le)輸(shu)送(song)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)，就(jiu)要(yao)求(qiu)送(song)電(dian)端(duan)和(he)受(shou)電(dian)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)有(you)一(yi)相(xiang)位(wei)差(cha)，這(zhe)在(zai)相(xiang)當(dang)寬(kuan)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)；而(er)為(wei)了(le)輸(shu)送(song)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)，則(ze)要(yao)求(qiu)兩(liang)端(duan)電(dian)壓(ya)有(you)一(yi)幅(fu)值(zhi)差(cha)
，這(zhe)隻(zhi)能(neng)在(zai)很(hen)窄(zhai)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)實(shi)現(xian)。不(bu)僅(jin)大(da)多(duo)數(shu)網(wang)絡(luo)元(yuan)件(jian)消(xiao)耗(hao)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)，大(da)多(duo)數(shu)負(fu)載(zai)也(ye)需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)。網(wang)絡(luo)元(yuan)件(jian)和(he)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)必(bi)須(xu)從(cong)網(wang)絡(luo)中(zhong)某(mou)個(ge)地(di)方(fang)獲(huo)得(de)。顯(xian)然(ran)，這(zhe)些(xie)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)如(ru)果(guo)都(dou)要(yao)由(you)發(fa)電(dian)機(ji)提(ti)供(gong)並(bing)經(jing)過(guo)長(chang)距(ju)離(li)傳(chuan)送(song)是(shi)不(bu)合(he)理(li)的(de)
，通(tong)常(chang)也(ye)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)。合(he)理(li)的(de)方(fang)法(fa)應(ying)是(shi)在(zai)需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)的(de)地(di)方(fang)產(chan)生(sheng)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)，這(zhe)就(jiu)是(shi)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)。

 

無功補償的作用主要有以下幾點：

（1）提高供用電係統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。

（2）穩wen定ding受shou電dian端duan及ji電dian網wang的de電dian壓ya，提ti高gao供gong電dian質zhi量liang。在zai長chang距ju離li輸shu電dian線xian中zhong合he適shi的de地di點dian設she置zhi動dong態tai無wu功gong補bu償chang裝zhuang置zhi還hai可ke以yi改gai善shan輸shu電dian係xi統tong的de穩wen定ding性xing，提ti高gao輸shu電dian能neng力li。

（3）在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合
，通過適當的無功襝可以平衡三相的有功及無功負載。

 

諧波和無功功率的產生

 

在工業和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒(ying)光(guang)燈(deng)等(deng)都(dou)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)阻(zu)感(gan)負(fu)載(zai)。異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)所(suo)消(xiao)耗(hao)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)在(zai)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)中(zhong)占(zhan)有(you)很(hen)高(gao)的(de)比(bi)例(li)。電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)抗(kang)器(qi)和(he)架(jia)空(kong)線(xian)等(deng)也(ye)消(xiao)耗(hao)一(yi)些(xie)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)。阻(zu)感(gan)負(fu)載(zai)必(bi)須(xu)吸(xi)收(shou)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)才(cai)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，這(zhe)是(shi)由(you)其(qi)本(ben)身(shen)的(de)性(xing)質(zhi)所(suo)決(jue)定(ding)的(de)。

 

電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率

，特別是各種相控裝置。如相控整流器、xiangkongjiaoliugonglvtiaozhengdianluhezhoubobianliuqi
，zaigongzuoshijibodianliuzhihouyudianwangdianya，yaoxiaohaodaliangdewugonggonglv。lingwai
，zhexiezhuangzhiyehuichanshengdaliangdexiebodianliu，xieboyuandoushiyaoxiaohaowugonggonglvde。erjiguanzhengliudianludejibodianliuxiangweihedianwangdianyaxiangweidazhixiangtong，suoyijibenbuxiaohaojibowugonggonglv。danshitayechanshengdaliangdexiebodianliu
，yinciyexiaohaoyidingdewugonggonglv。

 

近30年nian來lai，電dian力li電dian子zi裝zhuang置zhi的de應ying用yong日ri益yi廣guang泛fan
，也ye使shi得de電dian力li電dian子zi裝zhuang置zhi成cheng為wei最zui大da的de諧xie波bo源yuan。在zai各ge種zhong電dian力li電dian子zi裝zhuang置zhi中zhong
，整zheng流liu裝zhuang置zhi所suo占zhan的de比bi例li最zui大da。目mu前qian，常chang用yong的de整zheng流liu電dian路lu幾ji乎hu都dou采cai用yong晶jing閘zha管guan相xiang控kong整zheng流liu電dian路lu或huo二er極ji管guan整zheng流liu電dian路lu，其qi中zhong以yi三san相xiang橋qiao式shi和he單dan相xiang橋qiao式shi整zheng流liu電dian路lu為wei最zui多duo。帶dai阻zu感gan負fu載zai的de整zheng流liu電dian路lu所suo產chan生sheng的de諧xie波bo汙wu染ran和he功gong率lv因yin數shu滯zhi後hou已yi為wei人ren們men所suo熟shu悉xi。直zhi流liu側ce采cai用yong電dian容rong濾lv波bo的de二er極ji管guan整zheng流liu電dian路lu也ye是shi嚴yan懲cheng的de諧xie波bo汙wu染ran源yuan。這zhe種zhong電dian路lu輸shu入ru電dian流liu的de基ji波bo分fen量liang相xiang位wei與yu電dian源yuan電dian壓ya相xiang位wei大da體ti相xiang同tong，因yin而er基ji波bo功gong率lv因yin數shu接jie近jin1。但(dan)其(qi)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)的(de)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)卻(que)很(hen)大(da)
，給(gei)電(dian)網(wang)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)汙(wu)染(ran)
，也(ye)使(shi)得(de)總(zong)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)很(hen)低(di)。另(ling)外(wai)，采(cai)用(yong)相(xiang)控(kong)方(fang)式(shi)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)力(li)調(tiao)整(zheng)電(dian)路(lu)及(ji)周(zhou)波(bo)變(bian)流(liu)器(qi)等(deng)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)也(ye)會(hui)在(zai)輸(shu)入(ru)側(ce)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)。

 

三、無功功率的影響和諧波的危害

 

1.無功功率的影響

（1）無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發電機
、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時
，電力用戶的起動及控製設備

、測量儀表的尺寸和規格也要加大。

（2）無功功率的增加，使總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加
，這是顯而易見的。

（3）使線路及變壓器的電壓降增大，如果是衝擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。

 

2.諧波的危害

理(li)想(xiang)的(de)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)壓(ya)應(ying)該(gai)是(shi)單(dan)一(yi)而(er)固(gu)定(ding)的(de)頻(pin)率(lv)以(yi)及(ji)規(gui)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)幅(fu)值(zhi)。諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)和(he)諧(xie)波(bo)電(dian)壓(ya)的(de)出(chu)現(xian)
，對(dui)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)是(shi)一(yi)種(zhong)汙(wu)染(ran)，它(ta)使(shi)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)所(suo)處(chu)的(de)環(huan)境(jing)惡(e)化(hua)，也(ye)對(dui)周(zhou)圍(wei)的(de)能(neng)耐(nai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)以(yi)前(qian)，人(ren)們(men)對(dui)諧(xie)波(bo)及(ji)其(qi)危(wei)害(hai)就(jiu)進(jin)行(xing)過(guo)一(yi)些(xie)研(yan)究(jiu)，並(bing)有(you)一(yi)定(ding)認(ren)識(shi)，但(dan)那(na)時(shi)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)還(hai)沒(mei)有(you)引(yin)起(qi)足(zu)夠(gou)的(de)重(zhong)視(shi)。近(jin)三(san)四(si)十(shi)年(nian)來(lai)，各(ge)種(zhong)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)使(shi)得(de)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)日(ri)趨(qu)嚴(yan)重(zhong)，由(you)諧(xie)波(bo)引(yin)起(qi)的(de)各(ge)種(zhong)故(gu)障(zhang)和(he)事(shi)故(gu)也(ye)不(bu)斷(duan)發(fa)生(sheng)，諧(xie)波(bo)危(wei)害(hai)的(de)嚴(yan)重(zhong)性(xing)才(cai)引(yin)起(qi)人(ren)們(men)高(gao)度(du)的(de)關(guan)注(zhu)。諧(xie)波(bo)對(dui)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)和(he)其(qi)他(ta)係(xi)統(tong)的(de)危(wei)害(hai)大(da)致(zhi)有(you)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)。

（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電
、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。

（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

（3）諧波會引起公用電網中局部的並聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，並會使電氣測量儀表計量不準確。

（5）諧波會對鄰近的通信係統產生幹擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致住處丟失，使通信係統無法正常工作。