1. 何為諧波？

在zai電dian力li係xi統tong中zhong諧xie波bo產chan生sheng的de根gen本ben原yuan因yin是shi由you於yu非fei線xian性xing負fu載zai所suo致zhi。當dang電dian流liu流liu經jing負fu載zai時shi，與yu所suo加jia的de電dian壓ya不bu呈cheng線xian性xing關guan係xi
，就jiu形xing成cheng非fei正zheng弦xian電dian流liu

，即ji電dian路lu中zhong有you諧xie波bo產chan生sheng。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、交jiao通tong及ji家jia庭ting中zhong的de應ying用yong日ri益yi廣guang泛fan，諧xie波bo所suo造zao成cheng的de危wei害hai也ye日ri趨qu嚴yan重zhong。世shi界jie各ge國guo都dou對dui諧xie波bo問wen題ti予yu以yi充chong分fen和he關guan注zhu。國guo際ji上shang召zhao開kai了le多duo次ci有you關guan諧xie波bo問wen題ti的de學xue術shu會hui議yi

，不bu少shao國guo家jia和he國guo際ji學xue術shu組zu織zhi都dou製zhi定ding了le限xian製zhi電dian力li係xi統tong諧xie波bo和he用yong電dian設she備bei諧xie波bo的de標biao準zhun和he規gui定ding。

 

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

renmenduiyougonggonglvdelijiefeichangrongyi，eryaoshenkerenshiwugonggonglvquebingbushiqingeryijude。zaizhengxiandianluzhong，wugonggonglvdegainianshiqingchude，erzaihanyouxieboshi

，zhijinshangwuhuodegongrendewugonggonglvdingyi。danshi，duiwugonggonglvzheyigainiandezhongyaoxing，duiwugongbuchangzhongyaoxingderenshi
，queshiyizhide。wugongbuchangyingbaohanduijibowugonggonglvbuchangheduixiebowugonggonglvdebuchang。

 

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
、yingguangdengdengdoushidianxingdezuganfuzai。yibudiandongjihebianyaqisuoxiaohaodewugonggonglvzaidianlixitongsuotigongdewugonggonglvzhongzhanyouhengaodebili。dianlixitongzhongdediankangqihejiakongxiandengyexiaohaoyixiewugonggonglv。zuganfuzaibixuxishouwugonggonglvcainengzhengchanggongzuo，zheshiyouqibenshendexingzhisuojuedingde。

 

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、相xiang控kong交jiao流liu功gong率lv調tiao整zheng電dian路lu和he周zhou波bo變bian流liu器qi，在zai工gong作zuo時shi基ji波bo電dian流liu滯zhi後hou於yu電dian網wang電dian壓ya

，要yao消xiao耗hao大da量liang的de無wu功gong功gong率lv。另ling外wai，這zhe些xie裝zhuang置zhi也ye會hui產chan生sheng大da量liang的de諧xie波bo電dian流liu，諧xie波bo源yuan都dou是shi要yao消xiao耗hao無wu功gong功gong率lv的de。二er極ji管guan整zheng流liu電dian路lu的de基ji波bo電dian流liu相xiang位wei和he電dian網wang電dian壓ya相xiang位wei大da致zhi相xiang同tong
，所suo以yi基ji本ben不bu消xiao耗hao基ji波bo無wu功gong功gong率lv。但dan是shi它ta也ye產chan生sheng大da量liang的de諧xie波bo電dian流liu，因yin此ci也ye消xiao耗hao一yi定ding的de無wu功gong功gong率lv。

 

近30nianlai
，dianlidianzizhuangzhideyingyongriyiguangfan
，yeshidedianlidianzizhuangzhichengweizuidadexieboyuan。zaigezhongdianlidianzizhuangzhizhong，zhengliuzhuangzhisuozhandebilizuida。muqian，changyongdezhengliudianlujihudoucaiyongjingzhaguanxiangkongzhengliudianluhuoerjiguanzhengliudianlu，qizhongyisanxiangqiaoshihedanxiangqiaoshizhengliudianluweizuiduo。daizuganfuzaidezhengliudianlusuochanshengdexiebowuranhegonglvyinshuzhihouyiweirenmensuoshuxi。zhiliucecaiyongdianronglvbodeerjiguanzhengliudianluyeshiyanchengdexiebowuranyuan。zhezhongdianlushurudianliudejibofenliangxiangweiyudianyuandianyaxiangweidatixiangtong，yinerjibogonglvyinshujiejin1。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。