电力系统中的谐波问题分析

　　是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。开关模式电源(SMPS)、调速电机及驱动、复印机、个人电脑、激光打印机、传真机、电池充电器以及UPS等都属于非线性负载。单相非线性负载在现代办公大楼中较为常见，而三相非线性负载则普遍存在于工厂和工业车间里。

　　多数配电系统上的大部分非线性电力负载来自SMPS设备。比如，所有计算机系统使用SMPS把市电交流电压转换为供内部电子设备使用的稳定低压直流电。这些非线性电源会产生高振幅短脉冲电流，造成电流和电压波形严重失真——失真，一般按总失真(THD)衡量。该失真向后传播回到电源系统，将影响连接在同一电源上的其他设备。

　　多数可以容忍一定程度的谐波电流，但当谐波在总负载中所占比例较为明显时就会出现。随着这些频率较高的电流流经，它们会造成通信错误、过热和硬件受损，比如：

　　配电设备、电缆、变压器、备用发电机等过热

　　谐波阻抗造成的高电压和环流

　　发热并浪费电能的高中性线电

　　因电压失真严重导致设备故障

　　增大了连接设备中的内部能耗，造成元器件失效并缩短使用寿命

　　支路断路器伪跳闸

　　计量错误

　　配线和配电系统失火

　　发电机失效

　　高振幅系数及有关

　　降低系统功率因数，导致可用功率减小(kW对kVA)和每月电费处罚

　　谐波技术概览

　　谐波是频率达基频整数倍的电流或电压。如果基频为60Hz，那么第2谐波为120 Hz，第3谐波为180 Hz等(见图1)。当谐波频率占主导时，配电盘和变压器会与高频谐波产生的磁场形成机械共振。发生这种情况时，配电盘或变压器会振动并针对不同谐波频率发出蜂鸣声。第3到第25谐波频率是配电系统中最为常见的频率范围。

　　图1 电流波形的谐波失真