在電力系統(tǒng)中，諧波是指頻率為基波整數(shù)倍的交流分量。在配電網中，非線性負載如電力電子設備（如開關電源、UPS等）、電弧爐、電動機等是主要的諧波源。這些設備在工作時，會向電網注入諧波電流，導致電網電壓波形畸變，對配電系統(tǒng)造成不良影響。

二、諧波對配電網的影響

1. 設備過熱：諧波電流在導體中會產生額外的熱損耗，導致設備過熱，縮短使用壽命。

2. 損耗增加：諧波電流在傳輸線路中會產生額外的線損，導致能源浪費。

3. 保護裝置誤動：諧波電流可能導致繼電保護裝置誤動，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4. 測量誤差：諧波電流可能導致電能計量裝置測量誤差，影響電力系統(tǒng)的經濟運行。

三、諧波分析及治理的方法

1. 諧波分析：通過電力監(jiān)測設備對配電網中的諧波電流進行實時監(jiān)測和分析，了解諧波的種類、幅度和頻率分布情況。

2. 無源濾波器：利用LC濾波器濾除特定頻率的諧波電流，降低諧波電壓。

3. 有源濾波器：通過PWM（脈沖寬度調制）等技術，產生與諧波電流相反的電流，抵消諧波電流，改善電壓波形。

4. 優(yōu)化用電設備：選用具有低諧波電流特性的用電設備，從源頭上減少諧波的產生。

5. 合理規(guī)劃配電網：通過合理規(guī)劃配電網的結構和布局，減少諧波電流在配電網中的傳播和影響。

四、實際應用案例

某鋼鐵企業(yè)在生產過程中大量使用電弧爐、電動機等設備，導致配電網中存在嚴重的諧波污染。通過對配電網進行諧波分析及治理，采取無源濾波器和有源濾波器相結合的方式，有效地降低了諧波電壓，提高了電壓質量，減少了設備過熱和能源浪費等問題，取得了良好的經濟效益和社會效益。

五、諧波治理措施的分析與比較

根據(jù)技術原理的不同，諧波治理的解決方案有多種，應用有源電力濾波器進行諧波治理，因其動態(tài)濾波能力，濾波效果等優(yōu)勢，被越來越廣泛地應用，是諧波治理的技術發(fā)展方向。下面對不同的諧波治理技術做簡要的分析和比較。

5.1 傳統(tǒng)的諧波治理方式

（1） 變大供電容量。這是一種原始的方法，當諧波問題影響到電力系統(tǒng)時，就變大供電系統(tǒng)的容量。例如: 變大變壓器或發(fā)電機容量，以求系統(tǒng)能夠忍受諧波帶來的種種問題；當諧波 問題出現(xiàn)在電纜傳輸過程中，就變大電纜的橫截面，以減少集膚效應的影響。無疑地，這是一種既昂貴又消極的辦法，昂貴就貴在了每變大1KVA 的供電能力，就要支付大約 1000元~1200元人民幣的投資，要變大幾百KVA，其價格就要增加幾拾萬元人民幣；消極方面是說這種辦法根本沒有解決諧波的客觀存在，僅僅是把諧波的影響降低到盡可能小的程度，一旦負載容量變大，諧波問題又會再次涌現(xiàn)出來。

（2）采用特殊的變壓器變換。例如采用?/Yno 的方法可以治理三次和3n次諧波對電網的注入；采用?/Y+?/?移相式變壓器可治理整流器中的5次、7次諧波；采用K-13特殊變壓器還可以同時治理 3~17次諧波對電網的注入。這種方式的一次性投資都比較大，而且由于特殊變壓器串聯(lián)在電網與負載之間，形成了附加阻抗，降低了電網的實際帶載能力；當負載發(fā)生較大增容時也受到了一定的限制，其結果會使剩余次諧波所產生的電壓失真度也變大了。

（3） 雙橋或多橋式整流器。工業(yè)生產中可控硅整流器是一種常見的變流設備，三相全控橋式整流又是應用普通的設備，然而也是諧波含量較高的設備，在一些有色金屬冶煉中，為了減少諧波對電網的影響，往往采用 12 脈沖整流器，甚至 24 脈沖整流器，雖然諧波電流得以治理，但一次性投資仍然很大，并且由于采用的功率電路復雜，設備的可靠性相對降低，對工業(yè)生產是有消極作用的。

（4） 無源濾波器。這是應用較廣泛的諧波治理手段。它是按照希望治理的諧波次數(shù)專門量身定造的，采用電感電容的調諧原理，將高次諧波陷落在濾波器中，以減少對電網的注入。但 是這種濾波器對于負載諧波頻譜發(fā)生變化時，就顯得軟弱無力了。在采用發(fā)電機組供電的場合，這種濾波器的啟動電流又很大，呈容性負載，往往使發(fā)電機組難以承受；如果是多臺濾波器 并聯(lián)使用或補償?shù)臒o功功率與負載的需求不一致，還可能造成供電系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象。

（5）串聯(lián)電抗器。串聯(lián)電抗器對平滑諧波電流具有一定的作用，并且電路簡單，制造成本低，往往應用在整流器之前，例如：變頻調速器，調光器等。但由于其阻抗較高，損耗較大，因此其治理諧波的作用受到限制。通常只能使電流失真度（THDI）降低50%左右。

5.2 傳統(tǒng)的諧波治理方式的特點

傳統(tǒng)的諧波治理方式雖然能在一定程度上解決了諧波對電網注入的問題，但普遍存在著效果不理想的情況，主要表現(xiàn)在:

（1）諧波頻譜的適應范圍較小，大多是針對某一次或某幾次諧波進行治理，如果負載是一個寬頻譜或頻譜發(fā)生變化時，就很難獲得理想的效果。

（2）適應負載特性的能力較差，如果負載是一個頻繁變化的特性，或是負載系統(tǒng)是由眾多的不同特性的設備群組成的，則上述這些治理方式均受到局限。

（3）效率低也是上述治理方式的局限性, 不論是串聯(lián)電抗器還是變壓器變換或者是低通濾波，這些功率器件本身都存 在著阻抗，會產生一定的附加損耗，其結果不是設備方面的效率降低（大約 2~3%），就是供電系統(tǒng)的帶載能力降低。

（4）治理的效果仍然不夠理想，作為衡量治理效果的指標就是總諧波電流失真度的衰減率（THDI Attenuation Ratio），通常對某一次或某幾次諧波可能有 5~8 倍的衰減，而對總諧波失真度一般僅能達到 2~3 倍。

（5）過載能力較差，使負載電流變大受到約束。

（6）基波頻率不能改變，例如：50Hz變?yōu)?0Hz。

（7）系統(tǒng)阻抗變化時有共振的危險。

（8）整體尺寸、重量、造價都是不可忽略的因素。

5.3 有源電力濾波器

與無源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控性和快速響應性，能補償各次諧波，可治理閃變、補償無功，有一機多能的特點；在性價比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化的諧波。

六、安科瑞諧波治理產品選型

6.1安科瑞ANAPF系列有源電力濾波器介紹

有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

圖6-1

6.2安科瑞有源電力濾波器選型

立柜式

備注：具體尺寸按報價方案為準。

模塊化

七、配電網諧波治理的對策

既然諧波存在多方面的危害，采取必要的手段，避免或補償已產生的諧波，就顯得尤為重要?？蓺w納以下治理措施：

（1）加強標準和相應規(guī)范的宣傳貫徹。IEC 6100 以及國標GB/T14549-1993，對于諧波定義、測量等進行了宣傳，明確諧波治理是一項互惠互利、節(jié)能增效，是保證電網和設備安全穩(wěn) 定運行的舉措。

（2）主管部門對所轄電網進行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產生的原因，為諧波治理準備充分的原始材料；在諧波產生起伏較大的地方，可設置長期觀察點，收集可靠的數(shù)據(jù)。對電力用戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求；對于供電部門而言，可以評估電力用戶的用電設備是否產生了超標的諧波污染。

（3）針對諧波的產生和傳播的特點，采取相應的隔離、補償和減小措施。在配電網中，主要存在的是三次諧波污染，可以在諧波檢測的基礎上，通過適當加裝濾波設備來減小諧波注入電網。對于各種電氣設備的設計者，在設計初始，就要考慮其設備的諧波污染度，將諧波限在標準允許的范圍內。

（4）加強管理，多方出資，共同治理。諧波的治理，需要大量的投資，不能僅僅靠供電部門，要調動電力供需環(huán)節(jié)中的各個方面，在分清諧波來源基礎上，走共同治理之路。

八、結論

諧波分析及治理在配電網中的應用對于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經濟性具有重要意義。通過采取相應的技術和措施，可以有效地降低諧波電流對配電網的影響，提高電力系統(tǒng)的運行效率和質量。未來，隨著新能源和智能電網的發(fā)展，諧波分析及治理技術將發(fā)揮更加重要的作用。