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摘要：当今时代，经济发展迅速，科学技术不断进步，越来越多的非线性用电设备开始在低压用户端进行使用，导致很多谐波污染的产生。基于这一现象，本文主要分析了谐波产生的来源、谐波的危害，并重点研究了谐波的治理方案，以期为治理谐波污染工作提供一定的参考。
关键词：中低压配电系统 谐波 分析 治理
引言
当前城市化进程不断加快，大型建筑拔地而起，商厦、写字楼等建筑越来越多，建筑中的计算机、空调、灯具等非线性用电设备会导致谐波污染的产生，造成了较大的危害，不利于电网绿色环境的构建，因而谐波的治理受到了社会各界的广泛关注，下面我们来做具体的探讨。
一、谐波的产生
（一）、电源质量低产生谐波
我们所用的电是由发电机产生的，发电机的三相绕组理论上应该完全一样，但是在现实中做到完全对称几乎是不能实现的，发电机中的铁心也不能保证完全均匀，这就使得电源会产生一定的谐波[1]。
（二）、配电系统产生谐波
配电系统中产生的谐波主要来源于变压器，在实际生产中，考虑到经济性，一般电力变压器铁心的磁通密 度选择在磁化曲线的饱和部分，磁化的电流为尖顶波形，铁心饱和程度越高，谐波产生的就会越多。
（三）、用电设备产生的谐波
中低压电力系统中的谐波，主要来源于用电设备，也就是说用电设备是电网谐波的最主要来源。用电设备中的谐波可能由晶闸管整流装置产生，也有可能是由变频设备产生，此外家用电器也是谐波产生的重要来源。
二、中低压配电系统谐波的危害
（一）、对配电线路的危害
电力系统的谐波对配电线路有着较大的影响，不利于其稳定运行。因为在中低压配电系统中，线路以及变压器所用的保护装置一般都是感应继电器或者是电磁继电器，这些保护装置非常敏感，受谐波的影响较明显，从而导致保护装置无法正常工作，不能保证线路在故障中稳定运行。除此之外，电力系统谐波会影响电压质量，导致电压的波形产生一定的畸变，这样的畸变会直接影响到其他用户的电力设备。
（二）、对电力设备的危害
中低压配电系统谐波容易引起谐振，导致电容器的电流或负荷过大，容易造成电容器受损，甚至导致爆炸现象。此外，谐波会使电力变压器的铜损耗大大增加，铁芯中的涡流损耗也会增大，变压器的寿命因而缩减。同时，谐波会使加大变压器的噪声，对变压器造成一定的危害[2]。除此之外，中低压配电系统中的谐波电流会使导体的交流电阻变大，对电力设备造成较大影响。
（三）、对电力测量设备的危害
当前比较常用的电力测量仪表主要是感应型的仪表，感应型仪表非常容易受谐波的影响，一旦谐波较大，感应型仪表在测量时会出现混乱，测量的精确性大大降低，甚至无法进行测量。
三、中低压配电系统谐波的治理
（一）、利用无源滤波器治理谐波
无源滤波器一种滤波电路，包括电容、电感、电阻等部分，用于消除谐波。如图1所示为RC无源滤波电路。无源滤波电路不需要额外提供电源。与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。RC滤波线路中，当信号频率趋于零时，电容的容抗趋于无穷大，故低频信号顺利通过，带负载后，带通放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。
无源滤波器种类繁多，应用广泛，对于消除谐波作用很大。无源滤波器运用的时间比较长，是传统治理谐波的重要方式，当前相关的技术已经非常成熟，此外无源滤波器的成本较低，是目前使用最广泛的谐波治理方法。但是无源滤波器还存在着以下缺陷：首先无源滤波器的谐振频率是与元件参数有关的，这就使得其只能治理主要的谐波，而一旦原件的参数发生了变化，滤波器的滤波的作用也会有很大改变，这就使得无源滤波器的功能缺乏稳定性；其次无源滤波器的特性还和电网参数息息相关，但是电网的谐波频率难免会根据工作的进行而发生较大的变化，这就使得无源滤波器的设计难度增大；再者，电网的参数和无源滤波器之间可能产生并联谐振，使得谐波被放大，导致电网的供电质量变差。
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图1 无源滤波电路图
（二）、利用有源滤波器治理谐波
上世纪六七十年代有科学家开始尝试利用磁补偿的方式来消除谐波，这是有源滤波器的开端，直到1976年，有源滤波器的概念才被提出[3]。如图2所示，为有源滤波电路图。有源滤波器的工作原理为：通过检测出谐波的频率和幅度，再发生一个幅度和谐波相同，但方向相反的谐波，去抵消原有的谐波。
有源滤波器有源电力滤波器的思路可分为两类，一种是串联有源滤波器，是给谐波电流一个等效阻值无穷大的串联网络；另一类是并联有源滤波器，是给谐波电流一个等效无穷大的并联网络。下面具体介绍几种有源滤波器的实际应用方案。
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图2有源滤波电路图
（1）并联有源电力滤波器方案
并联有源滤波器就是谐波电流发生器，这个装置能够追随负载电流的谐波分量，并且产生和它恰好相反的谐波电流，达到抵消原来的谐波电流的目的。并联有源滤波器能够补偿谐波分量。相对于无源滤波器而言，其功能更为广泛，同时有源滤波器在连接上更为简单[4]。但是，有源滤波器对电气设备的电压等级要求会更高。当谐波电流很多的时候，对有源滤波器的容量要求就比较高，但是有源滤波器很难同时具备较大的容量与较宽的频带，所以目前有源滤波器只能应用于治理电感型负荷中的谐波。
（2）串联有源电力滤波器方案
在中低压配电系统中使用串联有源滤波器也起到治理谐波的作用。单独使用串联有源电力滤波器，相当于在配电系统中加了一个电压，以此来对电源电压进行限制，实现随时监控电源电压所产生的谐波，并及时生成相反的电压，对谐波电压进行补偿与抵消，最终将交流电压修正为正常的正弦曲线。
（3）并联有源滤波器与并联无源滤波器混合方案
在并联有源滤波器与并联无源滤波器混合方案中，有源滤波器的作用还是对谐波进行补偿和抵消，无源滤波器的作用就是过滤掉绝大多数的谐波，这样就大大减轻了有源滤波器的压力，只需要有源滤波器有较小的容量即可，有效的解决了单独使用并联有源滤波器时所存在的问题。但是这种方案在实际应用时，电网和有源滤波器之间会有谐波通道，同时有源滤波器与无源滤波器之间也存在谐波通道，这就导致谐波可能又会回流到原来的配电系统中。
(4)串联有源滤波器与并联无源滤波器混合方案
这一方案既有无源滤波器的优势，又有有源滤波器的优点，能够实现较大的容量。同时，这种装置的成本也是较低的，因为较为实惠的无源滤波器可以将绝大多数的谐波滤除，有源滤波器的需求量会相对较小，大大降低了成本。
(5)有源滤波器与无源滤波器串联然后并联在电网中方案
在这种方案中，有源滤波器可以实现对电压源的控制，通过生成和配电系统中谐波相反的电压以达到抵消谐波电压的目的[5]。这一装置比较容易进行保护或者进行隔离，所以在高电压系统中应用会非常方便，其缺点就是对谐波电压过于敏感，性能会受到一定的影响。
(6)并联有源滤波器与串联无源滤波器混合方案
在这一方案中，其中一个有源滤波器的作用是隔离电源与负载，使电源所产生的谐波电压与负载谐波电流一起进入配电系统。另一有源滤波器产生谐波支路，吸收谐波电流，这种方案可以将谐波电压和谐波电流都消除。
（三）、利用主动性变流器对谐波进行治理
在利用多脉整流和准多脉整流时，一般来说随着脉数的增加，治理谐波的效果就会更好，但是在实际的生产与应用中，随着脉数增加，线路的连接就会越繁琐，所占据的空间也会更大，所需要的成本会增加，所以，在设计中选择恰当的脉数是非常重要的。
（四）、脉宽调制技术消除谐波
脉宽调制技术的电压是一种方形波，其是呈正弦规律进行变化的，它在负载上产生的电流是由很多三角形波所拟合的正弦波，这种正弦波和理想的正弦波畸变是非常小的，所以可以用来减小谐波[6]。利用脉宽调制技术就是对其输出波形进行转换的时候，使波形能够保持对称，对输出波形进行傅里叶展开，把其中谐波的幅值调整成零，以达到消除谐波的目的。
结论：综上所述，谐波的产生对电力设备、配电线路等很多方面都有着较大的危害，其治理刻不容缓。本文详细地介绍了四种治理谐波的策略，希望在实际生产中能够达到抑制谐波的作用，有效消除谐波对中低压配电系统所产生的危害，降低谐波对电力设备的损害，减少谐波所造成的能源和原料的损耗，提高中低压配电系统的工作效率，实现电力电子技术持续发展，构建绿色的电网环境。
参考文献：
[1]李绍慈. 有源滤波器在光伏并网发电系统中的应用研究[D].辽宁工业大学，2014.
[2]李宁，雷洪利，韩建定，朱喜华，魏川.改进型谐波控制方法及其功率均衡策略研究[J].电源技术，2010，34(12):1306-1309.
[3]曲波.电力系统谐波分析与抑制方法[J].中国电力教育，2009(S1):181-182+186.
[4]徐超. 特定谐波消除技术中方程组快速求解研究[D].东北电力大学，2007.
[5]周富明. 攀钢供配电系统电力谐波分析及其抑制技术研究[D].重庆大学，2003.
[6]佟为明. PWM逆变器特定消谐式谐波抑制技术的研究[D].哈尔滨工业大学，1999.