浅析谐波产生的原因\影响及抑制措施
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摘要：随着高科技的飞速发展，各种新型用电设备也不断地问世
和使用，致使产生的高次谐波越来越多。而电力系统受到谐波影
响后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系
统的安全运行。本文主要对谐波的产生与危害进行分析，并对店
关键词：谐波；产生原因；影响；抑制措施
中图分类号：TH132文献标识码：A
一、谐波的概念
谐波是指对周期流分量进行傅立叶级数分解，得到的频
率为基波频率大于1整数倍的分量。通俗地说谐波是一个周期电
气量的正弦分量，其频率为基波频率的整数倍。
二、谐波的产生
（一）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电
力变流设备（整换流装置、变频器）、相控调速和调压装置，大
容量的电力晶闸管可控开关设备、电力机车、家用电器等，它们
大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等共矿企业以及各式各
样的家用电器中。
（二）具有铁磁饱和特性设备，如变压器、电抗器等；变压
器中的谐波电流是由励磁回路的非线性引起的，正常情况下，所
加电压为额定电压，铁芯工作在线性范围内，谐波电流含量不大，
但在轻载时电压升高，铁芯工作在饱和区，此时谐波电流就会大
大增加。在变压器正常工作过程中，如果有暂态扰动、负载剧烈
变化都会产生大量谐波。
三、谐波的危害
一般来讲，具有非线性特性或者对电流进行周期性开闭的电
气设备对容量相对较大的电力系统影响不很明显，而对容量小的
系统，谐波产生的干扰就不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，
对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围
的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波污染对电力系
统的危害严重性主要表现在：
(一）对供电线路的影响
谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。由于集肤效应和邻近
效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中
性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波电
流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚
至发生火灾。
（二)对电气设备的影响
1、对电力变压器的影响
谐波电流通过变压器时，变压器的铁芯损耗明显增加，变压
器会出现过热，运行效率降低，变压器的寿命将会缩短。除此之
外，谐波还会导致变压器噪声增大。
2、对电力电容器的影响
电力系统存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电
容器的电流增加得更大，使电容器损耗增加。如果谐波含量较高，
超出电容器允许条件，使电容器异常发热，在电场和温度的作用
下，引起电容器过负荷甚至爆炸。
3、对同步电动机或异步电动机运行的影响
高次谐波旋转磁场产生的涡流，使旋转电机的铁损增加，使
同步电动机的阻尼线圈过热，高次谐波电流还将引起振动力矩，
使电机转速发生周期性变化，增加了损耗和缩短了电机的绝缘寿
命。谐波还会引起变压器外壳的钢片和某些附属零件局部严重过
热。
4、对继电保护和自动装置的影响
在工矿企业的电力系统中，电力线路与电力变压器一般采用
电磁式继电器、感应式继电器予以检测保护，使得在故障情况下
保证线路与设备的安全。谐波常会引起继电保护以及自动装置的
误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，容易引起系统
故障或使系统故障扩大。
（三）谐波引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使
谐波放大，这就使上述危害大大增加，甚至引起严重事故。
四、电力系统抑制谐波的措施
为了把谐波对电力系统的干扰（污染）限制在系统可以接受
的范围内，我国和国际上分别颁布了《电力系统谐波管理暂行规
定》和。IEC标准。，明确了各种谐波源产生谐波的极限值。
（一)加装串联电抗器
电力部门和用户均应校核接入电网的电力电容器组是否会
发生有害的并联谐振、串联谐振和谐波放大，防止电力设备因谐
波过电流或过电压而损坏。为此，电力部门和用户所安装的电力
电容器组，应根据实际存在的谐波情况，采取加装串联电抗器等
措施。
(二）改善供电环境，选择合理的供电方式
将谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，可
以减少谐波对系统或其他设备的影响，这些必须在电网规划和设
计时考虑，保持负荷的三相平衡，有助于减少3次谐波，对谐波
源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其他负荷的影响，有助于
集中抑制和消除谐波。
（三)增加整流相数
由谐波产生的机理知，随着整流相数的增加，网侧电流谐波
成分减少，电流波形接近于正弦波。在晶闸管三相桥式整流电路
中，电流只含有n次奇次谐波，但高次谐波的振幅值只有基波振
幅值的1/n，这说明谐波次数越高，其振幅值越小。
(四）设置滤波回路吸收谐波
当前，除传统的LR，LC滤波器还在应用以外，抑制谐波的
重要趋势已发展为采用有源电力滤波器，它串联或并联于主电路
中，实时对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次
谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流目的，从而
使电网电流只含有基波电流。它与无源滤波器相比，具有高度可
控性和快速响应性，且可消除与系统阻抗发生谐振危险，但存在
容量大，价格高的特点。
对于工作性质是节能的(同时有调节作用)大容量的电动机，
如浓缩池底流泵，为了改善电机的运行工况，降低发热量，不影
响周围电子设备，应考虑在负荷侧单独串联加装电抗器，和在电
源侧加装隔离变压器。对于工作电流较大(基本运行在额定容量
下)的电动机如上仓皮带，为了减少电机的发热量、降低运行电
流，使电气元件的运行可靠度提高(空开、断路器)，应单独串联
加装电抗器和滤波器。对于类似给煤机变频器、过滤机主轴电机
变频器这样的小容量、多台安装的变频装置，单独增加滤波设备
显然投入太大，且现有空间有限，则应考虑在低压侧母线上直接
安装有源滤波器。另外，对交流器负载单独供电以及提高电源电
压等级，可以降低谐波对其他设备的影响程度，但需校验注入电
网的谐波是否超过允许值。
五、谐波的检测技术
（一）基于FPGA的谐波检测法
该系统由电压电流互感器、A/D采样单元、FFT运算处理单
元、锁相环同步采样控制单元等组成。系统使用FPGA内部的NIOS
软核嵌人式处理器作为主控器，控制16位高速A/D采样及数据
输出显示等功能。该系统可并行地对6路工频输入信号进行FFT
运算处理。A/D采样单元使用16位高速A/D采样芯片实现对6
路信号同时扫描采样功能，并利用锁相环实现同步采样。
（二）FFT和小波变换结合的谐波检测法
1、用FFT系数傅里叶变换的幅值来分离谐波的算法
如果信号中同时存在几个频率相近的整数次和非整数次谐
波，利用现有的傅里叶变换和连续小波变换（CWT）方法都不能
给出较为满意的分析结果，甚至连谐波的个数都无法判断。利用
连续小波变换系数傅里叶变换的幅值来分离谐波的算法，通过仿
真，验证了该算法能够把频率相近的整数次和非整数次谐波进行
分离，检测结果基本能够反映实际的谐波情况，从而提高了谐波
检测的精度。
2、FFT和连续小波变换算法相结合
该算法可以同时对谐波、谐波和信号闪变进行测量。对电源
电路中大容量的非线性装置的间歇运转造成电压和电流波形的
谐波畸变和闪变有很好的检测效果。
六、结束语
本文通过对谐波的概念、产生原因、危害及抑制措施的分析
可知，在电力系统中谐波会带来很大的危害，我们要通过合理、
有效的方法和措施,来抑制谐波,以此来提高电网的供电质量。
参考文献
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