谐波及无源滤波与有源滤波

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本文介绍了谐波源及类型，谐波的危害，阐述了谐波治理及无源滤波与有源滤波的区别。

谐波源及类型。如果正弦交流电压加在设备上，产生的电流却不是正弦交流电流，这样的设备就称为非线性阻抗设备，简称非线性设备。不是正弦波形的交流电就含有谐波成分，所以非线性设备也称为谐波源。工业电网中主要的谐波源有三种类型：三相桥式整流回路在每一相的正负波形上都会产生波形变化，一个周期里就有六个非正弦的波形，所以称为六脉波设备。六脉波设备的谐波很有规律，会产生六的倍数加减1次数的谐波，即5、7、11、13、17、19……次谐波，而且随着谐波次数升高谐波幅值会逐渐降低，所以通常只需要处理5、7、11、13次谐波。这类设备包括有三相桥式整流器的所有设备、比如直流驱动器、变频器、软启动器，UPS电源等等，是目前工业用电设备中最常见的一类谐波源。

类似工业电弧炉这样的设备工作时，电流波形变化很频繁，会分解出次数和幅值不断变化的谐波。

非线性的单相设备，比如带有单相整流环节的电子仪器等等，因为三相不对称原因会在零线上形成3次零序谐波。

谐波对电力系统和各种电气设备的危害

谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振，使谐波电流放大几倍甚至几十倍，造成过电流，引起电容器、与电容器相连的电抗器和电阻器的损坏，甚至引起严重事故。

谐波会导致继电保护和自动装置的误动作、熔丝非正常熔断，同时也会导致电气测量仪表计量不准确。造成变压器、电动机等机械振动，噪声、温升显著增加，绝缘寿命缩短。引起设备和线路额外发热，增加损耗、加速绝缘老化、降低使用寿命。能延缓电弧熄灭，造成事故扩大。谐波导致三相四线系统中的中线电流显著增加，引发系统故障甚至事故。

谐波通过电磁感应和传导耦合等方式会对邻近的通信系统产生干扰，轻者引进噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。谐波会引起生产设备运行不稳定，造成产品不合格率上升，降低企业效益。

谐波影响各种电气设备的正常工作。据统计，由于谐波而破坏的电气设备中，并联电容器约占70%，其中串联电抗器约占30%。谐波电流使电力系统中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电、用电的使用效率。

谐波治理及无源滤波与有源滤波的区别

目前谐波治理的技术主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。

无源滤波技术是目前应用最为广泛的谐波抑制手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，采用电感、电容的调谐原理，将谐波陷落在滤波器中，以减少对电网的注入。无源滤波装置结构简单，成本较低，技术已比较成熟，但是也存在着难以克服的缺陷：滤波特性受系统参数的影响较大，极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振；只能消除特定的几次谐波，而对其他的某次谐波则会产生放大作用；滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调；谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载，甚至损坏设备。

有效材料消耗多，体积大。有源滤波技术作为一种新型的谐波治理方法，是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具，与无源滤波技术相比，有着无可比拟的优势，主要表现在以下几个方面。

实现了动态补偿，可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度；有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化，规模化生产；当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐振的危险，同时能抑制串并联谐振；补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大；用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流，既可以对一个谐波和无功源进行单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿。

当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开，装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率，不但减小了有源滤波器的总容量，还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象。

随着电网中非线性负荷及谐波源种类及数量的增加，其产生的谐波也越来越严重，急需治理。低成本的无源滤波技术是目前普遍采用的治理谐波的方法，此方法简单，但存在一定的缺陷。有源滤波技术可以对频率和幅度都变化的谐波进行治理，但也存在初期投资大、运行效率低的缺点，为此，可以将有源滤波技术和无源滤波技术结合起来使用，既可以使有源滤波器降低，又可弥补无源滤波器的缺陷，是一个很好的发展方向。