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供电系统中谐波的产生及其对策
随着电子技术的发展和普及，电力负载的类型和工作方式日益复杂，其中许多设备产生的电流或电压具有非正弦波形，这些非正弦波信号就是谐波信号。谐波信号对电力系统和电力设备带来了许多负面影响，如降低系统效率，损坏电力设备等。因此，正确理解谐波的产生及对策，对于维护电力系统的稳定运行和保障电力负载安全非常重要。
本文将从谐波的基本概念入手，探讨谐波的产生原因及其对电力系统及电力设备的影响，并总结常见的谐波治理方法，为读者提供系统、全面的谐波知识体系。
一、谐波的基本概念
谐波是指正弦波频率的整数倍波形，它们产生在电力系统中，从电力负载中反馈回电力系统，对电力负载及电力系统运行带来了一系列问题。
在电力系统中，谐波的产生源头主要是各类非线性负载设备的工作。这些设备的电流非正弦波形，在网络中反馈时会产生谐波。此外，电力系统在传输、配电和使用过程中也会产生谐波。
谐波按照其次数，可以分为基波（一次谐波）、二次谐波、三次谐波等。其中基波是电力系统运行中的主要基准信号，一般是正弦波，其频率为50Hz。
二、谐波的产生原因
谐波的产生源头主要是非线性负载设备。这些设备的输出电流或电压包含有大量非正弦波分量，即具有各种次级谐波的变形波。在电能传输网络中，非正弦波的电流会反馈到电源，从而影响其他电源的正常工作。这些变形波称为谐波，它们的频率是基波频率的整数倍。
电力系统中源头谐波的主要产生设备有以下几类：
1.电弧炉、电子器件、变频器和大功率放电设备等非线性负载。
2.直流电力设备：如变流器、电子整流器等。
3.非对称运行的三相负载。
4.水泵、风扇、压缩机等模拟“阀门”行为的负载。
三、谐波对电力系统及其设备的影响
1.电能质量下降：谐波会导致电压波形失真，电流波形不规则，造成全球的电能质量下降。特别是基波、三次谐波和五次谐波会对系统造成更大的影响。
2.温升过高：谐波还会引起电气设备内部温度升高，进而影响设备寿命。因为谐波变化频率快，产生的磁感应强度也很大，容易引起铁芯和线圈的高温，损坏设备。
3.故障率升高：电力系统中的谐波还容易导致电流过载、电源电流失平衡等问题，从而导致设备故障率升高，给电力系统的安全稳定运行带来了压力。
4.相位偏移：谐波会引起相位差和角度偏移，进而使电力设备和电力系统的性能受到影响，容易造成系统失稳。
四、谐波治理方法
1.设计合理的电力网络
电力网络的设计是谐波治理的核心。在电力网络设计时，应尽量避免在主线路和支线路中相邻的非线性负载设备。
2.采用净电容补偿器
净电容补偿器是目前谐波治理中广泛使用的一种。在谐波工作条件下，净电容补偿器可以抵消非线性设备产生的负载谐波，起到一定缓解谐波的效果。净电容补偿器应使用合适的谐波滤波器，以确保过滤掉各级谐波。
3.使用谐波隔离变压器
谐波隔离变压器是一种新型的变压器，它可以提供一定的隔离效果，同时过滤掉主要的谐波。
4.安装滤波器
滤波器是一种针对某一特定谐波的固定频率滤波器。滤波器的选择要考虑到谐波的类型和频率，同时考虑到滤波器和传输线路之间的匹配性。
五、结论
随着电子科技的迅速发展，谐波的产生已经成为电力系统运行中的一个普遍问题，给电力系统的稳定运行和电力设备的保护带来了一定的挑战。为了有效地控制谐波问题，人们需要不断完善治理方法，使其达到更加有效和高效的结果。在今后的电力系统设计和运行中，必须要更加注重谐波治理，为减少谐波对电力系统带来的影响做出努力。