内容摘要：随着电力市场的形成和推进，电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需求，还必须满足较高电能质量的要求。电能质量问题已经受到电力部门和用户的广泛关注。电力系统谐波是电能质量几大指标中最为重要的一项指标。日益突出的谐波污染问题对电力系统的安全经济运行造成严重的危害。发达国家十分重视对电能质量谐波的监测、分析与治理，而正确估计各个电网用户在公共连接点产生的谐波水平，是监测与治理谐波污染的关键。下面对电能质量中的谐波有关问题做一个介绍。
关键字：谐波 电子 频率
在电力系统中，理想的电压和电流波形应该是工频下的正弦波。但是，实际的电压或电流波形总有不同程度的偏离正弦波，这一现象称为波形畸变。波形畸变这一现象早在上世纪20年代就己有报道，不过，却在近30几年才被世界各国电力系统技术人员所重视，其原因很明显：各种换流器件的大量使用、电力机车行驶的范围与地区越来越广、电弧炉的容量越来越大以及家用电子电器的广泛普及等等，导致了电力系统波形严重畸变。
对理想正弦波的偏离一般用谐波分量的多少来表示。“谐波”这一述语源自声学，它指的是一根弦或一个空气柱以其基波频率的倍数频率振动。对于电信号，谐波的定义则是频率为系统基波频率（即发电机产生的主要频率）整数倍的信号分量。由于谐波频率总是高于基波频率，因此谐波又称为高次谐波。在确定波形时，谐波对基波的相位关系是很重要的。在声学中，一般认为听觉不受相位关系的影响。但对于电信号却不同，谐波的状况和来源各异的同类谐波的相对相位关系都可能使总体效应发生显著的变化[9]。
众所周知 ，任何周期性非正弦波可用一个基频正弦波加上一系列其他正弦波表示，这些正弦波通常有着比基波小的幅值和为基波整数倍的频率，后者即为谐波。利用傅立叶级数可以很方便地将周期性的畸变波形分解成恒定（直流）分量、基波分量和谐波分量。这样的分解，适用于用数学的方法进行定量分析，并有以下优点[10]，
（1） 在线性网络中，每一次谐波可以认为是独立的，因而可简化问题
的讨 论 。
（2） 可以与采用现代仪器进行精确的测量协调一致。
（3） 可以方便的计算出偏离正弦波的各谐波量。
（4） 可以对不同负载下的畸变波形进行分析比较。
（5） 方便的提出对各次谐波的限制。
向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。近年来 ，电力系统谐波问题日益严重，主要原因如下[11]：
1） 电力电子设备及其高新技术的大量采用，如：换流器等大容量电力晶闸令管设备的非线性负荷大量增加，以及各种家用电器的普遍使用，从电网的各个
供电点，向电力系统注入大量谐波。
2） 为了节省原材料，铁芯设备的工作点更进入饱和区，引起谐波的增加。
3） 电弧炉用户的增多及其容量增大。
具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闸管电路供电的直流提升机、交-交变频装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路的特征谐波。造成系统正弦波形畸变、产生高次谐波的设备和负荷，称为高次谐波源或谐波源。一切非线性的设备和负荷都是谐波源。谐波源产生的谐波，与其非线性特性有关。当前，电力系统的谐波源，其非线性特性主要有以下三大类[30]：
1） 铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈
现非线性。
2） 电子开关型：主要为各种交直流换流装置（整流器、逆变器）以及双向
晶闸管可控开关设备等，在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及
家用电器中广泛使用。并正在蓬勃发展；在系统内部。则如直流输电中的整流
阀和逆变阀等。其非线性呈现交流波形的开关切合和换向特性。
3） 电弧型：各种炼钢电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏.安特性。
当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递（如变压器）、变换（如交直流换流器）、吸收（如电弧炉）系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转化为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低，损坏系统设备（如电力电容器、电缆、发动机等）。威胁电力系统的安全运行（如继电保护及自动装置误动），增加电力系统的功率损耗（如线损）等，给系统（包括受其供电的线性用户）带来危害[12]：
1） 使变压器和线路产生谐波附加损耗，引起网损增大，谐波网损还引起变压器等振动和噪声。在发生系统谐波谐振或谐波放大等情况下，谐波网损可以达到相当大的程度，同时具有造成很高的过电流或过电压而引发事故的危害性。
2） 使旋转电机转子铁芯及定子绕组增加附加损耗，引起发热并使机组产生谐振和噪声。对于同步发电机流入定子绕组的谐波电流将使转子铁芯套箍槽锲气轮发电机以及水轮发电机转子上的阻尼绕组产生局部过热而损坏，对于异步发动机，谐波电流使定子绕组产生附加铜耗形成过热，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率。
3） 使电气设各〔如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。
4） 使继电保护、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常或者不能正常动作或操作。
5） 使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量。
6） 干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。