电网谐波知识科普

电网谐波指的是电力系统中含有非基频(或基波)的周期性相位和幅度变化的电信号。在交流电力系统中，电压和电流信号以正弦形式变化，并且电压和电流信号的频率相等，称为基波信号，其频率一般为50Hz或60Hz。然而由于各种非线性负载的存在，会产生比基波频率高的谐波电流、电压信号，它们与基波信号叠加在一起，形成了电网谐波。

谐波波形通常不像正弦波形式规则，产生谐波的负载通常是电子装置和强磁性负载等非线性负载，如计算机、UPS等。谐波波形会扭曲和削弱电力系统的基波电压和电流波形，对电力系统的安全稳定运行和高效节能造成负面影响。同时，谐波也可能对其它的电子设备造成干扰或甚至破坏。因此，在电力工程中需要采取相应的措施，以降低或消除谐波的影响。

为了减小电网谐波的影响，常用的方法包括添加谐波滤波器、优化负载组织、使用低谐波负载等，这些措施可以有效地减少谐波水平，确保电力系统的安全稳定运行。

电网谐波的工作原理

电网谐波是由于电力负载的不对称性、非线性或是运行的稳态和暂态变化而产生的高次频率成分。这些谐波可能会影响电力系统的稳定性和安全性，因此需要对其进行控制和消除。

电网谐波控制是通过谐波滤波器来实现的。谐波滤波器是一种专门用来滤除谐波的设备，它可以选择性地通过或阻挡谐波信号。谐波滤波器可以分为有源滤波器和无源滤波器。

有源滤波器通过添加外加电源来产生与谐波信号大小相等但相位相反的有源信号，从而抵消或减小电网中的谐波成分。无源滤波器则利用谐波滤波器的谐振原理，在滤波器内部产生一个较强的谐振，从而将谐波电流从电网中分离出来，通过滤波器的输出端口排除。

不管是有源滤波器还是无源滤波器，都需要对谐波信号进行采样和控制，以便使谐波滤波器输出的电流与电网中的谐波电流相反，从而实现谐波的消除和控制。谐波滤波器的工作原理可以使电网谐波降低到安全的水平，从而保证电力系统的稳定性和可靠性。

电网谐波的主要特点

电网谐波可以通过非线性元件，如电弧炉、电动机等设备将无功电流转换成为有用的功率，因此在工业化生产过程中广泛应用。电网谐波的主要特点如下：

1. 波形失真：谐波电流与电压之间的相位差会导致波形失真，使正弦波的形状发生变化，出现多个振荡周期。

2. 频率变化：谐波电流频率通常是电网基本频率的整数倍，如3次谐波频率为50Hz的3倍即150Hz，而5次谐波频率为50Hz的5倍即250Hz。不同的谐波频率会导致不同的干扰结果。

3. 能量损失：谐波电流会增加设备的损耗和能源消耗，特别是在非线性元件中。

4. 热效应：电网谐波电流可以导致电缆、绝缘材料、变压器等设备的温度上升，从而导致设备故障和寿命缩短。

5. 相间不平衡：电网谐波电流会导致电压的相间不平衡，从而影响到电网的稳定性和可靠性。

总之，电网谐波的主要特点包括波形失真、频率变化、能量损失、热效应和相间不平衡等，了解这些特点的同时，也需要认识到电网谐波的危害和应对措施，以保障电网的稳定运行，为人们提供更加安全便捷的用电环境。

电网谐波的来源

电网谐波是指在交流电网中存在的频率为电网基波频率的整数倍的不同波形。电网谐波的来源主要有以下几个方面：

1. 非线性负载：当负载中存在非线性元件如电子闸门电路、电子器快开关、振荡电路等，会产生非线性电流，这样的电流含有大量高次谐波分量，这些谐波分量被输送到电网中就会导致电网的谐波污染。

2. 大型电气设备：对于大型电气设备而言，如电磁炉、弧炉、钢铁轧机、电动机等都可能会产生谐波电流。

3. 放电及开关：有些元件的加工和制造中涉及到放电和开关的行为，如雷击、放电气体等，这些行为都容易产生电网的谐波污染。

当电网谐波的含量超过一定比例的时候，会对电力系统的稳定性和可靠性带来威胁，甚至会对电气设备造成损坏，因此，在电力系统设计和运行过程中必须加强对电网谐波的监测和控制。

电网谐波的危害

电网谐波是指电力系统中频率为正弦波基准波的倍数的谐波电压或电流。它们是与基本电力频率不同的低频波动，主要由不同类型的负载引起。电网谐波的危害主要有以下几点:

1. 设备损坏: 谐波会导致电气设备和系统发生过热、噪音增加、振动加剧、绝缘降低等问题，长期下去会导致电气设备的老化和损坏。

2. 能源损失: 谐波会造成電磁能量的损失，使能量有一定的损失，浪费了电网应该有效利用的电能。

3. 减少稳定性: 谐波会导致电力系统在运行时的稳定性下降，可能导致系统的崩溃或短路故障。

4. 影响电力质量: 谐波对于电力系统中的各种负荷和设备产生的干扰可能会导致电力质量下降，给生产和生活带来一定的困扰。

总之，电网谐波对电力系统的危害是非常明显的，严重的谐波问题可能导致电力系统的稳定性损害，设备损坏和电力质量下降。为了避免这种危害，需要采取措施，如技术改进和谐波滤波器的使用，以控制电网谐波的生成和传播，确保电网的安全和可靠运行。

电网谐波的抑制方法

以下是一些常用的电网谐波抑制方法：

1. 谐波滤波器：使用谐波滤波器可以削弱或者消除电网中的谐波，包括有源和无源谐波滤波器，可以根据实际需求进行选择;

2. 变压器设计优化：提高变压器的绕组电容，减少谐波干扰;

3. 旁路电抗器：在电路中引入旁路电抗器(电感或电容)，来削弱谐波、平滑电压波形;

4. 负载控制：通过控制非线性负载的数量及其运行状态，尽量减少非线性力电器的谐波污染;

5. 线路调整：谐波传导的路径、长度和环境都会对谐波扩散产生影响，可以对线路进行调整和优化;

6. 暂态电容：通过在电路中加入暂态电容，提高电路的暂态抗扰能力，减少谐波干扰;

7. 使用变频器：针对谐波问题严重的场合，可以使用变频器驱动电机等设备，减少电网谐波产生。

需要根据实际情况综合选择不同的抑制方法，维护电网质量，确保电力系统的安全和稳定性。