1.2谐波的基本概念和危害

1.2.1谐波的基本概念

在电力系统中，交流侧的电网电压总是以正弦波的形式加入到负载两侧，经负载作用后，仍希望得到正弦的电压波形，可以表示为：

f为电压频率；T为电压周期[2]。当正弦形式的电网电压施加在线性元件上时，由此产生的负载电流仍为同频率的正弦波。但当正弦形式的电压施加在非线性的负载上时，电流的波形会失真，变成非正弦波。对于一个非正弦信号u(t)，假设它的周期为T，那么可分解为如下形式的傅里叶级数，即对式子（1.2）和（1.3）进行傅里叶级数变换，可以分解出一系列的频率分量。若频率与给定的工频相同，则该频率称为基波频率，若频率是基波频率的n倍（n为大于1的整数）则该频率称为谐波分量，n则为谐波的次数。

定义n次谐波电压含有率以HRUn表示为

1.2.2谐波的危害

谐波在当今的电力系统中普遍存在，严重影响了电能的传输利用效率。在谐波的作用下，原本正弦形式的波形会发生改变，成为失真电压和电流。对于某些敏感型的负载来说，长时间的失真电压会引起用电设备的局部发热，最终烧毁用电设备，给系统带来隐患，引发严重后果。谐波的危害有很多，可以大致分为以下几个方面：

（1）谐波使得电网中的一些用电设备产生了额外的功率损耗，以及在电流传输过程中，在线路电阻上的发热损耗。若系统中存在大量的3次谐波时，这时候负载电流流过中性点时，线路会严重过热，可能还会引起火灾等一系列的事故。

（2）谐波使得一些元件间产生谐振，使得谐波放大。

（3）谐波电流会使得控制电路中的某些自动装置设备和继电保护装置的误动作，使得测量数据发生偏差，影响实验结果。

（4）在电子设备的正常通信过程中，若出现谐波，则会干扰这些设备使之无法正常使用，在某些信号的频率范围内，谐波的频带和电子设备的频带有了一定的重叠性，使得电子设备的信号难以检测，在严重的情况下，甚至会使信号丢失[3]。

（5）谐波除了使电压波形失真，影响用电设备正常的运行外，对人体的健康也会造成一定的损害。

1.3谐波的抑制方法

无源滤波在过去的很长一段时间内，占据着极为重要的地位。即在谐波源的附近设置无源滤波器，将谐波未注入系统之前将其吸收。它主要是由电阻、电抗和电容构成，具有原理构造简单，使用方便，设备的成本较低等特点，因此在传统的滤波方法中得以广泛应用。然而这种无源滤波器内部的参数是根据谐波源的类型提前设定好的，因此这种无源滤波只能对某些特定的谐波进行抑制，有很大的局限性，而且容易在电力系统内部与某些元器件之间发生串联谐振，增强谐波电流。

另一种方法是运用有源电力滤波器，当电力系统的谐波电流在不断发生变化，滤波器逆变器侧输出的补偿电流也在实时跟踪控制，及时改变，使之与谐波电流大小相等，方向相反，且响应速度及时，动态的补偿性能好，不会受到电网阻抗的影响从而影响谐波的抑制[4]。在谐波分量和无功功率的补偿方面，有源电力滤波器也能满足其需求。当有源电力滤波器进行系统的无功功率补偿时，无源滤波需要另外添加储能元件，而有源滤波则省去了这一环节。有源电力滤波器能够对无功功率进行连续不间断的调节。