### 谐波基础知识详述
#### 谐波的定义与特征
谐波，源自希腊语“harmonia”，意指音乐中的和谐，但在电力系统中，它却指的是不和谐的声音。当电网中的电压或电流波形偏离理想的正弦波形态时，表明存在频率高于基频（通常为50Hz）的电压或电流成分。这些频率高于基频的成分，被称为谐波。谐波的频率是基频的整数倍，如二次谐波频率为100Hz，三次谐波则为150Hz。
#### 谐波的产生原因
在理想情况下，供电系统的电流和电压都呈现正弦波形式，但现实中的供电系统包含非线性负荷，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就会产生非正弦电流，进而形成谐波。发电机和变压器本身就可能产生少量谐波，而现代电力系统中广泛使用的非线性负荷，如变频器、开关电源、电弧炉等，以及并联电容器的广泛应用，加剧了谐波的产生，导致电网污染日益严重。
#### 谐波对电网的影响
谐波电流在电源系统中及其装置内均可引发一系列问题，包括电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热以及断路器的误动作等。这些问题不仅影响电力系统的稳定性和安全性，还可能导致电力设备损坏，增加维护成本，降低电力系统的效率。
1. **电压畸变**：由于电源系统内阻抗的存在，谐波负荷电流会在电缆的阻抗上产生畸变的电压降，进而影响同一电路中其他负荷的正常工作。解决方法之一是将产生谐波的负荷与对谐波敏感的负荷的供电线路隔离，避免畸变电压的传导。
2. **过零噪声**：高次谐波和瞬态过电压会导致电子控制器在检测电压过零点时出现误动作，影响设备的正常运行。解决方案在于提高设备的抗干扰能力，优化控制策略。
3. **中性线过热**：在中性点直接接地的三相四线制供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和，可能导致中性线过载和过热。解决这一问题的常用方法是增大中性线的导线截面积，确保其能承受额外的电流负荷。
4. **变压器过热**：Yyn接线方式的变压器在面对3N次谐波电流时，不仅会在中性线上形成额外的电流，还会导致变压器过热，增加电能损耗。采用Dyn接线的变压器可以有效防止谐波电流流入电网，减少对变压器的影响。
5. **断路器误动作**：剩余电流断路器(RCCB)可能会因谐波电流的干扰而误动作，这不仅影响电力供应的稳定性，还可能引发不必要的经济损失。采用能检测电流均方根值的断路器，并结合真实的均方根值测量技术，可以有效避免这种情况的发生。
#### 结论
谐波对电力系统的负面影响不容忽视，其治理和预防成为电力工程领域的重要课题。通过了解谐波的产生机制，掌握其对电力系统的影响，采取合理的预防和控制措施，可以显著提升电力系统的运行效率和安全性，为现代社会的持续发展提供坚实的电力保障。
