### 电力系统中谐波的产生原因及其防治措施
#### 谐波的基本概念
谐波是指电力系统中出现的一种频率为基波频率整数倍的正弦波分量。通常，电力系统的基波频率为50Hz或60Hz，而谐波频率则为这些基波频率的整数倍，例如100Hz、150Hz等。
#### 谐波产生的主要原因
谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。当非线性设备如整流器、变流器、PWM变频器等受到正弦基波电压的作用时，它们吸收的电流波形会发生畸变，这种畸变电流就是谐波电流。此外，含有电弧和铁磁非线性的设备也会产生谐波，例如日光灯、交流电弧炉、变压器等。
#### 防治措施
1. **增加整流器的脉动数**
整流器是电力系统中主要的谐波源之一。通过增加整流器的脉动数（即脉冲数量），可以显著降低注入电网的谐波电流。这是因为整流器的特征谐波频率随脉动数的增加而增加，从而导致谐波电流的幅度下降。
2. **脉宽调制法（PWM）**
PWM是一种通过调整输出电压脉冲宽度来实现抑制谐波的技术。在所需频率周期内，PWM可以将直流电压转换成一系列等幅不等宽的交流电压脉冲，有效降低了输出波形中的谐波成分。
3. **三相整流变压器的接线方式**
通过改变三相整流变压器的接线方式，如采用Y/Δ或Δ/Y接线，可以有效消除3的倍数次谐波。这是一种基本但有效的谐波抑制方法。
4. **在谐波源处吸收谐波电流**
这种方法是对已经存在的谐波进行直接抑制，是目前电力系统中最常用的谐波抑制方法之一。
- **无源滤波器**
无源滤波器由电感L、电容C和电阻R组成，当LC谐振频率与某一特定次谐波频率匹配时，该滤波器可以阻止该次谐波进入电网。尽管这种方法成本较低且易于维护，但存在一定的局限性，如受系统参数影响较大、可能存在谐波放大风险等。
- **有源滤波器（APF）**
有源滤波器通过可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，从而实现谐波的实时补偿。与无源滤波器相比，APF具有更高的可控性和响应速度，可以同时抑制多种类型的谐波，并能有效改善电能质量。
5. **防止并联电容器组对谐波的放大**
在电网中使用并联电容器组来改善功率因数和调节电压。为了避免电容器组对谐波产生放大作用，可以通过串联电抗器或者将某些电容器支路改为滤波器来解决这一问题。
6. **加装静止无功补偿装置**
对于快速变化的谐波源（如电弧炉、电力机车等），并联安装静止无功补偿装置不仅可以减少波动的谐波量，还可以抑制电压波动、电压闪变以及三相不平衡现象。
7. **改善供电环境**
通过选择合适的供电电压并保持三相电压平衡，可以有效减少谐波对电网的影响。对于大型谐波源负荷，考虑由专门的线路供电，有助于集中处理和消除高次谐波。
电力系统中的谐波问题不仅影响电力设备的正常运行，还会降低电能质量。通过对谐波源的合理管理和采用先进的谐波抑制技术，可以有效地控制和减轻谐波对电力系统的影响。随着电力电子技术的发展，新型的谐波抑制技术如有源滤波器的应用将会更加广泛，为提高电能质量和电力系统的稳定运行提供强有力的支持。
