隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展, 供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)裁, 特別是以開關(guān)方式工作的靜止變流器, 從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業(yè)交、直流變換裝置都有著廣泛的應(yīng)用, 它是一種非線性時(shí)變拓?fù)湄?fù)荷, 不可避免地會(huì)產(chǎn)生非正弦波形, 向電網(wǎng)注人諧波, 已成為電網(wǎng)中的“公害”。供電系統(tǒng)中還有電弧爐、電焊機(jī)、變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等其他非線性負(fù)載,都會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生不同頻率和幅值的諧波,甚至像電視機(jī)、 熒光燈、電池充電器等裝置也會(huì)產(chǎn)生諧波, 雖然單個(gè)裝置的容量不大,但由于數(shù)量很多, 因此它們給供電系統(tǒng)注入的諧波分量也不容忽視。

諧波不僅會(huì)消耗系統(tǒng)的無功功率儲(chǔ)備,其危害還主要表現(xiàn)在以下兒個(gè)方面:

(1)電力電容器引起的諧波放大。由于電容器的容抗與頻率成反比,困此在諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多, 從而使諧波電流的波形畸變比諧波電壓的波形時(shí)變大得多, 即使電壓中諧波所占的比例不大, 也會(huì)產(chǎn)生顯著的諧波電流。特別是在發(fā)生諧振的情況下, 很小的諧波電壓就可引起很大的諧波電流, 從而導(dǎo)致電容器因過流而損壞。

(2)增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗。諧波電壓或電流會(huì)在電機(jī)的定子繞組、 轉(zhuǎn)子回路以及定子和轉(zhuǎn)子鐵心中引起附加損耗。由于渦流和集膚效應(yīng)的關(guān)系, 定子和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的這些時(shí)加損耗要比直流電阻引起的損耗大。另外, 諧波電流還會(huì)增大電機(jī)的噪聲和產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

(3)增加輸電線的損耗, 縮短輸電線壽命。諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波壓降, 另一方面增加了輸電線路上的電流有效值, 從而引起附加輸電損耗。在電纜輸電的情況下, 諧波電圧以正比于其幅值電壓的形式增強(qiáng)了介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度, 這會(huì)影響電纜的使用考命。據(jù)有關(guān)資料介紹,諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約60%。

(4) 增加變壓器的損耗。變壓器在高次諧波電壓的作用下,將產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),在繞組中引起附加銅耗,同時(shí)也使鐵耗相應(yīng)增加。另外, 3的倍數(shù)次零序電流會(huì)在三角形接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流, 這一額外的環(huán)流可能會(huì)使繞組電流超過額定值。對(duì)于帶不對(duì)稱負(fù)載的變壓器來說, 如果負(fù)載電流中含有直流分量, 會(huì)引起變壓器的磁路飽和, 從而大大增加交流勵(lì)磁電流的諧波分量。

(5)造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作紊亂。諧波能夠改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性,這與繼電器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和原理有關(guān)。當(dāng)有諧波畸變時(shí), 依靠來樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。諧波對(duì)過電流、欠電壓、距離、頻率等繼電器均會(huì)起拒動(dòng)和誤動(dòng)的影響,保護(hù)裝置失靈和動(dòng)作不穩(wěn)定。零序三次諧波電流過大,可能引起接地保護(hù)誤動(dòng)作。

(6)引起電力測(cè)量的誤差。測(cè)量使表是在純正弦波情況下進(jìn)行校驗(yàn)的,如果供電的波形發(fā)生畸變, 儀表側(cè)容易產(chǎn)生誤差。比如, 感應(yīng)式電能表對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)以外的頻率的響應(yīng)不靈敏,頻率越高,誤差越大,而且為負(fù)誤差,當(dāng)頻率約為1000Hz時(shí),電能表將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

(7) 干擾通信系統(tǒng)。供電系統(tǒng)中的靜止變流器在換相期問電流波形發(fā)生急劇變化, 該換相電流會(huì)在正常供電電壓中注人一個(gè)脈沖電壓, 該脈沖電壓所包含的措波頻率較高, 甚至達(dá)到lMHz,因而會(huì)引起電磁干擾,對(duì)通信線路、通信設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的影響。比如電力載波通信、遠(yuǎn)動(dòng)裝置信號(hào)以及與架空線平行的通信線路, 諧波的影響都很大。

(8) 延緩電弧熄滅。 在超高壓長(zhǎng)距離輸電線路上, 較大的諧波電流會(huì)使電弧熄滅延緩,,導(dǎo)致, 擴(kuò)大事單相重合閘失敗，擴(kuò)大事故。在消弧線圈接地系統(tǒng)中較大的諧波分量同樣會(huì)延遲或阻礙消弧線圈的滅弧作用。 諧波分量還會(huì)使電流過零時(shí)的di/dt值過大,導(dǎo)致斷路器斷弧困難,影響斷流能力。

(9)對(duì)其他設(shè)備的影響。諧波還會(huì)對(duì)下列設(shè)備產(chǎn)生影響:

1)導(dǎo)致功率開關(guān)器件控制裝置誤動(dòng)作,

2)導(dǎo)致功率開關(guān)器件故障而損壞;

3)使日光燈的鎮(zhèn)流器及補(bǔ)償用電容器過熱和損壞;

4)對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾；

5)影響互感器的測(cè)量精度;

6)使熔斷器在沒有超過整定值時(shí)就熔斷;

7)影響功率處理器的正常運(yùn)行,

8)影響電視機(jī)的畫面質(zhì)量；

9)影響電子顯微鏡鏡的清晰度；

10)影響其他換流設(shè)備或其他任何由電圧過零所控制的設(shè)備的同步。

以計(jì)算機(jī)技術(shù)和功率半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)和先導(dǎo),開關(guān)器件功率處理能力和切換速度有了顯著提高,電力電子裝置的工業(yè)市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。有專家統(tǒng)計(jì), 我國日前電能的30%是經(jīng)過各類功率變換后供用戶使用的。隨著功率變換裝置容量的不斷增大、使用數(shù)量的迅速上升和控制方式的多樣性等,電力電子裝置的潛在負(fù)作用將日益突出。同時(shí), 家用電器、 精密儀器設(shè)備發(fā)展迅猛, 越來越多的電氣用戶對(duì)取用的電能形態(tài)和功率流動(dòng)的控制與處理提出了新的要求。這樣, 越來越嚴(yán)重的諧波污染與越來越高的電能質(zhì)量要求形成了一對(duì)日趨尖銳的矛盾。

綜上所述, 對(duì)電能質(zhì)量已經(jīng)不能僅用頻率和電壓這兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)了,諧波已成為電能質(zhì)量另一個(gè)重要指標(biāo)。因此,無論是從保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度,還是從用戶用電設(shè)備的安全、正常工作的角度, 有效地治理諧波,將其限制在允許范圍之內(nèi), 還電網(wǎng)一個(gè)潔凈的電氣環(huán)境, 營(yíng)造綠色電網(wǎng), 已經(jīng)迫在眉睫。 我國諧波治理的水平還比較低, 對(duì)電力科技工作者來說, 諧波治理問題的研究具有十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。