電能質(zhì)量的好壞，直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，評價(jià)電能質(zhì)量有三方面標準。首先是電壓方面，它包含電壓的波動(dòng)、電壓的偏移、電壓的閃變等;其次是頻率波動(dòng);最后是電壓的波形質(zhì)量，即三相電壓波形的對稱(chēng)性和正弦波的畸變率，也就是諧波所占的比重。我國對電能質(zhì)量的三方面都有明確的標準和規范。

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線(xiàn)性用電設備在電網(wǎng)中大量投運，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來(lái)越大。它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護裝置與自動(dòng)化裝置的正常運行，造成了這些裝置的誤動(dòng)作與拒動(dòng)，直接威脅電網(wǎng)的安全運行。舉個(gè)常見(jiàn)的例子來(lái)說(shuō)，電子節能燈在使用量所占比重較小的電網(wǎng)中運行，的確比常用的白熾燈好，不僅亮度高又省電，而且使用壽命也長(cháng)。但是相反，在大量投運節能燈后，就會(huì )發(fā)現節能燈的損壞率大大提高。這是由于節能燈是非線(xiàn)性負荷，它產(chǎn)生較大的諧波污染了這一片電網(wǎng)，造成三相負荷基本平衡情況下，中心線(xiàn)電流居高不下，線(xiàn)電壓與相電壓之比比1要小得多，造成了該片電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，用電設備發(fā)熱增加，電網(wǎng)線(xiàn)損增加，使得該區的配變發(fā)熱嚴重，嚴重影響其使用壽命。因此我們對非線(xiàn)性用電設備產(chǎn)生的諧波必須進(jìn)行治理，使諧波分量不超過(guò)國家標準。

電力系統中的諧波來(lái)自電氣設備，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設備和用電設備。由于發(fā)電機的轉子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。

對于諧波分量而言，隨著(zhù)科技進(jìn)步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發(fā)電機的諧波分量有所上升。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時(shí)，由于電機的磁飽和，會(huì )使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過(guò)額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì )使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7%以下，所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。

為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線(xiàn)性用電設備，也就是說(shuō)非線(xiàn)性用電設備是主要的諧波源，非線(xiàn)性用電設備主要有以下四大類(lèi)：

·電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。

·交流整流的直流用電設備：如電力機車(chē)、電解、電鍍等。

·交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。

·開(kāi)關(guān)電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

這些用電設備都是非線(xiàn)性用電設備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會(huì )起弧，才會(huì )有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線(xiàn)性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對稱(chēng)性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用。由于當時(shí)電弧加熱設備量少，電焊機應用的同時(shí)率就更小了，對整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但在當時(shí)已發(fā)現在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。

交流整流直流用電設備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零。這類(lèi)用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類(lèi)設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較低。

交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類(lèi)設備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

雖然這類(lèi)設備單臺容量比上述兩類(lèi)設備容量要小，但它的分布面廣，數量多，是目前推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應引起足夠關(guān)注。

開(kāi)關(guān)電源設備目前應用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制變壓器初級電流的開(kāi)通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開(kāi)關(guān)電源的頻率比較高一般在40KHZ左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開(kāi)關(guān)管開(kāi)閉時(shí)，反射40KHZ左右的波至電源。這類(lèi)用電設備同樣是單臺容量不大，但它是應用面最廣、量最大的非線(xiàn)性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線(xiàn)電流居高不下，而且三次諧波還會(huì )通過(guò)配變污染到10KV電網(wǎng)。

通過(guò)對市場(chǎng)的常用用電器的諧波狀況的測試，我們了解到目前國內工業(yè)企業(yè)的諧波污染十分嚴重，尤其是早些年為了節能，引入的變頻電源和直流用電器的投入，其5次、7次、11次諧波電流的含量分別占基波的20%、11%、6%，這對于小功率的用戶(hù)而言，還不怎樣，但對于大功率的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，危害就很大了，對于中頻爐用戶(hù)，它用常規的無(wú)功補償就無(wú)法投切，有的用戶(hù)用常規的電容器無(wú)功補償，無(wú)法投入電容器，有的即便投入了，也對5次諧波電流放大了1.8～3.8倍以上，使得電動(dòng)機、變壓器等用電器的銅損、鐵損大大地增加，縮短了設備的使用壽命，多交了電費。

諧波的治理主要采用無(wú)源濾波裝置和APF有源電力濾波器。

1、LZS無(wú)源濾波裝置主要采用LC回路，并聯(lián)于系統中，LC回路的設定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個(gè)頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設定的LC回路，達到消除(濾除)某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時(shí)，在基波對系統進(jìn)行無(wú)功補償。這種濾波裝置簡(jiǎn)單，成本低，但不能濾除干凈。其主要元件為投切開(kāi)關(guān)、電容器、電抗器以及保護和控制回路。

2、LZS有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產(chǎn)生一個(gè)大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )中的諧波電流，這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，雖然成本略高，但在其額定功率范圍內，原則上能全部濾除干凈。

目前常用的諧波治理的方法無(wú)外乎有二種，無(wú)源濾波裝置和有源電力濾波器。下面就談?wù)勥@二種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場(chǎng)前景及其經(jīng)濟效益的分析。

1、無(wú)源濾波裝置

無(wú)源濾波裝置的主要結構是用電抗器與電容器串聯(lián)起來(lái)，組成LC串聯(lián)回路，并聯(lián)于系統中，LC回路的諧振頻率設定在需要濾除的諧波頻率上，例如5次、7次、11次諧振點(diǎn)上，達到濾除這3次諧波的目的。其成本低，但濾波效果不太好，如果諧振頻率設定得不好，會(huì )與系統產(chǎn)生諧振?，F在，市場(chǎng)上流通較多的采取的濾波方法就是這一種，主要是因為低成本，用戶(hù)容易接受。雖濾波的效果較差，只要滿(mǎn)足國家對諧波的限制標準和電力部門(mén)對無(wú)功的要求就行了。由于其低成本，市場(chǎng)的需求也就大，一般而言，低壓0.4KV 無(wú)源濾波裝置，高壓10KV幾乎都是采用這種方式對諧波進(jìn)行治理。由于我國的中小企業(yè)大多數是私有的，業(yè)主對諧波的危害認識不足，一般不愿意拿出大量的經(jīng)費來(lái)治理諧波，而有的企業(yè)由于諧波的含量太大，常規的無(wú)功補償不能奏效，供電部門(mén)對無(wú)功的要求又是十分嚴格的，達不到就會(huì )產(chǎn)生力調電費。

2、有源電力濾波裝置

LZS有源電力濾波裝置是在無(wú)源濾波的基礎上發(fā)展起來(lái)的，它的濾波效果好在其額定的無(wú)功功率范圍內，濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個(gè)和系統的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統中的諧波電流抵消。但由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，成本極高，其制作也較之LZS無(wú)源濾波裝置復雜得多，成本也就高得多了。其主要的應用范圍是計算機控制系統的供電系統，尤其是寫(xiě)字樓的供電系統，工廠(chǎng)的計算機控制供電系統。