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【摘 要】随着科学技术的进步，越来越多的非线性用电设备已经被电力企业应用，然而电能计量装置是电力企业进行经济核算的重要依据，电力系统中的谐波会直接影响到电能计量装置的精度，进而影响到电能供需双方的利益，因此，提高电力系统的应用是非常有必要的，本文就电力谐波的产生、谐波对电能计量的影响、电力系统谐波的测试技术及谐波治理的措施进行分析。
【关键词】电力系统；谐波测试；治理技术；研究；分析
引言：
谐波是对周期性非正弦交流量进行傅立叶级数展开所得到的基波频率整数倍的各次分量，通常称为谐波，基波是指其频率是工频（50Hz）的分量。例如在玻璃纤维生产中，大量使用变频器和电助熔等晶闸管变流设备，在保证窑炉温度和拉丝工况恒定的同时，产生大量谐波。谐波的存在会导致变压器铜损和铁耗增加，造成电缆温升，使电动机出现异常温升和机械振动，严重时将产生谐振过电压或过电流，造成继电保护动作等，最终导致设备能耗增加和故障停电，影响玻璃纤维正常生产。由此可见，谐波的防治对提高电气设备的寿命，保证人身和设备的安全，降低生产成本有重大的意义。
一、电力谐波的产生
（一）发电机形成的谐波
由于发电机的三相励磁绕组在制作方面若想实现绝对对称非常困难，故其磁极磁场未完全依正弦进行分布，感应电势并非都是正弦波，或多或少也会有部分谐波出现若对发电机的结构和接线采取一些必要改进措施，可以使发电机输出电压为具有基波领率的正弦电压。
（二）用电设备形成的谐波
变频装置谐波成分非常复杂，既含有分数次谐波，又含有整数次谐波，在该种装置中，其功率较大，随着发展的变频调速，其所形成的谐波也与日俱增，晶闸管整流装置在电网中吸收的是缺角正弦波，其采取移相进行控制，经统计数据证实：整流装置是最大的諧波源，其所产生的谐波约占到谐波的40%左右，又如一家用电器：电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等家用电器虽然单个功率小，但数量众多，且又具有调压整流装置，所出现的谐波振幅比较大，在当前供电系统中是主要的谐波源。
二、谐波对电能计量的影响
（一）谐波对感应式电能表的影响
谐波会使电网的电压、电流产生波形畸变，而且会出现高频分量，波形畸变与频率变化会对感应式电能表产生影响。
1）感应式电能表的最佳工作频率为电网额定频率，即工频50Hz，而且电压、电流的波形必须为正弦波形，如果电压、电流出现波形畸变，就会影响电能表的准确度。在基波电流与基波电压保持不变的情况下，电压与电流中含有谐波分量，会使电能表的电压线圈的阻抗以及转盘阻抗发生变化，影响电压、电流的工作磁通，进而影响到电能表的测量精度。
2）感应式电能表频率响应曲线如图1所示，谐波的产生会影响到电能计量的准确性，电能表的频率特性曲线是分析谐波危害的重要依据。
由图1可知，随着频率的变化，电磁式电能表的误差也在变化，频率变化越大，误差也越大。电磁式电能表的电流线圈磁通量与频率变化成反比，磁通越小，驱动力矩就会越小，直接导致电能表的转速减慢，产生负误差；磁通越大，驱动力矩就会越大，直接导致电能表的转速加快，产生正误差。
（二）谐波对电子式电能表的影响
1）电子式电能表在测量不同的信号时有不同的响应，测量的误差也不同。相关研究数据表明：当测量信号的电压、电流分量中，其中一个信号含有谐波时，电子式电能表会出现测量误差，而且误差的大小与畸变程度呈正比。在测量信号中，电压电流均出现波形畸变时，这时会产生谐波功率，对电子式电能表测量的电能值影响不大，误差较小，可以忽略。2）电子式电能表频率响应曲线如图2所示，由图可知，电子式电能表的频率响应特性曲线比较平坦，频率变化对其计量误差影响不大。
三、电力系统谐波的测试技术
目前对电力系统谐波进行测试时，使用较多的是PX5三相谐波分析仪、FLUKE41B单相谐波分析仪、FLUKE435三相电能质量分析仪等测试仪表，但这些测试仪表主要是针对具体谐波源用户进行测量，从测量范围和功能上都存在一定的局限性（如主要是针对变电站10kV配电母线或具体的谐波源用户进行测量），因此无法为全面掌握整个地区的谐波源状况提供数据支持。
目前对电力系统谐波进行测试时，使用较多的是PX5三相谐波分析仪、FLUKE41B单相谐波分析仪、FLUKE435三相电能质量分析仪等测试仪表，但这些测试仪表主要是针对具体谐波源用户进行测量，从测量范围和功能上都存在一定的局限性（如主要是针对变电站10kV配电母线或具体的谐波源用户进行测量），因此无法为全面掌握整个地区的谐波源状况提供数据支持。
下面以FLUKEl760电能质量分析仪为例，分析电力系统谐波的测试方式：1.测试仪器的设置。将FLUKEl760电能质量分析仪设置为自动定时测量方式，每隔10min测量一次，设置谐波次数为第2～25次，进行超过24h的连续谐波测量；2.测量信号的抽取。从被测线路测量CT的二次回路试验端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电流输入端，抽取电流信号；从被测线路测量PT的二次回路试验端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电压输入端，抽取电压信号；3.数据的处理方法。FLUKEl760电能质量分析仪测量完毕后，通过使用仪器自带的后台分析功能，对定时测量的存盘数据进行分析和处理，得到电流电压总畸变率、电流电压瞬时值、各次谐波电流电压的最小值、各次谐波电流电压的最大值、各次谐波电流电压的平均值及95%概率值，并以最大相的95%概率值作为最终测量结果，与国标的允许值或限值进行比对，以此来判断电力系统的谐波电流是否超标。
四、谐波治理的措施
谐波抑制是提高电能质量，保证供用电设备安全的重要举措，我们可以从两方面人手：一是从谐波源出发，对电力系统中主要谐波源的电气设备进行改造，减少谐波的产生；二是采用谐波补偿装置，对系统中非线性负载电流进行补偿，安装滤波装置。其补偿装置有无源滤波器PPF、有源滤器APF（ActivePowerFilter）和混合型电力滤波器HPF；三是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力。
（一）无源滤波器
无源滤波器种类很多，有LC组成的简单单调谐滤波器，也有由多个LC组成的双调谐滤波器以及高通滤波器等，它们的基本原理是由电感、电容和电阻组成的无源电路网络，通过选择网络的结构及元件的参数可以让其在某次特定谐波情况下产生谐振，从而得到该次谐波的低阻抗通道，进而滤除该次谐波。然而无源滤波器有着其本身固有的缺点：1）首先他只能滤除某个特定次谐波2）他的滤除效果并不完美3）体积大，占用面积大4）由于其利用的是谐振，故可能会产生谐振过电压的隐患。
（二）有源电力滤波器
为了解决无源滤波器的缺点，现发展成有源滤波器，其主要不同是有源滤波器是可控的电流源，它是从电网结点中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，与谐波电流相互抵消，从而使检测点电流只含基波成分，达到消除谐波的目的，它具有快速谐波检测能力和电流跟踪能力特点，同时其补偿范围广，可以补偿2～60次谐波。根据有源电力滤波器接人电网的方式不同，可分为三大类：并联型有源电力滤波器APF；串联型有源电力滤波器APF；和串并联混合型有源电力滤波器，即统一电能质量调节器。
结束语：
总而言之，谐波会对电力系统造成很大的危害，近年来电力行业纷纷开展谐波测试与治理技术的研究工作，取得了较为显著的进展，这对于提高电力系统的电能质量及确保用户的用电可靠性至关重要，这也对用户用电的安全起到不可或缺的作用。
参考文献：
[1]胡友强.电力系统谐波测试分析机理与治理技术研究[D].重庆大学，2004.
[2]张玉红.谐波对开化电网的影响及其治理[D].浙江大学，2009.
[3]刘业胜.贵铝电解铝厂谐波污染分析及治理改造方案研究[D].西南交通大学，2008.
[4]初航.电力系统谐波污染分析与治理措施[D].山东大学，2007.
[5]罗辉.广元电力系统谐波检测方案研究[D].重庆大学，2002.
【关键词】电力系统；谐波测试；治理技术；研究；分析
引言：
谐波是对周期性非正弦交流量进行傅立叶级数展开所得到的基波频率整数倍的各次分量，通常称为谐波，基波是指其频率是工频（50Hz）的分量。例如在玻璃纤维生产中，大量使用变频器和电助熔等晶闸管变流设备，在保证窑炉温度和拉丝工况恒定的同时，产生大量谐波。谐波的存在会导致变压器铜损和铁耗增加，造成电缆温升，使电动机出现异常温升和机械振动，严重时将产生谐振过电压或过电流，造成继电保护动作等，最终导致设备能耗增加和故障停电，影响玻璃纤维正常生产。由此可见，谐波的防治对提高电气设备的寿命，保证人身和设备的安全，降低生产成本有重大的意义。
一、电力谐波的产生
（一）发电机形成的谐波
由于发电机的三相励磁绕组在制作方面若想实现绝对对称非常困难，故其磁极磁场未完全依正弦进行分布，感应电势并非都是正弦波，或多或少也会有部分谐波出现若对发电机的结构和接线采取一些必要改进措施，可以使发电机输出电压为具有基波领率的正弦电压。
（二）用电设备形成的谐波
变频装置谐波成分非常复杂，既含有分数次谐波，又含有整数次谐波，在该种装置中，其功率较大，随着发展的变频调速，其所形成的谐波也与日俱增，晶闸管整流装置在电网中吸收的是缺角正弦波，其采取移相进行控制，经统计数据证实：整流装置是最大的諧波源，其所产生的谐波约占到谐波的40%左右，又如一家用电器：电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等家用电器虽然单个功率小，但数量众多，且又具有调压整流装置，所出现的谐波振幅比较大，在当前供电系统中是主要的谐波源。
二、谐波对电能计量的影响
（一）谐波对感应式电能表的影响
谐波会使电网的电压、电流产生波形畸变，而且会出现高频分量，波形畸变与频率变化会对感应式电能表产生影响。
1）感应式电能表的最佳工作频率为电网额定频率，即工频50Hz，而且电压、电流的波形必须为正弦波形，如果电压、电流出现波形畸变，就会影响电能表的准确度。在基波电流与基波电压保持不变的情况下，电压与电流中含有谐波分量，会使电能表的电压线圈的阻抗以及转盘阻抗发生变化，影响电压、电流的工作磁通，进而影响到电能表的测量精度。
2）感应式电能表频率响应曲线如图1所示，谐波的产生会影响到电能计量的准确性，电能表的频率特性曲线是分析谐波危害的重要依据。
由图1可知，随着频率的变化，电磁式电能表的误差也在变化，频率变化越大，误差也越大。电磁式电能表的电流线圈磁通量与频率变化成反比，磁通越小，驱动力矩就会越小，直接导致电能表的转速减慢，产生负误差；磁通越大，驱动力矩就会越大，直接导致电能表的转速加快，产生正误差。
（二）谐波对电子式电能表的影响
1）电子式电能表在测量不同的信号时有不同的响应，测量的误差也不同。相关研究数据表明：当测量信号的电压、电流分量中，其中一个信号含有谐波时，电子式电能表会出现测量误差，而且误差的大小与畸变程度呈正比。在测量信号中，电压电流均出现波形畸变时，这时会产生谐波功率，对电子式电能表测量的电能值影响不大，误差较小，可以忽略。2）电子式电能表频率响应曲线如图2所示，由图可知，电子式电能表的频率响应特性曲线比较平坦，频率变化对其计量误差影响不大。
三、电力系统谐波的测试技术
目前对电力系统谐波进行测试时，使用较多的是PX5三相谐波分析仪、FLUKE41B单相谐波分析仪、FLUKE435三相电能质量分析仪等测试仪表，但这些测试仪表主要是针对具体谐波源用户进行测量，从测量范围和功能上都存在一定的局限性（如主要是针对变电站10kV配电母线或具体的谐波源用户进行测量），因此无法为全面掌握整个地区的谐波源状况提供数据支持。
目前对电力系统谐波进行测试时，使用较多的是PX5三相谐波分析仪、FLUKE41B单相谐波分析仪、FLUKE435三相电能质量分析仪等测试仪表，但这些测试仪表主要是针对具体谐波源用户进行测量，从测量范围和功能上都存在一定的局限性（如主要是针对变电站10kV配电母线或具体的谐波源用户进行测量），因此无法为全面掌握整个地区的谐波源状况提供数据支持。
下面以FLUKEl760电能质量分析仪为例，分析电力系统谐波的测试方式：1.测试仪器的设置。将FLUKEl760电能质量分析仪设置为自动定时测量方式，每隔10min测量一次，设置谐波次数为第2～25次，进行超过24h的连续谐波测量；2.测量信号的抽取。从被测线路测量CT的二次回路试验端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电流输入端，抽取电流信号；从被测线路测量PT的二次回路试验端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电压输入端，抽取电压信号；3.数据的处理方法。FLUKEl760电能质量分析仪测量完毕后，通过使用仪器自带的后台分析功能，对定时测量的存盘数据进行分析和处理，得到电流电压总畸变率、电流电压瞬时值、各次谐波电流电压的最小值、各次谐波电流电压的最大值、各次谐波电流电压的平均值及95%概率值，并以最大相的95%概率值作为最终测量结果，与国标的允许值或限值进行比对，以此来判断电力系统的谐波电流是否超标。
四、谐波治理的措施
谐波抑制是提高电能质量，保证供用电设备安全的重要举措，我们可以从两方面人手：一是从谐波源出发，对电力系统中主要谐波源的电气设备进行改造，减少谐波的产生；二是采用谐波补偿装置，对系统中非线性负载电流进行补偿，安装滤波装置。其补偿装置有无源滤波器PPF、有源滤器APF（ActivePowerFilter）和混合型电力滤波器HPF；三是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力。
（一）无源滤波器
无源滤波器种类很多，有LC组成的简单单调谐滤波器，也有由多个LC组成的双调谐滤波器以及高通滤波器等，它们的基本原理是由电感、电容和电阻组成的无源电路网络，通过选择网络的结构及元件的参数可以让其在某次特定谐波情况下产生谐振，从而得到该次谐波的低阻抗通道，进而滤除该次谐波。然而无源滤波器有着其本身固有的缺点：1）首先他只能滤除某个特定次谐波2）他的滤除效果并不完美3）体积大，占用面积大4）由于其利用的是谐振，故可能会产生谐振过电压的隐患。
（二）有源电力滤波器
为了解决无源滤波器的缺点，现发展成有源滤波器，其主要不同是有源滤波器是可控的电流源，它是从电网结点中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，与谐波电流相互抵消，从而使检测点电流只含基波成分，达到消除谐波的目的，它具有快速谐波检测能力和电流跟踪能力特点，同时其补偿范围广，可以补偿2～60次谐波。根据有源电力滤波器接人电网的方式不同，可分为三大类：并联型有源电力滤波器APF；串联型有源电力滤波器APF；和串并联混合型有源电力滤波器，即统一电能质量调节器。
结束语：
总而言之，谐波会对电力系统造成很大的危害，近年来电力行业纷纷开展谐波测试与治理技术的研究工作，取得了较为显著的进展，这对于提高电力系统的电能质量及确保用户的用电可靠性至关重要，这也对用户用电的安全起到不可或缺的作用。
参考文献：
[1]胡友强.电力系统谐波测试分析机理与治理技术研究[D].重庆大学，2004.
[2]张玉红.谐波对开化电网的影响及其治理[D].浙江大学，2009.
[3]刘业胜.贵铝电解铝厂谐波污染分析及治理改造方案研究[D].西南交通大学，2008.
[4]初航.电力系统谐波污染分析与治理措施[D].山东大学，2007.
[5]罗辉.广元电力系统谐波检测方案研究[D].重庆大学，2002.