什么是諧波畸變

諧波畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的。非線性器件是指電流與施加的電壓不成比例的器件。圖1通過將正弦電壓施加于簡單非線性電阻的情況說明了這一概念，其中電壓和電流根據(jù)所示曲線變化。雖然施加的電壓是完美的正弦曲線，但產(chǎn)生的電流是失真的。

將電壓提高幾個百分點可能會使電流加倍，并呈現(xiàn)不同的波形。這是電力系統(tǒng)中大多數(shù)諧波失真的來源。

圖1非線性電阻引起的電流失真。

圖2說明任何周期性的失真波形都可以表示為正弦曲線的總和。當(dāng)一個波形從一個周期到下一個周期都相同時，它可以表示為正弦波其中每個正弦波的頻率是失真波基頻的整數(shù)倍。這個倍數(shù)被稱為基波的諧波，因此這個主題的名稱。

正弦曲線的總和被稱為a傅里葉級數(shù)，以發(fā)現(xiàn)這一概念的偉大數(shù)學(xué)家命名。

由于上述性質(zhì)，傅立葉級數(shù)概念被普遍應(yīng)用于分析調(diào)和問題。現(xiàn)在可以在每個諧波下單獨分析系統(tǒng)。此外，與整個失真波形相比，單獨找出每個諧波的正弦曲線的系統(tǒng)響應(yīng)要簡單得多。每個頻率的輸出然后被組合以形成新的傅里葉級數(shù)如果需要的話，可以從中計算出輸出波形。

通常，我們只關(guān)心諧波的幅度。當(dāng)波形的正負(fù)半周形狀相同時，傅立葉級數(shù)只包含奇次諧波。這為大多數(shù)電力系統(tǒng)研究提供了進一步的簡化，因為大多數(shù)常見的諧波產(chǎn)生設(shè)備在兩種極性下看起來都是一樣的。事實上，偶次諧波的存在通常是一個線索，表明負(fù)載設(shè)備或用于測量的傳感器有問題。

也有明顯的例外，如半波整流器和電弧爐，這時電弧是隨機的。

圖2失真波形的傅立葉級數(shù)表示

通常，在電力系統(tǒng)分析中，高階諧波（高于25次至50次的范圍，取決于系統(tǒng)）可以忽略不計。

雖然它們可能會干擾低功率電子設(shè)備，但通常不會損壞電力系統(tǒng)。在這些頻率下，也很難收集足夠精確的數(shù)據(jù)來模擬電力系統(tǒng)。一個常見的例外是在頻率范圍內(nèi)存在系統(tǒng)共振。這些諧振可以由電子功率轉(zhuǎn)換器中的陷波或開關(guān)瞬態(tài)激發(fā)。這會導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)多個過零點，從而干擾定時電路。這些諧振通常發(fā)生在有地下電纜但沒有功率因數(shù)校正電容器的系統(tǒng)上。

如果按照慣例將電力系統(tǒng)描述為串聯(lián)和并聯(lián)元件，則系統(tǒng)中的絕大部分非線性存在于并聯(lián)元件（即LOD）中。電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)阻抗（即電源和負(fù)載之間的短路阻抗）是非常線性的。在變壓器中，諧波源也是普通“T”模型的并聯(lián)支路（磁化阻抗）;泄漏阻抗是線性的。

因此，諧波失真的主要來源最終將是最終用戶負(fù)載。這并不是說所有經(jīng)歷諧波失真的最終用戶本身都有很大的諧波源，而是說諧波失真通常源于某些最終用戶的負(fù)載或負(fù)載組合。