第一篇：高次諧波的產生及其治理

高次諧波的產生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負荷中含有大量非線性負荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機車、交流電焊機、高頻電焊機、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機的開關電源、帶電子鎮流器的熒光燈等。供電給這些非線性負荷的系統電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數倍時，稱為分數諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經系統中包括發電機、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產生非正弦的電壓降，使交流系統內各點的電壓波形也發生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負荷容量與電網容量的相對比值以及供電系統對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害 2.1通訊干擾

非線性負荷供電系統產生的諧波對與其鄰近的通訊線路產生靜電感應及電磁感應，在通訊系統內產生不良影響。2.2同步發電機的影響

電力系統中的同步發電機，特別是以非線性負荷為主或以發電電壓直接供給非線性負荷的同步發電機，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發電機的額定出力。2.3對異步電動機的影響

諧波引起電機角速度脈動，嚴重時會發生機械共振。對電動機的功率因數和最大轉矩都有影響。2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質老化，介質損失系數tgδ增大，容易發生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負荷而出現不允許的溫升。電容器與電力系統還可能發生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環節常出現過電壓，造成電氣元件及設備故障或損壞，嚴重時影響系統的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當出現并聯諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。2.6對變壓器的影響 諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數。諧波放大會造成主變聲音異常。2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負誤差。

2.8對繼電保護自動裝置等的影響

當諧波電壓水平較高時，對供電系統的電壓自動調節的誤差有所增加。負序系統的高次諧波電流對具有負序電流諧波濾波裝置的繼電保護裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯系通道的遠動裝置的工作。2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設計和建設非線性負荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標準《電能質量公用電網諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統注入公共連接點的 諧波電流符合國家標準。

三、公用電網諧波國家標準

國家標準GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下： 3.1公用電網諧波電壓（相電壓）限值見表1： 表1電網標稱電壓(kv)

電壓總畸變率(％)

各次諧波電壓含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應超過表2中規定的允許值。當公共連接點的最小短路容量不同于基準短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2——基準短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A； Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數及諧波電流允許值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

續表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數及諧波電流允許值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接點的每個用戶向電網注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協議容量與其公共接點的供電設備容量之比進行分配。分配的計算方式見下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；

Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A； Si——第i個用戶的用電協議容量，MVA；

St——公共接點的供電設備容量，MVA； α——相位迭加系數，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、諧波電流發生量 4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產生特征諧波外，還產生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數由整流相數決定?？梢杂靡粋€簡單的通式來表達。如以p代表相數（脈波數），k為正整數，則特征諧波次數為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關，工程應用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續的幅值頻譜，其諧波次數不可能用一個簡單的通式來表達。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導，但很困難且不準確。通常數值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應調整整流裝置的觸發系統，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數需增加，投資需增大。4.2交流電弧爐諧波電流發生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內，由于電弧特性是非線性的，將產生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續頻譜，其中整數諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數次幅值較小。

在熔化期內，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設計不宜采用瞬時峰值，應按最嚴重一段時間內的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統對諧波的承受能力；提高系統的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發生量：增加整流裝置的脈動數、增大換向電抗、改善觸發對稱度；同類型非線性負荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數或采用合適參數串聯電抗器。5.4安裝電力諧波濾波裝置 加大系統的短路容量難以實現，增加整流器的等效相數也受到限制，當等效相數超過12相時，需增加移相設備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補償無功功率，提高功率因數，具有顯著的經濟效益。5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機車、晶閘管供電的軋機、卷揚機等)除產生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術措施就是在諧波源處并聯裝設靜補裝置，又稱動態無功補償裝置。靜補裝置的基本結構是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術上較成熟，工程上應用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4.晶閘管投切電容器。

我公司開發的“晶閘管過零觸發裝置”專利技術，應用于晶閘管投切電容器動態諧波濾波裝置，其動態響應速度達到了晶閘管控制電抗器動態諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優于晶閘管控制電抗器動態諧波濾波裝置。5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術，向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內有源電力濾波器產品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術是諧波治理技術的發展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置 6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類 諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)a：單調諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調諧諧波濾波器：可代替兩個單調諧諧波濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復雜，調諧困難，僅在超高壓系統中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2 諧波濾波器的原理

我們以單調諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——諧波電流發生量； Isn——流入系統的諧波電流； Xsn——系統的諧波阻抗； Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——諧波濾波器的總阻抗； Rfn——諧波濾波器的總電阻 f——流過諧波濾波器的電流的頻率 L——電抗器的電感量 C——電容器的電容量

當在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此時Isn＜＜In。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。6.3諧波濾波裝置的設置原則 諧波濾波裝置的設置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統電壓總畸變率和流入系統電流必須滿足國家頒布的諧波管理規定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現集中濾波和無功補償。安裝于車間可實現無功就地補償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設計應考慮背景諧波和近期發展的非線性負荷。留有一定裕量。6.4諧波濾波裝置設計步驟

6.4.1設計諧波濾波裝置時用戶應提供以下資料：

a、公共連接點（P.C.C.點）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、變壓器銘牌參數。c、每臺用電設備容量。

d、諧波源設備工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供實測電能質量參數。6.4.2諧波濾波裝置容量的確定 諧波濾波裝置總容量確定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標（GB/T14549-93）規定的范圍之內。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補償的需要量。在滿足上述技術要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統電壓升高。6.4.3諧波濾波裝置的支路設置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據諧波發生量的次數和大小設置各支路的參數，在滿足負載無功補償需要量、滿足公共連接點（P.C.C.點）的電壓畸變率和流入系統各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產生并聯電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發生量的次數和大小由現場測試或理論計算確定?，F場測試能準確測量出系統中存在的諧波量的次數和大小，為諧波濾波裝置的設計提供準確的參數。6.4.4諧波濾波裝置的結構和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關柜等主要設備組合而成。一般裝有2—4個單調諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數優化設計而定。6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護保養

a、濾波裝置必須嚴格按照設計要求進行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進入安全網門內。諧波濾波裝置切除后，經10分鐘放電，并進行可靠接地后，安全網門內方可進入。

c、當諧波濾波裝置室溫度超過規定值時，應啟動降溫設備。d、濾波電容器和調諧電抗器應定期測量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應定期清掃，遇有風雪或風沙天氣，應關閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設計、制造、安裝、調試、運行經驗。我們愿為您提供以下服務： a、諧波在線測量

包括各種非線性負荷的諧波電流發生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發生量及其危害的預測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優化設計

包括設備參數選擇、最佳系統設計和主要組件的設備設計以及工廠設計。

d、提供濾波裝置成套設備，并進行設備安裝或安裝指導。e、濾波裝置現場調諧試驗。f、現場裝置的指標考核。

第二篇：電網高次諧波問題分析

電網高次諧波問題分析

梁曉紅1，李貞2

（1．平頂山工業職業技術學院電力工程系，河南平頂山；2．平頂山工業職業技術學院電力工程系，河南

平頂山）

摘要：文中對電網高次諧波的產生及危害進行了闡述，介紹了電網諧波分析的一種常用數學基礎——小波分析法，并通過裝設濾波器等抑制方法阻止高頻諧波進入電網，保證電網供電質量。關鍵詞：電網；高次諧波；小波分析；無源濾波器

在電力系統中，供電波形畸變是影響電能質量的重要因素之一。近年來，各工礦企業大量采用各種晶閘管整流裝置、變頻裝置以及交流電力調整裝置，增大了電網的非線性負載，再加上電網本身存在的非線性元件，均向電網注入了大量的高次諧波。高次諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，周期性的非正弦交流電進行傅里葉級數分解可得基波（其頻率與工頻相同）以及頻率為基波頻率整數倍的各次諧波，基波以外的各次諧波通常稱為“高次諧波”。電網中高次諧波的出現是造成波形畸變的主要原因。

一、高次諧波危害

電網高次諧波的危害主要有以下方面：

1、引起電網中局部并聯諧振或串聯諧振，放大諧波電壓或諧波電流；

2、加速電容器介質老化，還可導致電容器成倍地過負荷，出現異常聲響、熔絲熔斷、“鼓肚”等現象，嚴重時導致其他設備無法正常運行，不得不將電容器組斷開，電網被迫在低的功率因數下運行；

3、增加附加損耗，降低發電、輸電及用戶設備的效率；

4、使繼電保護及其自動裝置誤動作，導致電氣測量儀表計算誤差增加。諧波電流能影響甚至破壞利用電力線路作為聯系通道的遠動裝置的動作。母線電壓的畸變，還能引起整流設備觸發脈沖控制裝置的觸發周期不穩定，使晶閘管閥的觸發角或觸發時間間隔不相等，影響整流設備的正常運行；

5、諧波對鄰近的電話線路產生了靜電感應和電磁感應，造成其對通信系統產生嚴重干擾，輕則降低信號的傳輸質量，重則導致信息丟失。

由于這些非線性負載的增加，引起高次諧波這一電網公害，導致電網電壓正弦波形嚴重畸變。我國于1993年頒布了諧波管理的國家標準《電能質量公用電網諧波》，明確規定了用戶注入電網的諧波電流的允許值和在電網公共連接點處產生的電壓畸變值。當超過標準時，必須采取相應的抑制措施，從根本上解決諧波污染問題。

二、高次諧波數學分析方法

電力電子裝置所產生的高次諧波污染，已日漸成為阻礙電力電子技術發展的重大問題。實時諧波檢測，對諧波問題進行研究，前提是研究諧波測量的數學分析方法。

電網中的電流和電壓等物理量，無論其是否為正弦量，都可作為信號（非正弦周期函數）進行分析處理，其數學基礎方法是傅里葉級數展開和傅里葉變換。在實際系統中，波形大都可以用解析式表示，有些波形則不能用解析式表示，此時，均可以采用將此周期函數離散化的處理方法，轉化為時間函數，采用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉變換（FFT）計算出各次諧波值。在此基礎上，小波分析是近年來數學研究成果之一，因其在理論上的完美性和應用上的廣泛性，使小波分析在信號處理、圖像分析、模式識別等領域中得到了廣泛應用。

小波分析可以根據波形不同的頻率成分，在時域和空間域自動調節取樣的疏密；頻率高時，則密；頻率低時，則疏。基于小波分析這些優秀特性，研究人員可以觀察波形的任意細節并加以分析。小波變換及性質可定義為函數h(x)?L?R?如果滿足以下的容許條件：

2????h(?)2???d???

（1-1）

則稱h(x)是一個基本小波或小波母函數，而稱

ha,b(x)?a?12?x?b?h??,(a,b?R,a?0)

（1-2）

a??式（1-2）為由小波母函數Φ(x)生成的依賴于參數a和b的小波。ha,b(x)也可以看成是由h(x)經伸縮平移后得到的一個函數簇。小波變換中參數a、b有明確的物理意義，a是頻率參數，b是時間參數。

小波變換的主要性能是其“變焦”性能，該特性能將高次諧波信號中各種不同頻率成分分解在相應的時空域，并給出不同頻率正弦波的相位。在有源濾波器的檢測電路中，需要檢測的只是除去基波外的所有畸變波形的含量，不需要分析出各次畸變波形的大小，但是實時性要求很高，而傅里葉變換能分析出各次畸變波形的分量，但實時性較差。小波變換是一種調和，不僅能實現實時，而且變換本身對波形的奇異點非常敏感，該特點可以用來跟蹤那些變化非常突然的諧波信號，而這種信號正是高次諧波檢測的難點。

三、抑制電網諧波的方法

抑制和消除高次諧波的目的，是為了使電網電壓的畸變率不超過2%，電壓的負序分量不超過正序分量的1%或1.5%，電壓的零序分量不超過正序分量的1%時，電機可以保證正常運行。抑制諧波措施有以下幾方面：

1、減少諧波源

具體措施是讓系統整流設備容量遠遠小于系統短路容量，由于系統短路容量大，系統電抗小，因此系統電壓畸變就小。

1）采用多脈沖波換流器，采用多相脈沖換流器以增加脈波數，可以大幅度地消除低次諧波，一般采用脈波數為12。少用半控橋式接線，因為這種接線所產生的諧波中含有不易處理的偶次諧波。

2）采用變壓器相位移，比如三繞組變壓器，通過二次繞組相位移30o電角度后，由兩個格雷茲橋串聯組成的換流器單元，脈波數提高為12。

3）受電變壓器的一次和整流變壓器的二次分別采取Δ型連接方式，這樣做可消除3次、6次、9次諧波。

2、改進電氣設備結構，提高抗諧波能力

在電網中，為了抵抗軸電流，電機采用接地電刷裝置或軸承座加絕緣措施。電氣設備采用疊片磁路，減少渦流損耗。同時，為了提高耐熱能力，采用真空壓力敷設V·P·I浸漬工藝措施，用于提高抗諧波能力。

3、裝設濾波器

濾波電容器是指與有關器件，如電抗器、電阻器等連接在一起，對一種或多種諧波電流提供低阻通道的一種電容器。其作用是對某種諧波電流發生共振而被吸收，不注入電網。濾波器安裝在非線性負載側的母線上。

濾波器分為無源型和有源型。無源濾波器具有簡單可靠維護方便等優點而被廣泛使用，有源濾波器是新一代的諧波補償裝置，具有良好的補償特性，能同時滿足補償諧波和無功功率要求，由于其價格較高維護復雜等缺點，在我國應用還不太廣泛。

四、結語

電網高次諧波引起電網公害，導致供電質量下降，嚴重影響各種電氣設備的安全運行。本文從高次諧波分析數學方法入手，闡述了高次諧波的抑制方法，如裝設濾波器，通過這些措施，阻止這些高次諧波進入電網，達到了抑制諧波的目的。

參考文獻：

【1】 潘志．近代分析數學基礎．徐州：中國礦業大學出版社．1993年

【2】 任子暉．煤礦電網諧波分析與治理．徐州：中國礦業大學出版社．2003年 【3】 吳敬昌．電力系統諧波．北京：水利電力出版社．1988年

第三篇：諧波的產生原因和治理方式

諧波的產生原因和治理方式 供電系統中的諧波

在供電系統中諧波電流的出現已經有許多年了。過去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業的直流調速傳動裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產生的。近年來，產生諧波的設備類型及數量均已劇增，并將繼續增長。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。1 諧波的產生

在理想的干凈供電系統中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波??可能直到第三十次諧波組成。2 產生諧波的設備類型

所有的非線性負荷都能產生諧波電流，產生諧波的設備類型有：開關模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮流器、調速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設備及某些家用電器如電視機等。(1)開關模式電源(SMPS)：

大多數的現代電子設備都使用開關模式電源(SMPS)。它們和老式的設備不同，它們已將傳統的降壓器和整流器替換成由電源直接經可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對于設備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價格及重量均可大幅度地降低，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不能從電源汲取連續的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。(2)電子熒光燈鎮流器：

電子熒光燈鎮流器近年被大量采用。它的優點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中產生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數校正的型號產品可減少諧波，但成本昂貴。(3)直流調速傳動裝置：

直流電動機的調速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側每周波內有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電動機的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。(4)不間斷電源(UPS)：

根據電能變換方式和由外部供電到內部供電所用轉換方式的不同，UPS有許多不同的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負荷總是電子信息設備，它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。

(5)磁芯器件：

在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認為是強迫磁化過程。如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯的電阻很

小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認為是自由磁化過程。諧波引發的問題及解決措施

諧波電流在電源系統內以及裝置內均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統內造成的畸變，反之亦然。

(1)裝置內的諧波問題及解決措施：

有幾個常見多發的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。

①電壓畸變：因為電源系統有內阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產生“平頂”波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統內的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。

由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上產生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負荷是線性的負荷也是如此。

解決的辦法是把產生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開，線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電，使非線性負荷產生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去。

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產生瞬態過電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導體開關器件上的電壓沖擊。當在電源上有高次諧波或瞬態過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。

③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統中，當負荷產生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當時三相負荷不平衡時，中性線上流經的電流會更大。最近研究實驗發現中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導線發熱過高，增加了線路損耗，甚至會燒斷導線。

現行的解決措施是增大三相四線式供電系統中中性線的導線截面積，最低要求要使用與相線等截面的導線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導線的截面應為相線導線截面的200%。

④變壓器溫升過高：接線為Yyn的變壓器，其二次側負荷產生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負荷不平衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數和，并將諧波電流通過變壓器一次側流入電網。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器，使負荷產生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環，而不致流入電網。

無論諧波電流流入電網與否，所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。

⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種機電器件，有時不能準確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數的便攜式測量儀表并

不能測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假設波形是純正弦的，再乘一個校正系數而得出讀數。在有諧波時，這樣讀出的結果可能比真實數值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數值上。

現在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上真實的均方根值測量技術，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：

《中華人民共和國電力法》指出：“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序”，《供電營業規則》中規定：“用戶的非線性阻抗特性的用電設備接入電網運行所注入電網的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時，用戶必須采取措施予以消除?！?/p>

由畸變電流造成的電壓畸變取決于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言，供電網絡通常是感性的，所以電源阻抗就和頻率成正比，諧波次數越高，所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統的阻抗，所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度?？赡艿慕鉀Q方法有：裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調節器。

①裝用諧波濾波器：對于電動機控制器產生的諧波，諧波的形狀很分明，可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器，濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波，對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波，必須用解諧的濾波器，而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的，此時情況比較簡單。

②裝用隔離變壓器：均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時，通常裝設一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期地對負荷停止供電。在這種情況下，應采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統中，有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上，使3N次諧波電流與配電系統相隔離。隔離變壓器要適當提高額定值，否則也會產生電壓畸變和過熱。

③裝用有源的諧波調節器：由變流器/逆變器產生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設備的工作靠數字信號處理(DSP)技術來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設備是與供電系統并聯工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。

諧波"一詞起源于聲學。有關諧波的數學分析在18世紀和19世紀已經奠定了良好的基礎。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應用。電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術的發展，發表了有關變流器引起電力系統諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會

議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。

供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分數諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網受到“污染”。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波是怎么產生的？

電網諧波來自于3個方面：

一是發電源質量不高產生諧波：

發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發電源多少也會產生一些諧波，但一般來說很少。

二是輸配電系統產生諧波：

輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

三是用電設備產生的諧波：

晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用，給電網造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網吸收的是缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明：由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復雜，除含有整數次諧波外，還含有分數次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調速的發展，對電網造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩定，引起三相負荷不平衡，產生諧波電流，經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2 7次的諧波，平均可達基波的8% 20%，最大可達45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等，因具有調壓整流裝置，會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數量巨大，也是諧波的主要來源之一。

第四篇：高次諧波及其抑制措施

高次諧波及其抑制措施

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2006-05-23 09:21:47

來源：電子查詢網

以前，人們基本上只根據電壓的幅值和周波的穩定性來衡量電能的質量。近年來，隨著工業生產的發展，尤其是冶金、化工產品的開發、電氣鐵道系統的不斷擴大，以及電力電子技術的迅速發展，各種整流裝置、頻率變換裝置得到廣泛應用，大量的非線性負荷接入電網，使得電網電壓已不是人們所想象的正弦波，而是發生了較大畸變，即產生了高次諧波。高次諧波污染電網，會引起各種電氣設備過熱、振動、產生噪音甚至損壞，還會引起計量儀表失準，或導致繼電保護裝置誤動作，造成重要的生產過程中斷甚至重大事故的發生。所以近10多年來，世界上許多國家已相繼把電網電壓中高次諧波的含量當作衡量電能質量的一項重要指標。在諧波抑制技術方面，有了許多成果，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內外均已大量應用到工程保護項目中，而有源電力濾波器的初步應用實踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發展前景。1 諧波及其產生

按國際上公認諧波定義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波的倍數”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數倍數，也常稱它為高次諧波。

除了特殊情況外，諧波的產生主要是由于大容量電力和用電整流或換流，以及其他非線性負荷造成的。這些電力或用電設備從電力系統中吸收的畸變電流可以分解為基波和一系列的諧波電流分量。其諧波電流值實際上和50 Hz基波電壓值和供電網的阻抗幾乎無關。因此，對大多數諧波源視作為恒流源，它們與50 Hz基波不同，后者一般是恒流源?，F代電力系統中發電機和變壓器在正常穩態運行條件下，它們本身不會造成電網中電壓或電流的較大畸變，雖然在暫態擾動時（例如系統發生短路故障時、切合空載或空載投入變壓器時）以及超出其正常工作條件時（例如變壓器運行在其額定工作電壓以上時）將可能增大其產生的諧波含量。

系統中主要的諧波源是各種整流設備、交直流換流設備、電子電壓調整設備、電弧爐、感應爐、現代工業設施為節能和控制使用各種電力電子設備、非線性負荷以及多種家用電器和照明設備等。電氣鐵道機車采用的大容量單相整流供電設施，除了產生大量諧波電流外，還對三相交流供電系統產生不平衡負荷和負序電流、電壓。這些負荷都使電力系統的電壓和電流產生畸變，并對電力設備和廣大用戶設備及通信線路產生危害或干擾影響。值得注意的是電視機也是一個諧波源，據測試，黑白電視機的諧波總含量達基波電流的90%，而彩色電視機的諧波電流更高，達基波電流的122%，它們的單臺容量雖然不大，但數量眾多，且大都在同一時間投入使用，其造成的諧波危害不容忽視。

由于諧波的危害性，所以許多國家都發布了限制電網諧波的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規定。世界各國所制定的諧波標準大都比較接近。國家技術監督局于1993年發布了中華人民共和國國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》，該標準從1994年3月1日起開始實施（下面內容均引自該標準）。表1表示各級電壓波形畸變率及各次諧波電壓含量的限制。

為了控制電網的諧波電壓，必須限制每個諧波用戶注入電網的諧波電流。標準對諧波電流也作了限制（本文僅摘錄其中部分奇次諧波限值）。

 公用電網公共接地點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（均方根值）不應超過表2中規定的允許值。2 諧波抑制技術

抑制電力系統諧波，主要有以下兩方面的措施。

(1)減少諧波源產生的諧波含量 這種措施一般在工程設計中予以考慮，最有效的辦法是增加整流裝置的脈波數，常用于大型整流裝置中。

(2)在諧波源附近安裝濾波器 就近吸收諧波電流，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內外已大量應用到工程實際中，而有源電力濾波器的初步應用實踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發展前景。

無源濾波器利用電路的諧振原理，即當發生對某次諧波的諧振時，裝置對該次諧波形成低阻通路，而達到濾波的目的。在結構上它是由電力電容器、電抗器和電阻經適當組合而成，運行中與諧波源并聯，除起濾波外還兼顧無功補償的需要。無源濾波器結構簡單，造價低，運行費用也低，在吸收高次諧波方面效果明顯。但由于其結構原理上的原因，在應用中也存在著一些難以克服的缺點：

①抑制較低次諧波的單調諧濾波器只對調諧點的諧波效果明顯，而對偏離調諧點的諧波無明顯效果，而實際工程設計時考慮設計投資又不可能靠增加濾波器的方法解決。

②當系統中諧波電流增大時，無源濾波器可能過載，甚至損壞設備。而且濾波效果隨系統運行情況而變化，當系統阻抗和頻率波動時，濾波效果變差。

③當系統阻抗和頻率變化時，可能與系統發生并聯諧振，使裝置無法運行，甚至使整個濾波系統無法正常運行。例如1978年底建成的武鋼1700 mm熱軋帶鋼廠成套引進工程，在設備試運行期間就曾發生過精軋主傳動裝置與3次諧波濾波器諧振的事故百余次。

國內外的設計研究人員均注意到無源濾波器設計和運行中存在的問題，雖然采取了一系列的措施，但因無源濾波器在原理上帶來無法克服的缺點，有必要采用其他濾波方式來抑制諧波，有源濾波器就是一種新型的諧波抑制裝置。

有源電力濾波器的工作原理的整體構成如圖1所示。

圖1中的檢測及控制電路對負載電流進行檢測，分離出諧波及基波無功部分，用以控制主電路輸出相應的補償電流。而負載電流il按傅里葉級數展開為：

式中，i1q為基波有功電流；i1q為基波無功電流；ih為高次諧波電流。θl是基波電流初相位，θn為n次諧波初相位。

在圖1中，il=is+ic即負載電流由系統電源電流is和有源濾波器輸出的電流ic共同提供，如果控制有源電力濾波器的輸出電流，使ic=ih,則系統電源中就只需供給基波電流（有功與無功）了，即is=i1q+i1q,從而達到抑制諧波目的。簡單說，有源電力濾波器只要產生一個與負載諧波幅值相等，相位相同（在圖示參考方向下，若取is和il參考方向和圖中相反，ic參考方向與圖中相同，則相位相反）的電流注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會流入系統電源。由上述分析我們還可知，有源電力濾波器還可同時補償無功功率，這時只需使ic=ih+i1q，則is=i1q,即系統電源中就只需供給負載電流中的基波有功電流，這樣圖1中的is就是補償了諧波和基波無功電流后的系統電源供給的電流。 3 高次諧波和無功電流的檢測及控制

有源濾波器的效果如何，取決于如下3個方面：

(1)高次諧波和無功電流的正確檢測；

(2)補償電流的控制方案；

(3)主電路的結構。

要使濾波器有很好的濾波效果，第一步我們必須正確檢測出高次諧波和無功電流，如果這一步都做不好的話，下面的設計就無從談起?，F在的檢測法主要有3種：

(1)頻率分析法該方法利用快速傅里葉變換，把負載電流中欲抵消的分量檢出，再合成總的補償電流。這種方法運算量相當大，當諧波的次數較高，微機的適時計算有困難，難以滿足準確、實時性的要求。

(2)瞬時無功功率理論基于瞬時無功功率理論的電流檢測法理論比較成熟，如圖2所示，它采用p-q法，將三相瞬時電壓和電流變換到二相正交的α-β坐標上，得到二相瞬時電壓和瞬時電流，然后根據定義得到瞬時有功功率p和瞬時無功功率q，再經過濾波器，濾波器可用高通濾波器，讓高次諧波通過，而抑制基波部分，也可以用低通濾波器從瞬時功率中取出基波有功成分，把它變換成三相基波電流，再用三相負載電流減去這三相基波電流，再經反變換即得三相補償電流。 

此種方法優點是能快速跟蹤補償電流，進行適時補償，缺點是成本高，系統損耗大，特別當補償諧波次數較高時，需要較高的PWM控制開關頻率。

(3)自適應用檢測法、預測檢測法、基于滑模原理的方法等。

以上是檢測電流的方法，電流檢測出后，我們還必須對補償電流進行控制，它也有3種控制方法，這3種方法各有優劣。

(1)滯環控制可獲得較好的控制性能，兼有快速響應，開關頻率不太高和簡單易行的特點，被廣泛使用。

(2)三角波載波線性控制利用一個三角波和高次諧波比較從而得到不同時刻逆變器的開關狀態。此方法的響應速度快，缺點是開關頻率不固定且較高，產生噪聲和造成較大的開關損耗及高頻失真。

(3)無差拍控制是一種在電流滯環比較控制技術基礎上發展起來的全數字化控制技術。該方法利用前一時刻的補償電流參考值和實際值，計算出下一時刻的電流參考值及各種開關狀態下逆變器電流輸出值，選擇某種開關模式作為下一時刻的開關狀態，從而達到電流誤差等于零的目標。該方法的優點是能夠快速響應電流的突然變化；缺點是計算量大，而且對系統參數依賴性較大。

隨著高速DSP(數字信號處理機)芯片的應用，近年來不斷有新的改進方法出現。4 結語

電力系統中的諧波“污染”已經十分的嚴重，日本作為電力電子技術最發達的國家，有源電力濾波器已經到了普及應用階段。在我們國家，現在很多的大學和科研機構都在進行諧波抑制技術方面的研究，已經取得了很大的進展。相信在不久的將來，我們也會開發出適合我國國情的諧波抑制裝置。參考文獻 1王兆安，等.諧波抑制和無功功率補償.北京：機械工業出版社，1998 2秦梅，等.三相平衡和不平衡系統中有害電流的檢測技術.電工技術雜志，2000 3胡銘，等.有源濾波技術及其應用.電力系統自動化，2000 4王曉毛.基于DSP有源電力濾波器的研究.廣東工業大學碩士學位論文，2000 5赤木教授.有源電力濾波器全數字控制系統的調試要點.馮垛生譯（日）.東京工業大學，2002

第五篇：諧波如何產生范文

諧波如何產生？

答：向公用電網注入諧波電流或在公用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設備，交流控制器和電弧爐、感應爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，從而產生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數，根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統中，由于對稱關系，偶次諧波已經被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業企業也越來越多的使用產生諧波的電氣設備，例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。這些設備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統正弦電壓產生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設備本身的特性及其工作狀況，而與電網參數無關，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產生的諧波次數與其電路形式有關，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發脈沖不對稱或非穩定工作狀態下，上述電路還會產生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當電網接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網。但當各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量(最多可達20%)進入電網。