在输电、工业、电力电子等场合一般有以下几种情况:
(1)在多数情况下,谐波是由非线性负荷产生的,主要是整流滤波,它在电网中产生PN次谐波,P是一个周期内整流形成的直流波头数,N是自然数,三相整流最低谐波次数是5 次。
(2)在中频炉、变频器等逆变类负荷中,逆变频率与电网频率无关,会产生频率并不是基波的整数倍谐波,有人称其为分数次谐波。但这些谐波被整流滤波电路隔离不会直接反馈到电网中去。
(3)在电弧炉、电解铝、氯碱厂等大型冲击性不对称负荷中,虽然谐波的成分非常复杂且含量很大,但由于其工作的间断性产生的谐波多为间谐波,特点是持续时间短,频谱杂乱,叠加后形成白噪声。这类谐波可以通过在谐波负载前加装低通滤波器进行治理。
(4)电力机车是人们公认的谐波源,但电力机车主要形成的是陷波和不平衡负载,通过Y/接线的变压器后3 的倍数次谐波被隔离,注入电网的谐波成分与逆变类负荷一样,所以电网谐波的主要成分是5、7、11、13、17、19……次谐波。
2 谐波在无功补偿中的危害
电网谐波与无功补偿中并联电容器的运行有较大的关系,因为电容器可能使电网中的谐波电流放大,有时甚至在电网中产生谐振,使电器设备受到严重损坏,破坏电网的正常运行。谐波放大时,大量的谐波电流在电网与补偿电容之间往复交换,使包括变压器及电容器等电网上的设备出现过载并产生机械振动,释放大量的热量,加快损耗设备的同时也使电网正常运行的可靠性大大降低。所以谐波放大是动态无功功率补偿设计中要考虑的首要问题。在供电系统中作为无功补偿用的并联电容器,对于某次谐波若与呈感性的系统电抗发生并联谐振,则可能出现过电压而造成危害。过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝、群爆甚至烧损。
电压波形发生畸变,就意味着它的波形变成非正弦波,由于这种非正弦波是周期性的,所以可用数学分析方法的傅立叶级数表达式将它分解为基波和各种倍数频率的高次谐波。