如何通过时间控制器实现谐波源设备的错峰运行

当治理对象扩展至商铺、车间等含有多台非线性负载的场景时，谐波特性呈现频谱复杂、动态变化的特点，需采用更智能的治理手段。

有源滤波器(APF)通过IGBT等全控型器件生成与谐波相位相反的补偿电流，其核心优势在于对0-2kHz范围内任意次数谐波的实时跟踪补偿。某印刷车间安装100A有源滤波器后，系统总谐波畸变率(THD)从25%降至4.7%，设备误停机次数由每月3次降至零。安装时需注意：APF应并联在配电母线处，靠近谐波源集中区域;容量选择需考虑负载同时率，通常按总非线性负载电流的20%-30%配置;对于存在三相不平衡的场景，建议选用四线制APF以同时补偿零序谐波。

在配电系统中引入隔离变压器，可通过其漏感形成自然滤波效果。某汽车4S店在维修车间进线端加装一台100kVA隔离变压器后，3次谐波电压从8%降至3.2%。设计时需注意变压器短路阻抗的选择，通常3次谐波抑制需5%以上的阻抗，若需兼顾5次谐波则需提升至7%。对于既有系统改造，可采用串联电抗器的方式模拟变压器阻抗。例如在变频器进线端加装3%电抗率的进线电抗器，可使电机电缆的共模电压降低60%，同时抑制高频谐波传导。除硬件治理措施外，建立科学的运维管理制度可有效预防谐波问题恶化。

通过时间控制器实现谐波源设备的错峰运行。某连锁超市将20台商用电磁炉分为两组，每组运行时间间隔1小时，使峰值谐波电流从120A降至75A。对于必须同时运行的设备，可采用软启动器限制合闸冲击电流，某注塑车间通过此方法将启动时的5次谐波峰值降低40%。中性线虚接是导致3次谐波放大的常见隐患。建议每季度检查配电箱内中性线端子紧固度，使用红外测温仪监测连接点温度。对于TN-C系统中性线与PE线重复接地的情况，应改造为TN-S系统以消除零序谐波的传导路径。手持式电能质量分析仪可快速定位谐波源。某写字楼通过监测发现，某层办公区的5次谐波异常，最终锁定为10台老化电脑的开关电源故障。对于预算有限的场景，可采用带谐波分析功能的万用表进行初步筛查，重点监测电压THD与各次电流畸变率。

交流电网中，由于许多非线性电气设备的投入运行，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。对周期性交流量进行傅里叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量称为基波(fundamental)，得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量称为谐波(harmonic，HR)，得到的频率不等于基波频率整数倍的分量称为间歇波(interharmonic，IHR)。任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

基波频率为电网频率(工频50Hz)，谐波次数(h)是谐波频率与基波频率的整数比，间歇波次数(ih)是间歇波频率与基波频率的比值。如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则是150Hz。

谐波按照相序，分为正序谐波(第4、7、10、...、3h+1次)，负序谐波(第2、5、8、...、3h-1次)、零序谐波(第3、6、9、...、3h次)。按照谐波次数，分为偶次谐波、奇次谐波、间歇波(非整数次谐波)。

一般来说，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13等，变频器主要产生5、7次谐波。

是跟咱们电网频率一样的主流力量，比如咱们国家是50赫兹，那这股力量就是50赫兹的正弦波，我们叫它“基波”。

但除了这股主流力量，还有很多其他的小股力量，它们的频率是基波频率的整数倍。

比如，如果基波是50赫兹，那可能还有100赫兹、150赫兹、200赫兹等等这些频率的波形。

这些频率是基波整数倍的“小股力量”，就是我们说的“谐波”。

它们就像是原本纯净的音乐里，突然混进了一些不和谐的“杂音”或者“噪音”，让整个电网的“音乐”听起来不那么舒服了。

那么，这些“谐音”究竟和设备故障烧毁有没有直接关系呢?

坦白说，不能简单地把所有设备烧毁的责任都推到谐波头上，毕竟设备损坏的原因有很多，比如用得太猛了、线路短路了、电压太高了、绝缘老化了、产品本身质量不好、散热条件差、平时没好好维护等等。

但话说回来，谐波确实是导致或加速设备“短命”的一个重要因素，它可不是个“省油的灯”，主要有这么几大“罪状”：

首先，它会让设备“发烧”。

电流流过任何电器设备，都会因为电阻产生热量，这叫损耗。

但谐波电流的频率高，变化快，它在设备里流窜的时候，会额外增加一种叫“涡流损耗”和“磁滞损耗”的东西。

打个比方，就像你用一根水管浇花，如果水流是平稳的，水管会有点温;但如果水流不停地抖动、冲击，水管肯定会更热。

特别是对于电动机、变压器、电缆这些“大块头”来说，谐波电流会让它们内部的温度升高，甚至局部过热。电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备 (大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等)的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。

谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。

● 谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等;使变压器局部严重过热;使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。

● 引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。

● 谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。

● 临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无法正常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

理想的公网电网应当提供单一且稳定的频率以及规定的电压幅值。然而，谐波对公用电网和其他系统造成的危害不容忽视，主要体现在以下几个方面：

谐波电流流经变压器时，会显著增加铁芯损耗，导致变压器过热，进而缩短其使用寿命。

当谐波电流通过交流电动机时，不仅使电动机铁芯损耗增大，还会引发转子振动，对机械加工产品的质量产生严重影响。

电容器对高次谐波的阻抗非常小，因此当含有高次谐波的电压施加在电容器两端时，电容器很容易过负荷而损坏。

谐波电流会导致电力线路的电能损耗增加。

谐波可能引起电力系统的电压谐振，产生过电压，有可能击穿线路设备的绝缘。当大量的3次谐波流过中性线时，线路可能过热，甚至引发火灾。

谐波会使系统的继电保护和自动装置发生误动作，同时导致电气测量仪表的计量不准确。

谐波产生的附加磁场干扰会影响电子仪表和通讯系统的正常工作，从而降低通讯质量。