有源电力滤波器的仿真研究(4)

谐波到底是怎么产生的呢?在我们的认知范围内想到的往往是理想的干净的供电系统，其电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。在这种情况下是没有任何谐波的。但是在实际的供电系统中，有大量的非线性负荷存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就发生正弦波的畸变形成非正弦电流。那么，任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为15Hz，二次谐波为30Hz，三次谐波则为45Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波等等。

所以，通过上边的讨论我们发现所有的非线性负荷都能产生谐波电流，例如：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机、电冰箱等等。

1.1.2谐波的危害

从二十世纪六七十年代以来，由于大功率电力电子装置的广泛应用、大量家用电器的使用以及其它各种非线性负载的增加，导致电力系统波形畸变日益严重，加上为了充分利用电工材料，对电工设备日益倾向于采用在其磁化曲线临界情况甚至饱和区段下工作，导致这些设备的励磁电流波形严重偏离正弦波而发生畸变，这些畸变成分是电力系统中谐波产生的根源。谐波对电力系统电磁环境的污染日趋严重并且会危及系统本身和广大电力用户，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，对国民经济和生产、生活造成了不必要的损失，因此谐波污染的严重性受到专家和学者越来越多的关注，对电力谐波进行治理刻不容缓。

其危容主要表现在以下几个方面：

1.产生附加损耗，增加设备的温升。与基波电流相比，尽管谐波电流所占的比例不太大，但设备的有效电阻会因集肤效应而增大，在有铁芯的电器设备中，铁芯的磁滞损耗和涡流损耗也将增大。这些附加损耗除增加电力系统的损耗外，还使设备温升增加，尤其是局部发热点的温升可能增加更多，使设备绝缘老化加速。

2.恶化绝缘条件，缩短设备寿命。除附加发热影响绝缘寿命外，还因为在较高频率的电场作用下，绝缘的局部放电加剧，介质损耗显著增加，致使温升提高。

3.引起电机的机械振动。由谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生的脉动转矩使电机发生机械振动，当电机机械系统的自然频率在受到上述转矩激发而引起共振时，会损坏电机设备，甚至危及人身的安全。

1.1谐波及其抑制

1.1.1谐波的产生

“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪己奠定了良好的基础。傅立叶等人提出的谐波分析方法至今仍在广泛采用[2]。

从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的的意义已经变得与原意有些不符。