由于交流電網有效分量為頻單頻率，因此何與頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波。由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產生諧波。主要非線性負載有UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等。
諧波來源
是發(fā)電源質量不產生諧波
發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到對對稱，鐵心也很難做到對均勻致和其他些原因，電源多少也會產生些諧波，但般來說很少。
二是輸配電系統(tǒng)產生諧波
輸配電系統(tǒng)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，加上變壓器時考慮經濟性，其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，變壓器作點偏離線性越遠，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分缺角的正弦波，顯然在留下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(tǒng)計表明：由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%，這是大的諧波源。
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(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的率般較大，隨著變頻調速的發(fā)展，對電網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很難同時接觸到低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)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次、7次諧波，平均可達基波的8% 、20%，大可達45%。
氣體放電類電光源。熒光燈、壓汞燈、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性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安性，它們會給電網成奇次諧波電流。
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。這些家用電器雖然率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之。
電力系統(tǒng)中諧波的來源
電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設備，也就是說來自發(fā)電設備和用電設備。由于發(fā)電機的轉子產生的磁場不可能是善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)出的電壓波形不可能是點不失真的正弦波。目前我應用的發(fā)電機有兩大類：隱機和凸機。隱機多用于汽輪發(fā)電機，凸機多用于水輪發(fā)電機。
對于諧波分量而言，隱機優(yōu)于凸機，但隨著科步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發(fā)電機的諧波分量有所上升。當發(fā)電機的端電壓于額定電壓的10%以上時，由于電機的磁飽和，會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓過額定電壓10%以上時，也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網電壓偏移在±7%以下，所以發(fā)電、變電設備產生的諧波分量都小，比家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網電壓波形方面質量的主要矛盾。
為此，影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備，也就是說非線性用電設備是主要的諧波源，非線性用電設備主要有以下四大類：
· 電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。
· 交流整流的直流用電設備：如電力機車、電解、電鍍等。
· 交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。
· 開關電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。
這些用電設備都是非線性用電設備，但它們產生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：
電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會起弧，才會有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，成弧電流與弧電壓的非線性。
此外，弧電流的波形還有定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波，成電弧加熱設備對電網的諧波污染大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實電焊機在上紀四、五十年代已廣泛應用，由于電弧加熱設備量少，電焊機應用的同時率就更小了，對整個電網的影響小，但發(fā)現(xiàn)當在燒電焊時，局低壓電網的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。
交流整流直流用電設備的諧波產生的原因是由于整流設備有個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零。這類用電設備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感)，從而使閥電壓提，加激了諧波的產生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數(shù)低。
交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電設備樣，它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流，這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波，也有次諧波。
雖然這類設備單臺容量比上述兩類設備容量要小，但它的分布面廣，數(shù)量多，是推廣使用的手段，因此它的諧波污染應引起足夠關注。
開關電源設備應用很廣，它的作原理是把交流整流成直流，通過開關管控制變壓器初電流的開通和關閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開關電源的頻率般在40kHz左右，不僅在整流時產生諧波，而且在開關管開閉時，反射40kHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單臺容量不大，但它是應用面廣、量大的非線性用電設備，它還有定量的三次諧波，成配變的中心線電流居不下，而且三次諧波還會通過配變污染到10kV電網。
諧波研究
“諧波”詞起源于聲學。有關諧波的數(shù)學分析在18紀和19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(tǒng)的諧波問題早在20紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德，由于使用靜止汞弧變流器而成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)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，由于壓直流輸電的發(fā)展，發(fā)表了有關變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所成的危害也日趨嚴重。界各都對諧波問題予以充分和關注。際上召開了多次有關諧波問題的學術會議，不少家和際學術組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設備諧波的標準和規(guī)定。
折疊意義
諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。
折疊諧波抑制
為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條：條是裝設諧波補償裝置來補償諧波，這對各種諧波源都是適用的;另條是對電力電子裝置本身行改，使其不產生諧波，且率因數(shù)可控制為1，這當然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。
裝設諧波補償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用LC調諧濾波器。這種方法既可補償諧波，又可補償無率，而且結構簡單，直被廣泛使用。這種方法的主要缺點是補償性受電網阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。
折疊無補償
人們對有率的理解非常容易，而要深刻認識無率卻并不是輕而易舉的。在正弦電路中，無率的概念是清楚的，而在含有諧波時，至今尚無獲得公認的無率定義。但是，對無率這概念的重要性，對無補償重要性的認識，卻是致的。無補償應包含對基波無補償和對諧波無率的補償。
無率對供電系統(tǒng)和負荷的運行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網絡元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說，為了輸送有率，就要求送電端和受電端的電壓有相位差，這在相當寬的范圍內可以實現(xiàn);而為了輸送無率，則要求兩端電壓有幅值差，這只能在很窄的范圍內實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網絡元件消耗無率，大多數(shù)負載也需要消耗無率。網絡元件和負載所需要的無率從網絡中某個地方獲得。顯然，這些無率如果都要由發(fā)電機提供并經過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無率的地方產生無率，這就是無補償。
無補償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c：
(1) 提供用電系統(tǒng)及負載的率因數(shù)，降低設備容量，減少率損耗。
(2) 穩(wěn)定受電端及電網的電壓，提供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態(tài)無補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提輸電能力。
(3) 在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合，通過適當?shù)臒o襝可以平衡三相的有及無負載。
折疊產生
在業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無率在電力系統(tǒng)所提供的無率中占有很的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗些無率。阻感負載吸收無率才能正常作，這是由其本身的性質所決定的。
電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無率，別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流率調整電路和周波變流器，在作時基波電流滯后于電網電壓，要消耗大量的無率。另外，這些裝置也會產生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無率的。二管整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無率。但是它也產生大量的諧波電流，因此也消耗定的無率。
近30年來，電力電子裝置的應用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例大。常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為多。帶阻感負載的整流電路所產生的諧波污染和率因數(shù)滯后已為人們所熟悉。直流側采用電容濾波的二管整流電路也是諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波率因數(shù)接近1。 但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網成嚴重污染，也使得總的率因數(shù)很低。另外，采用相控方式的交流電力調整電路及周波變流器等電力電子裝置也會在輸入側產生大量的諧波電流。
折疊危害
1.無率的影響
(1)無率的增加，會導致電流增大和視在率增加，從而使發(fā)電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加。同時，電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。
(2)無率的增加，使總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。
(3)使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。
2.諧波的危害
理想的公用電網所提供的電壓應該是單而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網是種污染，它使用電設備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就行過些研究，并有定認識，但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速使得公用電網的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們度的關注。諧波對公用電網和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面。
(1)諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災。
(2)諧波影響各種電氣設備的正常作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、緣老化、壽命縮短，以至損壞。
(3)諧波會引起公用電網中局的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述(1)和(2)的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。
(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。
(5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量;重者導致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常作。
基本介紹
電能質量的好壞，直接影響到業(yè)產品的質量，評價電能質量有三方面標準。是電壓方面，它包含電壓的波動、電壓的偏移、電壓的閃變等;其次是頻率波動;后是電壓的波形質量，即三相電壓波形的對稱性和正弦波的畸變率，也就是諧波所占的比重。我對電能質量的三方面都有明確的標準和規(guī)范。
隨著科學的發(fā)展，隨著業(yè)水平和人民生活水平的提，非線性用電設備在電網中大量投運，成了電網的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網的供電損耗，而且干擾電網的保護裝置與自動化裝置的正常運行，成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網的安運行。舉個常見的例子來說，電子節(jié)能燈在使用量所占比重較小的電網中運行，的確比常用的白熾燈好，不僅亮度又省電，而且使用壽命也長。但是相反，在大量投運節(jié)能燈后，就會發(fā)現(xiàn)節(jié)能燈的損壞率大大提。這是由于節(jié)能燈是非線性負荷，它產生較大的諧波污染了這片電網，成三相負荷基本平衡情況下，中心線電流居不下，線電壓與相電壓之比比1要小得多，成了該片電網供電質量下降，用電設備發(fā)熱增加，電網線損增加，使得該區(qū)的配變發(fā)熱嚴重，嚴重影響其使用壽命。因此我們對非線性用電設備產生的諧波行治理，使諧波分量不過家標準。
傅里葉數(shù)
法數(shù)學家傅立葉在1807年就寫成關于熱傳導的基本論文《熱的傳播》，向巴黎科學院呈交，但經拉格朗日、拉普拉斯和勒讓德審閱后被科學院拒，1811年又提交了經修改的論文，該文獲科學院大獎，卻未正式發(fā)表。傅立葉在論文中推導出的熱傳導方程 ，并在求解該方程時發(fā)現(xiàn)解函數(shù)可以由三角函數(shù)構成的數(shù)形式表示，從而提出函數(shù)都可以展成三角函數(shù)的無窮數(shù)。傅立葉數(shù)(即三角數(shù))、傅立葉分析等理論均由此始。
1822年，傅立葉出版了著《熱的解析理論》(Theorieanalytique de la Chaleur ，Didot ，Paris，1822)。這經典著作將歐拉、伯努利等人在些殊情形下應用的三角數(shù)方法發(fā)展成內容豐富的般理論，三角數(shù)后來就以傅立葉的名字命名。傅立葉應用三角數(shù)求解熱傳導方程，為了處理無窮區(qū)域的熱傳導問題又導出了當前所稱的“傅立葉積分”，這切都大地推動了偏微分方程邊值問題的研究。然而傅立葉的作意義遠不止此，它迫使人們對函數(shù)概念作修正、推廣，別是引起了對不連續(xù)函數(shù)的探討;三角數(shù)收斂性問題更刺激了集合論的誕生。因此，《熱的解析理論》影響了整個19紀分析嚴格化的程。傅立葉1822年成為科學院終身秘書。
根據(jù)傅立葉數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為常數(shù)與組具有共同周期的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和。
滿足Dirichlet條件的、以T為周期的時間的周期函數(shù)f(t)，在連續(xù)點處，可用下述的三角函數(shù)的線性組合(傅里葉數(shù))來表示：
上式稱為f(t)的傅里葉數(shù)，其中，ω=2π/T。
n為整數(shù)，n>=0。
n為整數(shù)，n>=1。
在間斷點處，下式成立：
a0/2為信號f(t)的直流分量。
令
c1為基波幅值，cn為n次諧波的幅值。c1有時也稱次諧波的幅值。a0/2有時也稱0次諧波的幅值。
諧波的頻率然也等于基波的頻率的整數(shù)倍，基波頻率3倍的波稱之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱之為五次諧波，以此類推。不管幾次諧波，他們都是正弦波。
