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电力系统中大量谐波的存在造成了电力系统中电压与电流的不对称，大大降低了电能的质量，给电力系统带来了巨大的危害根据其危害的不同范围，可以分为两个方面:一是对电力系统设备的危害;二是对电力运行系统的危害 。
对电力系统设备的危害
电力系统中产生的高次谐波可能引起电力系统中多种不良的效应，如串联或者并联谐振会造成电压和电流持续过高，以及机械谐振等后果，进而导致电线过热，绝缘性减弱以及轴扭振等主要危害有以下几种 :
(1)烧毁电容器和电抗器
在电力系统中，为了使负载的无功功率达到额定系数，提高功率因数，电力企业在安装过程中，经常会在变电所安装并联的电抗器另外，为了降低或抑制谐波，经常会同时装备电抗器和电容器，组合在一起成为过滤谐波的滤波器，在工频频率下，能够成功地抑制谐振的产生但是，这也会造成谐波频率的系统感抗增加，容抗降低，就可能导致产生串并联谐振而这种谐振会造成谐波电流大大增加，对电力系统设备造成很大的危害，甚至会烧毁电容器和电抗器，在以往的由谐波引发的电力事故中，烧毁电容器和电抗器的比例非常高、
(})缩短电机寿命 电力系统中产生的谐波可能引起旋转电机和变压器的损耗和过热，另外，还可能产生机械共振、噪音以及电压持续过高，这会造成电机寿命大大缩短，严重时甚至直接损坏电机当谐波电流通过变压器时，会导致铁损耗和铜损耗增加随着谐波频率的不断增加，铁损耗也逐步扩大，同时，也会引起变压器外部设备、硅钢片以及紧固件的发热，就可能引起局部过热，从而影响电机使用寿命，甚至烧毁电机
(3)引起控制系统失控
目前，电力电子元件以及硅整流器在电力系统中得到了普遍的应用，几乎存在于系统中的各个装置之中这些电力电子元件在运行的过程中会产生大量的谐波，随着电流融入电网另一方面，外部畸变会对换流器和整流装置的运行产生巨大的影响，可能导致整个电力系统失控，造成晶闸管损坏，进而严重影响换流装置的性能，产生不良后果
(4)引起程序错乱
在数字电路中，所有的逻辑组件都有相应的干扰信号容限，一旦谐波的干扰超过了部件的干扰信号容限，就会对触发器和储存器造成严重的影响，可能会破坏其储存的信息，即使排除谐波干扰，也会留下相应的痕迹，系统仍不会恢复到以前的工作状态同时，谐波干扰也会破坏微处理器中的系统程序，造成程序错乱甚至停机、
对电力系统运行的危害
电力系统谐波对电力系统运行的危害非常大，主要有以下几个方面:
(1)对电网的危害
电力系统产生的谐波会通过电流进入电网，进而在线路上产生有功功率损耗通常情况下，谐波电流所占的比例较小，但是其频率非常高，而受到导线集肤效应的影响，谐波产生的电阻远远大于基波电阻，所以，谐波造成的线路损耗就比基波产生的损耗高得多另外，如果流入电路中断路器的谐波频率过大，会造成断路器的断开能力减弱，甚至无法工作，对电网产生严重的影响和危害、
(2)对继电保护装置的危害
谐波的存在会造成继电保护装置性能发生很大的改变，可能导致各类保护装置功能失灵，无法有效地保护系统比如对于发电机中的负序电流保护装置，谐波的存在就会引起负序电流保护装置误动或者不动，对发电机以及整个电网的安全运行造成巨大威胁、
(3)对计量系统的危害
高次谐波会造成电能表向负方向的误差增大，导致实际计量的电能低于实际消耗的电能在线性负荷中，基波功率与谐波功率方向一致，所以，电能表的计量结果大于基波电能，但是却小于基波与谐波电能的总和;而在非线性负荷中，基波功率与谐波功率方向相反，所以，电能表的计量结果小于基波电能，但大于基波与谐波电能的总和无论哪种情况，都造成电力系统中计量系统产生误差、
被动式治理
即通过一些谐波吸收装置吸收各个用户负载产生的谐波，以限制超过有关标准的过量谐波注入电网。这种谐波治理技术的应用对象主要是工业电网负载，目前有两种主要方式:①在电网上简单并联无源滤波器组;②在电网上串联或并联或混合联上电力有源滤波器。这种方式的特点是先检测出负载产生的谐波电流或者谐波电压，再利用电力电子器件产生与该电流成一定比例的谐波电流或谐波电压抵消负载产生的谐波电流或者谐波电压的影响，使得流入电网的谐波电流达到最小 。
主动式治理
即设计出不产生谐波的变流器，使得负载自身不产生电流或电压谐波。主动式谐波治理技术的应用对象包括工业电网大功率负载。
从20世纪60, 70年代以来，谐波治理技术发展得到长足的进步。但是出于经济性和可靠性等方而的考虑，目前它还难以为电力电子装置的生产厂家以及谐波源电力用户所自愿推广应用。从用户需求角度出发，对已有谐波治理的技术手段进行深入地分析，改进和突破，开发出更加可靠和更具优良性价比的装置和技术是目前谐波治理技术发展的重点之一。 以山东省一家冶金行业的企业为例，某钢铁集团所属的轧钢厂在20世纪90年代初安装的轧钢供电设备的原设计的月平均功率因数是0. 930 90年代末开始，因电网谐波原因无法按设计的功率因数运行，实际的月平均功率因数只能达到0. 86，从而造成每个月10多万元的罚款损失。目前这种现状为被动式谐波治理技术的推广应用提供了一次难得的机遇。有政策方而的，有产业结构方而的，也有谐波抑制技术成本方而的等等。目前有源电力谐波抑制技术的成本相对于传统无源谐波治理方案以及企业对付谐波问题的其他策略方案的成本偏高，难以为普通电力用户所接受。对于该厂供电系统，最佳的无功补偿点是在6kV母线处。目前他们不愿意采用有源电力滤波方案，主要原因有两个:①相对于简单的低压无功设备，有源方案价格显得过于昂贵，投资的回报周期长;②担心有源方案的可靠性 。
这家企业基本反映了目前潜在市场为什么就有源电力滤波器技术采取“持币观望”的态度，也对被动式谐波抑制技术的应用研究提出了新的期望与挑战，即在不失有源电力滤波器的滤波J哇能的前提下，如何大力降低逆变器的容量，提高装置的性价比。大力减低有源滤波器本身的功率损耗，减少装置的运行费用。对用户负载的工作特性和谐波补偿装置自身的工作特性进行深入地分析与研究，特别是对装置运行的可靠性进行充分地论证。
在民用电网方而，随着家用电器的普及特别是变频家电市场的不断扩张，谐波的消极影响也日益显现。但是该标准的执行将带来新的问题，以典型的变频家电一变频空调为例，全国目前空调年销量在1000万台以上，其中变频空调所占的比例日益上升，用无源方案来限制入网谐波电流。最常见的方案是在AC/DC环节上采用BOOST电路方式的PFC技术。
逆变环节的输出电压可以提高，线电流减少，逆变器器件导通损耗与电机的损耗下降;这样的能耗成本也许对单个用户来说是微不足道的，但是家电特点是数量庞大，即使是1%的损耗对整个社会的能源成本的提高也是不可忽略。工业电网有源电力滤波器方案及其应用研究中几个关键技术。
工业电网用户一般功率等级比较大，目前国内用户基本采用被动式方案来治理电网谐波。按照被动式谐波治理技术采用的电路结构可以分为:无源滤波器方案和有源滤波器方案两大类。
无源滤波器方案成本低、技术成熟，但存在以下缺陷
1）谐振频率依赖于元件参数，因此只能对主要谐波进行滤波，LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。
2)滤波特性依赖于电网参数，而电网的阻抗和谐波频率随着电力系统的运行工况变化而随时改变，因而LC网络的设计较为困难。
3)电网系统阻抗可能与LC网络产生串并联谐振，从而产生谐波过电压或者谐波电流放大的现象，影响电网的稳定运行和供电质量。
4)临近谐波源的谐波电流注入本地滤波器，致使本地滤波器过载。
谐波是一系列的正弦波，其频率是基波的整数倍这一系列的正弦波中，存在无数种频率不同、幅值不同的频率波，这些正弦波会造成电力系统中的正弦电流以及电力系统电压不对称，对系统造成非常严重的危害
电力系统向非线性设备以及负荷设备供电时会产生高次谐波电力系统向这些设备传递和供给基波能量的同时，也将一部分的基波能量转换为谐波能量，进而产生高次谐波，这一系列高次谐波导致电力系统中的电压和电流波严重畸变，对电力系统的稳定性和安全性造成巨大的影响、
外置串联13%电抗器动态谐波抑制电容器，是指采用13%电抗率的电抗器串联电容器，并用晶闸管投切的容抗组件，这类产品市面上很多厂家，形形色色的种类太多，主要要看质量和使用效果，性价比好的智能滤波补偿模块...
抑制器还有除消减噪音外的其它优点。抑制器能改变射击的声音和声音的散播方式，因而增加了确定射手位置的难度。多数抑制器还可有效地减轻后座力。抑制器还可使射出枪管的高温气体足够冷却，以使从枪管喷出的铅蒸汽的...
绝大多数抑制器的原理是使枪管内的高压气体在喷出枪口之前得以相对缓慢地膨胀，由于降低了气体喷出的速度，这可显著地降低噪音。这个过程就如同慢慢打开一罐碳酸饮料时听到的是咝咝的声音而不是通常的“啪”的一声。...
从我国电力系统来看，谐波抑制工作已取得了显著的效果，具体的方法如下
增加整流的相数
针对具有整流元件的设备，可以增加整流相数或者增加整流的脉动数 ，从而有效地抑制频率稍低的谐波当整流相数增加至一倍时，谐波电流将下降4-5倍，大大降低了谐波的数量比如，当整流相数为6相时，谐波电流是基波电流，而当整流相数达到12相时，谐波电流仅是基波电流。
安装交流滤波器
在容易产生谐波的设备上，安装交流滤波器，可以有效降低连接设备的谐波电压，从而抑制电力谐波的产生交流滤波器由不同的元件串联而成，形成一个串联谐振电路，利用其阻抗最小的优势，有效消除高次谐波在运行中，谐波器和滤波器之间是并联关系，不但起到过滤谐波的作用，也为系统提供无功补偿、
装设无功补偿装置
电力系统中存在许多变化极快的谐波源，t匕如机车、电弧炉、轧钢机等，这些设备不但会产生大量的谐波，而且会引起供电电压的不稳定，甚至造成电力系统中电压的不平衡，严重影响电能的质量因此，在产生谐波的谐波源附近，装设无功补偿装置，可以有效减少其产生的谐波的数量，也可以保持系统电压的稳定和平衡目前，这种方法已取得较好的效益，得到了普遍的应用、
使用新型的有源电力滤波器
有源电力滤波器是最新研制出的一种谐波滤波器，与传统的无源滤波器有本质的区别、有源电力滤波器不仅能够吸收固定频率的谐波，也能对处于动态变化的谐波以及无功进行补偿有源电力滤波器在工作时，可以从补偿对象中检测出谐波电流，并产生一个与之相等但极性相反的补偿电流，两者互补之后，电网电流中仅剩下基波分量、有源电力滤波器不仅能对动态变化的谐波进行补偿，而且在补偿时不会受到电网阻抗的影响，因此，在实际应用中得到高度重视，被广泛使用 。
变频空调电流谐波抑制方案
变频空调电流谐波抑制方案
本文介绍了空调变频控制系统中电流谐波产生的原因、危害并且论述了抑制电流谐波的有关方案和效果。
试论现代建筑电气设计中的谐波抑制
试论现代建筑电气设计中的谐波抑制
谐波抑制是建筑电气的一个重要问题,而在建筑逐步智能化的今天,电气谐波呈现出新特点。本文对现代建筑电气中的谐波问题进行了分析,阐述了其可能造成的危害,并总结了谐波抑制的措施。
1．抑制谐波的基本原则
抑制变频器在运行中产生谐波的方法是进行谐波补偿，也就是增加谐波补偿装置，使输入的电流成为正弦波。
2．方法
传统的谐波补偿装置多采用设置LC调谐滤波器的方法来抑制谐波，这种抑制方法既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率。不足之处是其补偿特性易受电网阻抗与运行状态的影响，容易与系统产生并联谐振，进而造成谐波放大，容易导致LC调谐滤波器过载，甚至烧坏。
另一方面，LC调谐滤波器仅能补偿固定频率的谐波且补偿效果不甚理想。不过，由于LC调谐滤波器的结构简单、成本较低、设置容易，故仍然被广泛应用。 2100433B
抑制谐波和提高功率因数是涉及电力电子技术、电气自动化技术和电力系统的一个重大课题。随着电力电子技术的不断进步，新型有源谐波抑制技术和无功功率补偿技术得到了迅速的发展。本书主要介绍有源电力滤波器、混合型电力滤波器、静止无功补偿装置、静止无功发生器等谐波抑制和无功补偿新技术。本书叙述力求简洁，强调物理概念，注重理论联系实际。
第3版主要增加了基于时域变换的谐波和无功电流检测方法、并联注入式混合型电力滤波器以及基于多电平变流器的无功功率补偿和有源电力滤波装置等内容，也对其他主要章节进行了数据（实例）更新和文字修订。
本书可作为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统领域的工程技术人员和研究人员的参考书，也可供上述专业范围的教师和研究生阅读。
弧焊逆变电源的谐波抑制的研究
摘要：针对弧焊逆变电源谐波产生的原因、特点及危害，介绍了无源滤波器、有源滤波器、软开关技术等抑制对策，以及三种谐波抑制措施特点。通过分析指出，传统的无源滤波方式存在不足，而有源滤波能弥补它的不足，另外，软开关技术的应用，在一定程度上也可以达到良好的滤波效果。
0 前 言
自20世纪70年代以来，随着电力电子技术的不断发展，逆变技术逐步被引进焊接领域。到了80年代，性能优良的大功率电子元器件如功率晶体管、场效应管， IGBT等相继出现，促进了弧焊电源的进一步发展。逆变电源正是运用这些先进的功率电子元器件和逆变技术发展起来的，它比传统的工频整流电源节材80%～90% ，节能20%～30% ，动态响应速度提高2～3个数量级。由于优点众多，目前逆变电源已成为弧焊电源的主要发展方向之一。但逆变电源发展中还存在不少问题，诸如可靠性与市场管理等，其中尤为重要的是谐波干扰的电磁兼容性( EMC)问题。谐波抑制技术是一个崭新的研究方向，国内外很多专家和学者对谐波的理论和抑制方案进行了研究和探索。受各种条件限制，国内焊机的研制者往往很少考虑产品的电磁兼容性。从1996年开始，欧洲共同体市场对电子产品的电磁兼容性能提出了更严格的要求，解决谐波问题也就更加迫在眉睫。
我国虽起步较晚，但也颁布了相应的标准，并规定自2003年8月开始强制执行。
1 弧焊逆变电源的谐波分析
1. 1 谐波产生原因
自1972年美国研制出第一台300 A晶闸管弧焊逆变电源以来，弧焊逆变电源有了很大发展，经历了晶闸管逆变，大功率晶体管逆变，场效应逆变以及IGBT逆变，其容量和性能大大提高，目前弧焊逆变电源已成为工业发达国家焊接设备的主流产品。
弧焊逆变电源作为一种典型的电力电子装置，虽然具有体积小、质量轻、控制性能好等优点，但其电路中存在整流和逆变等环节，导致电流波形畸变，产生大量的高次谐波。高次电压和电流谐波之间存在严重相移，导致焊机的功率因数很低。谐波产生的原因主要有以下两方面因素：
(1)逆变电源内部干扰源 逆变电源是一个强电和弱电组合的系统。在焊接过程中，焊接电流可达到几百甚至上千安培。因电流会产生较大的电磁场，特别在逆变主电路采用高逆变频率的焊接电源系统中，整流管整流，高频变压器漏磁，控制系统振荡，高频引弧，功率管开关等均会产生较强的谐波干扰。
其次，钨极氩弧焊机如果采用高频引弧时，由于焊机利用频率达几十万赫兹，电压高达数千伏的高频高压击穿空气间隙形成电弧，因此高频引弧也是一个很强的谐波干扰源。对于计算机控制的智能化弧焊逆变电源来说，由于采用的计算机控制系统运行速度越来越高，因此控制板本身也成了一个谐波干扰源，对控制板的布线也提出了较高的要求。
(2)逆变电源外部干扰源 电网上的污染对电源系统来说是较为严重的干扰，由于加到电网上的负载千变万化，这些负载或多或少对电网产生谐波干扰，如大功率设备的使用使电网电压波形产生畸变，偶然因素造成瞬时停电，高频设备的开启造成电网电压波形具有高频脉冲、尖峰脉冲成分。另外在焊接车间内，由于不同焊接电源在使用时接地线可能相互连接，因此如不采取相应的措施，高频成分的谐波信号很容易窜入控制系统，使电源不能正常工作，甚至损坏。
1. 2 谐波的特点及危害
弧焊逆变电源以其高效率电能转换著称，随着功率控制器件向实用化和大容量化方向发展，弧焊逆变电源也将跨入高频化、大容量的时代。弧焊逆变电源对电网来说，本质上是一个大的整流电源，由于电力电子器件在换流过程中产生前后沿很陡的脉冲，从而引发了严重的谐波干扰。逆变电源的输入电流是一种尖角波，使电网中含有大量高次谐波。高次电压和电流谐波之间存在严重相移，导致焊机的功率因数很低。低频畸变问题是当前电力电子设备的一个共性问题，目前在通信行业、家电行业都已引起相当的重视。另外，目前逆变焊机多采用硬开关方式，在功率元件的开关过程中不可避免地对空间产生谐波干扰。这些干扰经近场和远场耦合形成传导干扰，严重污染周围电磁环境和电源环境，这不仅会使逆变电路自身的可靠性降低，而且会使电网及临近设备运行质量受到严重影响。
2 弧焊逆变电源常用的谐波抑制措施
谐波干扰是影响弧焊逆变电源正常工作的一个重要问题，应该得到足够的重视。为抑制谐波水平，保证弧焊逆变电源的正常工作，通常可采用滤波方法。根据所用器件及其滤波原理的不同，可分为无源滤波器和有源滤波器。
2. 1 无源滤波器( Passive Filter，简称PF)
传统的谐波抑制和无功功率补偿的方法是电力无源滤波技术，又称间接滤除法，即使用电力电容器等无源器件构成无源滤波器，与需要补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路，同时提供负载所需的无功功率。具体而言是将畸变的50 Hz正弦波分解成基波及相关的各次主谐波成分，然后采用串联的谐振原理，将由L，C(或者还有R)组成的各次滤波支路调谐(或偏调谐)到各主要谐波频率形成低阻通道而将其滤除。它是在已产生谐波的情况下，被动地防御，减轻谐波对电气设备的危害。
无源滤波方案成本低，技术成熟，但是也存在以下不足：
(1)滤波效果受系统阻抗的影响；
(2)由于其谐振频率固定，对于频率偏移的情况效果不好；
(3)与系统阻抗可能发生串联或并联谐振，造成过负荷。在中小功率场合，正逐步被有源滤波器所替代。
2. 2 有源滤波器(Active Fi1 ter，简称AF)
早在20世纪70年代初，就有学者提出有源功率滤波器的基本原理，但由于当时缺乏大功率开关元件和相应的控制技术，只能用线性放大器等方法产生补偿电流，存在着效率低、成本高、难以大容量化等致命弱点而未能实用化。随着电力半导体开关元件性能的提高，以及相应的PWM技术的发展，使得研制大容量低损耗的谐波电流发生器成为可能，从而使有源滤波技术走向实用化。
有源滤波器的基本原理如图1所示，当系统中出现谐波发生源时，用某种方法产生一个和谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流，且和成为谐波发生源的电路并联连接来抵消谐波发生源的谐波，使直流侧的电流仅为基波分量，不含有谐波成分。
当谐波发生源产生的谐波不能被预计出是何种高次谐波电流，且随时发生变化时，则必须从负载电流il 中检测出谐波电流ih 信号，经检测后的谐波电流ih 信号，经过调制器进行调制，并按制定的方法转换为开关方式控制电流逆变器工作方式，使电流逆变器产生补偿电流ifm并注入到电路中，以便抵消谐波电流ih ( 如图2所示 ) 。
逆变主电路一般采用DC /AC全桥式逆变器电路，如图3 所示。其中的开关元件可用GTO、GTR、SIT或IGBT等大功率可控型电力半导体元件，借助开关元件的通断，控制输出电流波形，产生所需的补偿电流。
电力有源滤波器作为抑制电网谐波和补偿无功功率，改善电网供电质量最有希望的一种电力装置，与无源电力滤波器相比，具有以下优点：
(1)实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应；
(2)可同时对谐波和无功功率进行补偿，且补偿无功功率的大小可做到连续调节；
(3)补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量也不大；
(4)即使补偿对象电流过大，电力有源滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用；
(5)受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；
(6)能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受频率变化的影响；
(7)既可对一个谐波和无功功率单独补偿，也可对多个谐波和无功功率集中补偿。
3 软开关技术
随着电力电子技术向着高频率、高功率密度方向发展，硬开关工作方式的开关损耗及谐波干扰问题日益突出。从提高变换效率、器件利用率，增强电磁兼容性以及装置可靠性着眼，软开关技术对任何开关功率变换器都是有益的。在某些特殊情况(如有功率密度要求或散热条件限制场合)下尤为必要。在无源与有源两大类软开关技术中，不使用额外开关元件、检测手段和控制策略的无源方式有着附加成本低，可靠性、变换效率及性能价格比高等诸多优势，在工业界单端变换器制造领域基本确立了主流地位。对拓扑结构而言，串电感和并电容的方法是唯一的无源软开关手段，由此演变而来的所谓无源软开关技术，实际上就是无损耗吸收技术。就桥式逆变电路而言，从早期的耗能式吸收到后来提出的部分馈能式、无损耗方案，都存在负载依赖性强，工作频率范围窄，附加应力高，网络过于复杂等问题，实用性较差。同时在开关功率器件模块化潮流下，可供放置吸收元件的空间越来越小，适于逆变模块的无损耗吸收技术也很少见诸文献。总的来看，适用于逆变模块化的无源吸收技术因其特殊结构和难度而仍处在进一步研究和发展中。
4 结 论
弧焊逆变电源中存在大量谐波，危害严重。为了抑制谐波，提高功率因数，必须采取相应的抑制措施。传统的PF方式存在明显不足，限制了它的应用，而AF方式能弥补PF的不足，有效抑制弧焊逆变电源的谐波，得到了越来越广泛的应用。软开关技术在一定程度上，也可以实现良好的滤波效果。
谐波抑制