1、引言
近年来，我国卷烟企业大量地采用了硅整流及可控硅设备。这导致供配电质量的严重降低。最为严重的是由这些设备所产生的多次谐波与供配电网络中的系统容抗与系统阻抗在一定参数条件下形成串联或并联谐振，而导致系统中某些设备的损毁事故。谐波对卷烟企业供配电系统的危害已引起人们的重视，抑制谐波，提高供配电电能质量已刻不容缓。
2、谐波的基波概念
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤40。
3、谐波源
谐波通常是由非线性供用电设备所产生的，如变压器、整流器、变流器等。这些设备在吸收基本功率的同时，也产生谐波电流及谐波功率。对于卷烟企业最常见的谐波源为：
3.1 变压器产生谐波
变压器的非线性是因铁芯材料具有非线性磁化曲线引起的。变压器的铁芯磁化曲线除了一般线性区以外，还有饱和区、死区和滞后区这3类典型的非线性区，它以原点对称，在正弦波作用下，励磁电流为对称奇函数。而对三相对称的变压器来说，其3次的奇数倍（即3次、9次、15次、21次…）谐波均为零序，会受到变压器接线方式的影响。故可以认为变压器是1种只产生奇次谐波的电流源型的谐波源。它的谐波次数还受其一、二次侧接线方式（△或Y）的影响，大小则与磁路的结构形式，铁芯的饱和程度等有关。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性工作区越远，产生的谐波电流就越大。
3.2 变流器设备产生谐波
由于生产与科技的发展，卷烟企业经常大量使用整流和变频等交流设备，目前的电气设备都采用开关型电源，其电源侧即是大功率整流电路，其输出侧为了使负载得到更好的控制与运行特性，则使用变压与变频电路。此类设备所产生的谐波既有电流源型的，也有电压源型的。因此，其谐波分量也仅有奇次谐波，有资料显示，此类设备所产生的谐波分量有时可高达基波分量的30%。由于变流设备功率大（30kW—20000kW）、数量多，因此，它对卷烟企业的供配电系统的影响也就极大。
3.3 计算机及其他办公设备产生谐波
随着社会的发展，科技的进步，工厂自动化程度越来越高，计算机及其他现代化办公设备得以广泛应用，而这些设备的电源基本上都是开关电源，因此都会产生谐波并且对电网的谐波干扰十分严重。
4、谐波的危害
目前由于产生谐波的装置量大面广，谐波使卷烟企业的生产面临严重的干扰与破坏，谐波对卷烟企业供配电的危害主要表现在以下几个方面：
4.1 电力变压器、电力线路，电流谐波将增加铜损，电压谐波将增加铁损，综合效果是使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并造成容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，及引起铁心磁通饱和或歪斜，而产生噪声。因此，谐波的泛滥将会严重地威胁工矿企业的供配电系统安全、可靠、稳定的运行。
4.2 电动机：输出谐波对电动机的影响主要有，引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升，电动机往往要降额使用，由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响电动机的绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动，以及噪声增加。
4.3 电力电容器组：一般电容器的标准规范，规定其最大电流只允许35%的超载，但实际运转时，由于谐波的影响，以致常发生严重过载。由于电容器之阻抗，随频率的增加而减少，故谐波产生时，电容器即成为一陷流点，流入大量电流，因而导致过热、增加介电质的应力，甚至损坏电力电容器。当电容器与线路阻抗达到共振条件时，会发生振动短路、过电流及产生噪声。
4.4 开关设备：由于谐波电流的存在，开关设备在起动瞬间产生很高di/dt的电流变化率，致使增加暂态恢复电压的峰值，以致破坏绝缘。
4.5 保护电器：电流中含有谐波，必产生额外的转矩，改变电器的动作特性，以致引起误动作。
4.6 计量仪表：电能表等计量仪表，因谐波而会造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起误差，降低精确度。
4.7 电力电子设备：在多种场合，电子设备常会产生谐波的电流源，且很容易感受谐波失真而误动作。
4.8 其它还有如照明设备、通信设备、电视及音响设备、电脑设备、载频遥控设备等都容易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命。
5、抑制谐波干扰的措施
为了控制谐波的泛滥、净化供配电系统波形，提高供配电系统电能质量和效率，国家技术监督局在1993年发布了国家标准GB/T14549-93《电能质量—公用电网谐波》。该标准规定了公用电网谐波电压限值、谐波电流限值。
在卷烟企业中有很多不同方法可减少谐波引起的问题。
5.1 增加变流装置的整流流相数
在装置里作出结构上的改动，包括把一些敏感的设备接与电网的清洁部分，另外，也可选用十二脉冲驱动器代替六脉冲驱动器。
5.2 设置无源滤波器
当谐波水平很高时，必须使用谐波滤波器，传统上会采用无源滤波器，但同时它也带出一些问题。由于无源滤波器在谐振频率下的阻抗会很小，所以相应的谐波电流，不论大小都会通过该电路，无源滤波器因而容易过载，在过载时，它会关掉或被破坏。
无源滤波器的滤波程度取决于其阻抗与电网中其他阻抗的关系，因此，滤波程度将不能受控制，除此之外，随着时间改变，配件老化或电网变动会改变谐振频率，最后过滤效果会大大下降。
此外，最重要的无源滤波器只可以过滤一种谐波成份，如果过滤不同谐波，则要分别连接不同的滤波器。
5.3 设置有源滤波器
有源滤波器（APF）是近年来发展迅速的新技术。它采用了实时检测的闭环运行方式，使得有源滤波器能动态地抑制谐波并能补偿大小和频率都变化的谐波。有源滤波器根据电路组成形式和接入电网的方式不同，分为电压源型和电流源型，串联型和并联型。可以根据供配电系统的实际情况来选用适用的型式。有源滤波器的显著优点使之成为未来谐波补偿的发展方向，它将取代传统的LC滤波器。
6、BESTSINE有源滤器在上海卷烟厂的应用实例
6.1 简介
上海卷烟厂系国有大型卷烟生产企业，税利过百亿，是全国卷烟企业的龙头企业。伴随着经济效益的增长，卷烟生产的设备、技术也达也到了当今国际先进水平。大量的现代化设备的应用除在提高生产效率、节约人力成本、节能等方面有突出的表现外，其特有的工艺特点使其产生了大量的谐波。受谐波“污染”的供配电网遗留了较为严重的安全隐患，如，变压器过热、中性线过载、设备异常跳闸、自控系统紊乱、电脑设备死机等。
针对上述现象，我们对卷烟厂的一台变频空压机进行谐波治理，该空压机为ATLAS公司的ZR315 VSD型空压机，变速驱动部分采用的是SIEMENS公司生产的SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control矢量控制三相交流传动系统电压源型变频器产品，变频器功率为350KW。该变频器是具有IGBT逆变器、全数字技术的有电压中间回路的变频器。变频器是常见的非线性负载 之一，其产生谐波的机理为：变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波。
上海卷烟厂6#空压机采用SIEMENS变频器进行控制以达到调速和节能的目的，由于变频器特殊的工作特性使其在运行过程中产生大量的谐波并对整个供电网产生了污染，并对供电网中运行的其它设备以及空压机自身的稳定运行都产生了影响。通过对变频空压机设备所处配电网认真分析和详尽的谐波情况测试后，经过对滤波产品的多次论证，我们选用了BESTSINE有源滤波器进行尝试性谐滤改善，从运行情况来看，效果是明显的。总结了一些变频器谐波治理的实例经验。
1、计算真正的有效值测量
电能记录仪在每个周波（128个采样点）使用以下公式计算电压有效值和电流有效值。
这里的Vrms和Irms是被采样电压和电流的有效数值。
·总谐波失真（THD）
电能记录仪使用如下公式一周波一周波地计算电压和电流的总谐波失真度（THD）。这里的Vn和An分别是各次谐波电压和谐波电流：
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