諧波:物理概念-中文百科頻道

概述

來源

“諧波”一詞起源于聲學。

電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發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。

定義

諧波(harmonic wave)，從嚴格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅裡葉級數分解，其餘大于基波頻率的電流産生的電量。從廣義上講，由于交流電網有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波，這時“諧波”這個詞的意義已經變得與原意有些不符。正是因為廣義的諧波概念，才有了“分數諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說法。

諧波産生的原因主要有：由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發生畸變産生諧波。主要非線性負載有UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等。

泛音是物理學上的諧波，但次數的定義稍許有些不同，基波頻率2倍的音頻稱之為一次泛音，基波頻率3倍的音頻稱之為二次泛音，以此類推。

傅裡葉級數

法國數學家傅裡葉在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後被科學院拒絕，1811年又提交了經修改的論文，該文獲科學院大獎，卻未正式發表。傅裡葉在論文中推導出著名的熱傳導方程，并在求解該方程時發現解函數可以由三角函數構成的級數形式表示，從而提出任一函數都可以展成三角函數的無窮級數。傅立葉級數（即三角級數）、傅立葉分析等理論均由此創始。

1822年，傅立葉終于出版了專著《熱的解析理論》（Theorieanalytique de la Chaleur，Didot，Paris，1822）。這部經典著作将歐拉、伯努利等人在一些特殊情形下套用的三角級數方法發展成内容豐富的一般理論，三角級數後來就以傅立葉的名字命名。傅立葉套用三角級數求解熱傳導方程，為了處理無窮區域的熱傳導問題又導出了當前所稱的“傅立葉積分”，這一切都極大地推動了偏微分方程邊值問題的研究。然而傅立葉的工作意義遠不止此，它迫使人們對函式概念作修正、推廣，特别是引起了對不連續函式的探讨；三角級數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世紀分析嚴格化的進程。傅立葉1822年成為科學院終身秘書。

根據傅裡葉級數的原理，周期函數都可以展開為常數與一組具有共同周期的正弦函數和餘弦函數之和。

滿足Dirichlet條件的、以T為周期的時間的周期函數f(t)，在連續點處，可用下述的三角函數的線性組合（傅裡葉級數）

來表示：

上式稱為f(t)的傅裡葉級數，其中，ω=2π/T。

n為整數，n>=0。

n為整數，n>=1。

在間斷點處，下式成立：

a0/2為信号f(t)的直流分量。

令c1為基波幅值，cn為n次諧波的幅值。c1有時也稱一次諧波的幅值。a0/2有時也稱0次諧波的幅值。

諧波的頻率必然也等于基波的頻率的整數倍，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。

諧波危害

由于諧波的産生，然後疊加到基波上，原來的基波發生了很大的改變，由原來的正弦波快要變成了方波，這樣不僅會降低系統容量如變壓器、斷路器、電纜等，還會加速設備老化，縮短設備使用壽命，甚至損壞設備危害生産安全與穩定。

理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對公用電網是一種污染，它使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的其他設備産生幹擾。

在電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，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發展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生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。

諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生産、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、産生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造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，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會産生嚴重幹擾。諧波對公用電網和其他系統的危害大緻有以下幾個方面：

1、加大企業的電力運行成本

由于諧波不經治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網中遊蕩并積累疊加導緻線路損耗增加、電力設備過熱，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。

2、降低了供電的可靠性

諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導緻變壓器、電容器等電氣設備的磁滞及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下将産生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生産過程中造成斷電的嚴重後果。

3、引發供電事故的發生

電網中含有大量的諧波源（變頻或整流設備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機等負荷，這些電氣設備處于經常的變動之中，極易構成串聯或并聯的諧振條件。當電網參數配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，産生過電壓或過電流，危及電力系統的安全運行，如不加以治理極易引發輸配電事故的發生。

4、導緻設備無法正常工作

對旋轉的發電機、電動機，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉子回路及鐵芯中産生附加損耗，從而降低發輸電及用電設備的效率，更為嚴重的是諧波振蕩容易使汽輪發電機産生震蕩力矩，可能引起機械共振，造成汽輪機葉片扭曲及産生疲勞循環，導緻設備無法正常工作。

5、引發惡性事故

繼電保護自動裝置對于保證電網的安全運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網的各類保護及自動裝置産生誤動或拒動，特别在廣泛應用的微機保護、綜合自動化裝置中表現突出，引起區域（廠内）電網瓦解，造成大面積停電等惡性事故。

6、導緻線路短路

電網諧波将使測量儀表、計量裝置産生誤差，達不到正确指示及計量(計量儀表的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開斷諧波含量較高的電流時，斷路器的遮斷能力将大大降低，造成電弧重燃，發生短路，甚至斷路器爆炸。

7、降低産品質量

由于諧振波的長期存在,電機等設備運行增大了振動，使生産誤差加大,降低産品的加工精度，降低産品質量。

8、影響通訊系統的正常工作

當輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應和電磁感應，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量将在通訊系統内産生聲頻幹擾，從而降低信号的傳輸質量，破壞信号的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴重時将威脅通訊設備及人身安全。

諧波會對鄰近的通信系統産生幹擾，輕者産生噪聲，降低通信質量；重者導緻住處丢失，使通信系統無法正常工作。

9、對電網的危害

(一)對電力電容器的影響

當配電系統非線性用電負荷比重較大，并聯電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負荷而嚴重影響其使用壽命，另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感抗相等而發生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大使電容器過熱而導緻損壞。因此，電壓諧波和電流諧波超标，都會使電容器的工作電流增大和出現異常，例如，對于常用自愈式并聯電容器，其允許過電流倍數是1.3倍額定電流，當電容器的電流超過這一限制時，将會造成電容器的損壞增加、發熱異常、絕緣加速老化而導緻使用壽命降低，甚至造成損壞事故。同時，諧波使工頻正弦波形發生畸變，産生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質中引發局部放電，長時間的局部放電也會加速絕緣介質的老化、自愈性能下降，而容易導緻電容器損壞。

(二)對電力變壓器的影響

1.諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱，振動，噪聲增大，繞組附加發熱等。

2.諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滞及渦流損耗增加，當系統運行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應力增大，影響絕緣的局部放電和介質增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組内形成換流，使繞組溫度升高。

3.變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘湧流中諧波電流過大，這種諧波電流在發生諧振時的條件下對變壓器的安全運行将造成威脅。

(三)對電力避雷器的影響

變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘湧流的過程時間比較長，能夠延續數秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數帶來較大的困難。

(四)對輸電線路的影響

1.諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應的影響，将産生附加損耗，使得輸電線路損耗增加。特别是在電力系統三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統線損的增加尤為顯着。

2.諧波污染增大了中性線電流，引起中性點漂移。在低壓配電網絡中，零序電流和零序性的諧波電流(3次，6次、9次等等)不僅會引起中性線電流大大增加，造成過負荷發熱，使損耗增加，而且産生壓降，引起零電位漂移，降低了供電的電能質量。

(五)對電力電纜的影響

諧波污染将會使電纜的介質損耗、輸電損耗增大，洩漏電流上升，溫升增大及幹式電纜的局部放電增加，引發單相接地故障的可能性增加。

由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，在系統負荷低谷時，系統電壓上升，諧波電壓也相應升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質不穩定的危險性越大，更容易發生故障。

(六)對繼電保護及自動裝置的影響

1.對繼電保護及自動裝置運行環境的影響

(1)在諧波嚴重超标的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網中會受到影響。

(2)頻繁出現變壓器嚴重湧流且湧流衰減緩慢的變電站受到湧流産生諧波的幹擾。

(3)在系統因短路容量太小而可能出現較大諧波電壓影響的場所會受到影響。

(4)在易發生諧波諧振的配電系統、輸電系統、變電站網架近會受到影響。

(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴重的網絡附近會受到影響。

2.繼電保護及自動裝置利用的啟動量小

利用負序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負序量啟動的對諧波的敏感性最大。

3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感

(1)晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動判據容易受到諧波影響而出現較大的誤差。

(2)利用信号過零取樣的控制系統及利用數據過零點的數字式繼電器或微機保護，都會受到諧波的影響和幹擾。

(七)對繼電保護整定的影響

繼電保護正常運行中，當電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護、過電流保護的誤動作。當三相嚴重不對稱時，在正序性諧波或負序性諧波含量較高的情況下，可能對以負序濾過器為啟動元件的保護裝置産生幹擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車後，曾發生過由于牽引變電所注入系統大量的諧波和負序電流，引起供電系統電能質量指标嚴重惡化，多次造成發電機的負序電流保護誤動，主變壓器的過電流保護裝置誤動，線路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護收發訊機誤動，母線差動保護誤動和故障錄波器誤動的事故。

近年來，微機保護裝置的大規模使用，使信号中的諧波幹擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關鍵處理模塊的正常工作産生幹擾，從而引起保護裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發生過因電弧爐産生諧波的影響，造成諧波電流對數字型差動保護産生幹擾，使差動保護動作跳閘的事故。

(八)對電力系統其他運行設備的影響

1.對同步發電機的影響。用戶的負序電流和諧波電流注入系統内的同步發電機，将産生附加損耗，引起發電機局部發熱，降低絕緣強度。同時，由于輸出的電壓波形中産生附加諧波分量，使負載的同步發電機轉子發生扭振，降低其工作壽命。

2.對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發生諧頻湧波電壓和重燃現象，導緻斷路器觸頭燒損。

3.對消弧線圈的影響。當電網諧波成分較大時，發生單相接地故障，消弧線圈對諧波電流将可能不起作用，在接地點得不到的補償，從而引發系統的故障擴大。

4.對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的幹擾主要表現在語音通信過程中産生噪聲，數據傳輸失真，降低EMS、DAS實時數據的真實可靠性，造成集中抄表系統中數據出錯等故障。

(九)對電力用戶的影響

用電設備對系統電源的污染會影響用電設備自身的可靠性。使用電能質量污染的電源，用電設備又可能成為新的污染源，而危害電力系統和其他用戶設備。可能産生的影響包括：對用戶電動機産生影響;對用戶補償電容器産生影響;對用戶自動控制裝置産生影響;對居民生活用電産生影響;對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通信造成影響，對廣播、電視及精密制造工業造成幹擾和影響，這類幹擾和影響有些表現在差模幹擾和共模幹擾，差模幹擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互幹擾，共模幹擾是引起回路對地電位發生變化的幹擾，是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。

(十)對用戶電動機的運行影響

諧波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當三相電壓不對稱時，定子繞組上産生負序電流，并勵磁産生負序旋轉磁場，該制動磁場降低了電機的最大轉矩和過載能力，增加銅損，并且負序過電流可以将電機定子繞組燒毀。負序性的諧波分量(5次、11次等)對電機的影響與負序電壓的效果一樣。當産生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一緻時，誘發諧振，會使電動機造成損壞。

(十一)對用戶補償電容器的影響

電網無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設計大多隻考慮無功補償量，不考慮裝設點電能質量的實際污染情況，因此，運行點電能質量指标低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷，甚至發生串并聯諧振，引發電容器的諧波過電壓與過電流，導緻電容器爆炸等。另外，用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數進行考核，電容器很少按電網實際運行情況投切，甚至隻投不切，無形中使電網電壓失去了應有的調節裕度，使電壓偏差等電能質量指标難以控制。

(十二)對用戶自動控制裝置的影響

随着數字控制技術的大規模使用，很多精密負載對受電電能質量指标提出了更高的要求。電能質量污染對這類設備的危害主要有三個方面，即在設備的檢測模塊中引入畸變量、幹擾正常的分析計算、導緻錯誤的輸出結果。另外還會對設備的硬件，如精密電機、開關電源等造成不可逆轉的損壞。幹擾負載的保護回路，造成誤動作等。

治理方法

目前常用的諧波治理的方法無外乎有三種，無源濾波、有源濾波、無功補償。下面就談談這二種方法的優缺點以及市場前景及其經濟效益的分析。

無源諧波

無源濾波器主要是由電感器與電容器構成。無源濾波裝置的成本較低，經濟，簡便，因此獲得廣泛應用。無源濾波器可以分為并聯濾波器與串聯濾波器。

1.無源并聯濾波器

現有的諧波濾除裝置大都使用無源并聯濾波器，對每一種頻率的諧波需要使用一組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波器的使用造成結構複雜，成本增高，并且由于通常的系統中含有無限多種頻率的諧波成分，因此無法将諧波全部濾除。不僅如此，由于并聯濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源産生更大的諧波電流，諧振在不同頻率的濾波器還會互相幹擾，例如7次諧波濾波器就可能會放大5次諧波。

因此，如果有人将并聯濾波器安裝前後的諧波情況做過對比，就會發現：雖然濾波器安裝以後影響系統的諧波電流減小，但是各濾波器中以及進入系統的諧波電流之和遠遠超過未安裝濾波器之前，諧波源産生的諧波電流也超過未安裝濾波器之前。

從廣義的角度來講，頻率不等于工頻頻率的成分統統都是諧波。因此，工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的複雜性，使用并聯濾波器的方法顯然無法對付無限頻率成分的諧波。

2.無源串聯濾波器

由電感與電容串聯構成的LC串聯濾波器，具有一個阻抗很低的串聯諧振點，如果我們構造一個串聯諧振點為工頻頻率的串聯濾波器，并将其串聯在線路中，就可以濾掉所有的諧波。這就是串聯濾波器，串聯濾波器由電感和電容串聯而成，并且串聯連接在電源與負荷之間，因此串聯濾波器的“串聯”二字具有雙重意思：一個意思表示電感與電容串聯，另一個意思表示串聯在電路中使用。

在三相電路中均接入串聯濾波器，由于串聯帶通濾波器對基波電流的阻抗很小，而對諧波電流的阻抗很大，于是隻用一組濾波器就可以濾除所有頻率的諧波。

串聯濾波器對于諧振點頻率的電流具有極低的阻抗，對于偏離諧振點頻率的電流，則阻抗增大，偏離的越多，阻抗越大。對于比諧振點頻率高的電流成分，電感的阻抗為主，對于比諧振點頻率低的電流成分，電容的阻抗為主。由于諧波成分通常比基波頻率高，因此濾除諧波的工作主要由電感完成，電容的作用是抵消電感對工頻基波的阻抗。

由于濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。但是電感量越大則價格越高，損耗越大，因此從成本及損耗上去考慮問題則希望電感量越小越好。當電感的基波感抗小于負荷等效基波阻抗的50%時，不能實現良好的濾波效果（負荷等效基波阻抗就是負荷相電壓有效值與相電流有效值的比值）。因此電感的基波感抗必須大于負荷等效基波阻抗的50%。

對于電容器的選擇與電感的選擇情況不同，電感的匝數可以随意設計，而電容器的耐壓隻有固定的若幹等級，不能随意設計。比如在低壓配電系統中，就隻有耐壓230V與400V的電力電容器可供選擇。由于電容器串聯在電路中，電容器中的電流即為負荷電流，當電容器的實際工作電壓等于其額定電壓時，電容器中流過的電流等于電容器的額定電流，電容器得到充分的利用，因此，當電容器的實際工作電壓等于其額定電壓時，電容器的成本最低。

實際的串聯濾波器成本主要由電感與電容器的成本構成。串聯諧振的電感與電容對基波的阻抗相等并且電流相同，因此電感與電容的基波工作電壓相同。

前面已經說明，當電容器的實際工作電壓等于其額定電壓時，電容器的成本最低，因此電感的實際工作電壓應該等于電容器的額定電壓。電容器的額定電壓等級大都與電網電壓相當，如果電感的實際工作電壓等于電容器的額定電壓，相當于電感阻抗與負荷阻抗相當，可以取得最好的性能價格比。

在這個基礎上，如果提高電感的感抗，雖然濾波效果可以提高但提高不多，電感的成本增加，電容器需要串聯，成本急劇增加，性能價格比下降，因此電感的基波感抗大于負荷等效基波阻抗的200%沒有實際意義，如果降低電感的感抗，則濾波效果下降，電感的成本降低，電容器的容量增加因此成本增加，性能價格比也下降。為了獲得足夠的可靠性，電感與電容器的實際工作電壓應略低于電容器的額定電壓。

當諧波電流由外網竄入而影響内網負荷設備的正常運行時，在電源與負荷設備之間接入串聯濾波器就可以阻擋諧波保證負荷設備的正常運行。

當諧波由内網設備産生而影響系統時，産生諧波的設備即為諧波源，在諧波源與電源之間接入串聯濾波器就可以使諧波源産生的諧波電流大幅度減小。這裡需要注意：串聯濾波器使諧波源自身産生的諧波電流減小，相當于使污染源産生的污染減小，是治本的手段。而并聯濾波器并不能減小諧波源産生的諧波，而是為諧波電流提供一個低阻抗的通道，避免諧波電流污染系統，相當于先污染再治理的方式，是治标的手段。不僅如此，由于并聯濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源産生更大的諧波電流。

當串聯濾波器連接在電源與諧波源之間時，諧波源的輸入電壓波形會發生嚴重畸變，正時這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變可能會影響諧波源控制電路的正常運行，如果出現控制電路不能正常運行的情況，應該将控制電路的電源改接至串聯濾波器的前端。

有源諧波

有源諧波濾除裝置是在無源濾波裝置的基礎上發展起來的。

1.有源濾波裝置的優點

有源濾波裝置能做到适時補償，且不增加電網的容性元件，濾波效果好，在其額定的無功功率範圍内，濾波效果是百分之百的。

2.有源濾波裝置的缺點

有源濾波裝置由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發展限制，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置複雜得多，成本也就高得多了。

3.有源濾波裝置的原理

有源濾波裝置主要是由電力電子元件組成電路，使之産生一個和系統的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統中的諧波電流抵消。

4.有源濾波裝置的适用場合

有源濾波器主要的應用範圍是計算機控制系統的供電系統，尤其是寫字樓的供電系統，工廠的計算機控制供電系統。

5.有源濾波裝置的現狀

對單台的有源濾波裝置而言，其利潤是可觀的，但用戶一般不願意用有源濾波，對于諧波的含量，不必濾得太幹淨，隻要不危害其他用電器也就可以了。

無功補償

人們對有功功率的理解非常容易，而要深刻認識無功功率卻并不是輕而易舉的。在正弦電路中，無功功率的概念是清楚的，而在含有諧波時，至今尚無獲得公認的無功功率定義。但是，對無功功率這一概念的重要性，對無功補償重要性的認識，卻是一緻的。無功補償應包含對基波無功功率補償和對諧波無功功率的補償。

1.諧波和無功功率的産生

在工業和生活用電負載中，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功功率在電力系統所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，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功功率，特别是各種相控裝置。如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器，在工作時基波電流滞後于電網電壓，要消耗大量的無功功率。另外，這些裝置也會産生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大緻相同，所以基本不消耗基波無功功率。但是它也産生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無功功率。

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最大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。目前，常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負載的整流電路所産生的諧波污染和功率因數滞後已為人們所熟悉。直流側采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴懲的諧波污染源。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，因而基波功率因數接近1。但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網造成嚴重污染，也使得總的功率因數很低。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産生大量的諧波電流。

2.無功補償概述

無功功率對供電系統和負荷的運行都是十分重要的。電力系統網絡元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的範圍内可以實現；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這隻能在很窄的範圍内實現。

不僅大多數網絡元件消耗有功功率，大多數負載也需要消耗無功功率。

網絡元件和負載所需要的無功功率必須從網絡中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發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功功率的地方産生無功功率，這就是無功補償。

3.無功功率的影響

（1）無功功率的增加，會導緻電流增大和視在功率增加，從而使發電機、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格也要加大。

（2）無功功率的增加，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，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓産生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。

4.無功補償的作用

無功補償的作用主要有以下幾點：

（1）提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。

（2）穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線中合适的地點設置動态無功補償裝置還可以改善輸電系統的穩定性，提高輸電能力。