随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量（Ｐｏｗｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ）受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来巨大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成份。
近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小，从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成度的提高，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如，２０世纪７０年代计算机迅速普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分突出，一些功能正常的计算机常出现误动作，而无法找出原因。１９６６年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器”，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结果发现计算机在注入１００～２００Ｖ脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无法正常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此，受谐波电流污染的公用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。
国际电工委员会（ＩＥＣ）已于１９８８年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“ＩＥＥＥ电子电气工程师协会”于１９９２年制定了谐波限定标准ＩＥＥＥ—１０００。在ＩＥＥＥｓｔｄ．５１９—１９９２标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数（ＴＨＤ）应在５％以下，而对于医院、飞机场等关键场所则要求ＴＨＤ应低于３％。
1 电网谐波的产生
1.1 电源本身谐波
由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。
1.2 由非线性负载所致
1.2.1 非线性负载
谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。
1.2.2 主要非线性负载装置
（１）开关电源的高次谐波：开关电源由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样。这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。
（２）变压器空载合闸涌流产生谐波
铁心中磁通变化时，会产生８～１５倍额定电流的涌流，由于线圈电阻的存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌流所含的谐波成份以３次谐波为主。
（３）单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰：电力电子调速系统普遍应用于工业中改进电机效率及灵活性设备，调速装置内电力电子器件对过电压特别敏感，因此线路中瞬态过电压会造成调速系统的过电压保护误跳闸。由于与中压母线相连的电容器要经常操作，这意味着调速系统误跳闸事故会经常发生；
（４）电压互感器铁磁谐振过电压：在我国１０ｋＶ、３５ｋＶ等级的中性点不接地配电网中，为了监视对地绝缘，一般采用三相五柱式电压互感器。在正常情况下，三相对地电压是平衡的，但是由于发生单相接地故障等原因，会导致三相对地电压平衡的破坏，还有可能使电压互感器线圈电感Ｌ和系统对地电容Ｃ在参数上配合，而产生谐振过电压。
（５）整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：整流器的作用将交流电转成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。其电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（５０Ｈｚ基波）外，还叠加了一系列高次波形——谐波。应该说电动机采用变频器进行调速，可以高水平完成调速外，也可以节省大量电能（近３０％），但如前面分析，变频调速过程中要产生高次谐波，即形成高次谐波污染，造成厂区的电视、音响系统不能正常工作，还要干扰二次仪表——压力、流量、可编程控制器及智能控制器正常工作，谐波还要使变压器、电动机、电容器及电抗器产生过热。
（６）电弧炉运行引起电压波动：随着冶炼工业的发展，当然会更多地使用电弧炉，这是一个重要负荷。运行时，电极和金属碎粒之间会发生频繁断路，而在熔化期间，电源两相短路，一旦熔化金属从电极上落下，电弧熄灭，电源又开路，因此，可以说冶炼过程是频繁的短路－开路－短路的过程，会引起用户端电压波动及白炽灯闪烁，一般电压波动频率是０．１Ｈｚ～几十Ｈｚ，这种谐波是以３次谐波为主。
2 谐波的危害
2.1 污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。
2.2 影响变压器工作
谐波电流，特别是３次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Ｙ形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的３次谐波电流会使中性线发热。
2.3 影响继电保护的可靠性
如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
2.4 加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。
2.5 增加输电线路功耗
如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。
如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大１０～２０倍，而感抗仅为其１／３～１／２，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。
2.6 增加旋转电机的损耗
国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的２％，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。
2.7 影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作
例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生３～１０ｋＨｚ高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。
3 谐波抑制技术
3.1 整机电源需留有较大贮备量
为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围，因此在设计整机电源时，可给予较大贮备量，一般选取０．５～１倍余量；
3.2 对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电
因为测量、控制装置的许多干扰是由电源线窜入的，因此在规划供电线路时，对干扰大的设备与测控装置采用不同相线供电，；
3.3 将测量、控制装置的供电与动力装置的供电分开
因为动力装置的负荷变动大，测量、控制、微机及电视机的负荷小，动力装置产生的干扰大，供电电源分开后，测量、控制、微机及电视机的电源与动力装置的电源相互隔离，可以大大减少通过电源线的干扰。
3.4 其余抑制高次谐波的技术
3.4.1 开关电源干扰的抑制技术
一般采用的办法是：电源滤波、屏蔽及减少开关电源本身干扰能量。
采用电源滤波器，电源滤波器可以阻止电网中的干扰进入开关电源，也可以阻止开关电源的干扰进入电网。
屏蔽技术可以有效地防止向外辐射干扰。
减少开关电源本身干扰，利用改善线圈绕制工艺，确保绕组之间紧密耦合，以减少变压器漏感。还可以在高频整流二极管上串入可饱和磁芯线圈，利用流过反向电流时，因磁芯不饱和而产生的较大电势阻止反向电流上升。
3.4.2 变压器空载合闸涌流抑止方法
根据方程Φ１＝－Φｍｃｏｓ（ωｔ＋α）＝Φｍｓｉｎωｔ，如果合闸时，α＝ 90 （即Ｕ１＝Ｕ１ｍ便合闸），则：
Φ１＝－Φｍｃｏｓ（ωｔ＋α）＝Φｍｓｉｎω t 没有暂态分量，合闸后磁通立即进入稳定状态，理论上可以避免冲击涌流过程。
3.4.3 抑制单相电容器组开断瞬态过电压方法
如果采用选相断路器投切电容器，则可以消除或大大降低投切电容器产生的瞬态过电压，从而使接在母线上的电力电子调速系统可以稳定地工作，接在母线上的其余设备也可不受过电压干扰的影响。
3.4.4 抑制电压互感器铁磁谐振方法
其方法是要使它脱离谐振区，采用中性点不接地的电压互感器或采用电容分压器可以从根本上避免铁磁谐振。
3.4.5 抑止整流和逆变产生的谐波
（１）在变频器前加装电源滤波器。一种成本比较低的方法是在电源侧加装三只６８０μｆ２５０ＶＡＣ的电容，（分别接在Ｌ－Ｎ上）这种方法可使电磁干扰电流降至原来的１／１０，效果较明显；
（２）变频器的电源电缆采用屏蔽电缆，屏蔽电缆穿铁管并接地，输出电缆也穿铁管并接地，屏蔽层应在接变频器处和电机处两端都接地。
3.4.6 抑止电弧炉运行时的干扰
（１）在合适地段加入电容补偿装置，补偿无功波动；
（２）可以重新安排供电系统。
4 结束语
随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响了计算机、电视系统等电子设备正常工作，直接扰乱了人们的正常生活。
谐波问题涉及供电部门、电力用户和设备制造商，谐波问题已引起人们的高度重视。应合理规划电网，电力电子设备（特别一次设备）应符合电磁发射水平，电子设备、电子仪器应满足电磁兼容性要求。
农电部门管辖的县级城区电网由于多年投入不足和没有统一规划等原因已不能满足负荷增长的要求，急需改造。丰润城关镇配电网存在供电能力不足、线路迂回交叉、导线截面小损耗高、末端电压低等情况，而且都是树枝状分布，供电的安全性和可靠性很差，虽经历年局部改造，但没有从根本上解决网络布局不合理的问题。按上级有关文件要求我们对城区电网进行了规划，下面谈谈中压配电网设计中的几个问题。
1 确定规划区范围
按要求，这次改造的范围是城区配电网。丰润城区面积约10km2，城区电网与其交界的郊区电网纵横交叉，中压配电网不能截然分为城区、郊区各自供电，只能设计为一个系统，因此确定规划改造区域为南北4.5km、东西4.7km，包括近郊13个村在内总面积约21km2的范围，其中的负荷主要集中在城区。规划设计的任务就是使电网与本区内分布负荷合理配置。
2 负荷的调查和预测
要规划好配电网，首先应弄清负荷分布状态以及预测一定时期内的变化。我们的做法是：①查阅历史档案资料，弄清本区13年供电情况，计算出平均增长率。在预测一般用户8年后的负荷时，我们就是以这个增长率为基础，根据具体情况调整后做出的。②调查现有用户，找所、站的同志核实本区全部配变及其容量、供电量、地理位置等。③查阅近两年的调度日志，了解本区总负荷，以便与用户负荷互相参照。④利用规划各居民区低压配电网的数据，这些低压负荷也是中压电网的负荷。⑤走访规划区内建筑施工现场和有关单位，把涉及到将来用电增加的项目也折算成负荷参数。⑥通过以上负荷数据的收集整理工作，规划区内各处的负荷基本摸清。我们把各类负荷数据统一折算为配变容量、用电量2个参数，最后画出一张比较详细的负荷地理分布图，把这2个参数和居民户数按实际地理位置标在图上，规划时就以图上的负荷参数为依据，我们称此图为规划设计图。
3 调整负荷
规划区的10kV电源是2个110kV变电所，小八里变电所在规划区的东南角，丰西变电所在规划区的北边缘的中部偏东。现在给规划区供电的是两个变电所的8路10kV出线，这几路出线不但供本区，还供其它地区。为了便于控制管理和增加城区的供电可靠性、经济性和电压质量，还要使配电网相对独立。规划时我们把本区内由其它电源供电的24台配变调到由这8个出口供电，而由这些出口供电的其它地区98台配变调到其它电源上，使规划区线路不再与周边地区交叉混合供电。我们又增加了2路出线给城区供电，使整个规划区形成了一个基本独立的配电体系，按城区负荷规律有效地对电网运行进行单独的调度。
4 根据负荷分布特点规划网络主干
起初我们是以现有各路10kV出线为基础进行改造设计的，但是在规划中发现原有的负荷和线路配置极不合理，按原有的主干框架规划不论怎样改造也不能达到满意的效果，只有打破原有的格局，重新根据分布负荷的特点按照经济技术性能最好的原则重新规划主干网络。
本区域2个变电所在南北两端，主干为南北走向恰好可以形成两个变电所互为备用、手拉手供电的环网结构。在实地勘察线路路径和计算论证的基础上，确定设南北走向4路环网主干供本区绝大部分，本区东北一小部分按地理位置由丰西变电所两个母线各出一路另组成一个环网，全区由5路环网干线组成了布局合理的骨干网架。
5 负荷在各路主干上平衡分配
上述5个主干线路是根据可行的路径和负荷分布特点确定的，主干确定之后各处的负荷就可分配在干线上，分配的原则是：①各线路不交叉供电；②负荷要就近接在干线上，减少支线长度；③各路主干的负荷容量尽可能平衡，但为保证总体电压质量和网络总损耗最小，较长干线的负荷要相对小一些。
我们采用统筹安排的方法，先划分负荷小区，按小区分配负荷到干线上。从西面外围最长的1号主干开始分配，1号主干负荷合适后，1号和2号主干之间剩下的负荷分配给2号主干，以这种方法由西向东分配，经过几次调整负荷、计算对比经济技术指标后确定了分配方案。
6 主干分段和环网运行断开点
主干线路分段的多少影响供电可靠性。分段越多，理论上的可靠性越高，但是操作控制也就越复杂。根据实际情况，我们确定各环路主干统一分为4段，这样既保证了相当大的供电可靠性又使故障时的操作简单易行。
为了能很好地发挥双电源的备用功能，新设计的主干线路导线各处截面相同。每个环网中间设运行断开点，正常运行从这里断开，两边的线路由两个变电所分别送电，每边的干线中间又设一个分段点分为两段。在设分段点时要平衡各段长度、负荷及用户数等因素，设运行断开点则主要考虑正常运行时电压质量和整体损耗等指标。
7 优化模拟计算
整个规划过程主要有3个环节：调查勘测、规划设计、模拟计算，这3个环节重复进行直到设计方案满意为止。主干网络的规划方法是在规划设计图上根据地形情况和负荷分布特点凭经验先设计画出干线及大分支，然后把画出的线路地理坐标和各个分布负荷容量及其坐标输入计算机。我们编写的程序让计算机经过数据转换后自动模拟电网带负荷运行，计算出各种运行参数。用这种方法做出几个可行的电网方案并逐个计算经济技术指标，改进优化设计，从中筛选出一个最佳方案。
8 电网规划后的效果
(1)安全性提高：规划后的电网没有交叉供电问题，供电出口、支线和各片用户的关系明朗，减少误操作。设计严格按照有关安全标准，采用新设备安全性能高。
(2)供电可靠性增加：规划后的主干都是环网，并且大部分是两个变电所手拉手结构，每一环路分为4段，不论其中哪一段出现故障都不影响其它3段正常供电。当两个变电所中一个停电时，可由另一个所送电到环网上所有用户或3/4用户。
(3)电压质量提高：正常运行时，规划期内全网所有用户在任何负荷下，电压质量都是合格的。在环网从一端送电的非正常运行状态下，绝大部分用户电压也是合格的。
(4)供电能力增加：规划后的电网各线路负荷分配均衡、主干布局合理、导线截面增加、供电半径减小，因此供电能力大幅度提高，完全能满足8年负荷发展的要求。
(5)线损下降：在方案优化时损耗是重要的指标之一，因此设计的电网线损很低，在规划期内总电能损耗(包括配变损耗)占供电量的3%，比现有电网的线损率下降60%，可节约大量电能。
