供电系统误动作机理分析+ETAP仿真(3)
在电力系统中，非线性的负载是导致谐波产生的根本原因，当电流流过负载时，与所加的电压不呈线性关系，于是就形成了非正弦电流，所以就有了谐波的产生。本文主要讨论了谐波的次数不能是个非整数。由谐波的定义可知，谐波的次数一定是正整数，国内的电力系统电制：额定的频率为50HZ，2次的谐波是100HZ，3次谐波是150Hz；而欧美国家的电力系统额定的频率是60HZ，基波就是60Hz，2次谐波是120 Hz，3次谐波是180Hz。事实说明了谐波的次数不能是个非整数，所以也不允许存在非整数的谐波。
1.3 谐波数学定义
通常情况下,供用电的电力系统中，把电网稳态时的交流电压以及交流的电流为正弦形的波形。进行谐波的分析时，正弦电压普遍数学表示为[5]：
(1.1)
其中，U指的是电压的有效值， 初相角， 角频率。
正弦的电压一般施加于线性的无源元器件上，如：电感、电阻、电容上，电压和电源分别是是积分、比例、微分关系，且是相同频率正弦波。正弦形的电压施加于非正弦的电路时，电流就会变成非正弦的波，这样非正弦的电流会在电网的阻抗上将会产生一定的压降，导致电压的波形畸变成为非正弦的波。于是,非正弦的电压加在线性的电路上时，电流也为非正弦波。
谐波分析理论中任何的周期性波都能由傅立叶级数的形式分解，将这种理论分析称之为谐波分析或者频域分析。谐波分析是一种用以计算周期性的畸变波形基波,谐波幅值,谐波相角基本的方法。周期为 的非正弦形的电压 ，通常符合狄力赫利条件，按照傅立叶级数分解成如下形式：
(1.2) (n=1, 2, 3……)
在傅立叶级数的式子中可以发现频率的分量为谐波，就以非正弦形的电压为例，频率为1/T的分量即为基波，谐波次数大于1，是谐波频率,基波频率整数比。对非正弦形的电流的情况也完全适用。
1.4 谐波产生的危害
由于谐波电流,谐波电压的出现，污染了公用电网，恶化了其它用电设备的应用环境，将会导致一系列的故障以及事故[6]。如今电力电子设备越来越广泛的应用在工业和商业上，如：变频调速设备、整流器、不间断电源UPS、计算机、电视机等。这些非线性负荷在给人们的生活和生产带来便利的同时，也会产生大量的谐波注入电网中，从而导致电压波形畸变，电能质量下降，并危害电网及电网中的其他设备。具体危害如下：
（1）谐波造成了供电网损耗的增加[7]
趋肤效应和邻近效应的影响，又由于谐波电流产生的发热高得多，所以导致导线上与均方根电流相比较容易产生预期发热，导线内部实际上电流很小，电流集中在临近导线外表的一薄层。结果使它的电阻增加。导线电阻的增加，使它的损耗功率也增加。而邻近效应是由于通电导线周围的磁场使其内部的电流发生畸变。从三相四线制配电网向单相的电力负荷设备供电时，中性线导线上会产生非正常的高电流，从而引发中性线过负荷。综上所述，只要有谐波电流，就会增加电力电网中谐振的可能，从而产生过电流或者过电压，增加附加损耗，最终导致事故发生的几率增加。
（2）谐波引起谐振,谐波电流的放入[8]
在负载处并联电容能补偿负载产生的无功功率，从而提高功率因数，因此在变电所中通常安装并联的电容器是为了提高系统的电压水平，在工频时，因为电容器的容抗比电力系统的感抗大很多，所以不会产生谐振。但，对于谐波频率来说，系统的感抗增加，容抗减小，会导致并联，串联谐振的可能性。