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111直流用电量占据总发电量的相当比重，整流装置交流侧谐波会引起电网的严重污染。交流谐波的危害性很大，主要有：(1)对邻近弱电系统和并联运行的晶闸管装置产生干扰；(2)使发电机的容许负荷降低；(3)使变压器的噪声增高、功率损失增大；(4)使接入交流系统的电容器过载；(5)引起电器的附加发热；(6)在三相四线电路中谐波可使中性线过载；(7)使感应电动机转速发生周期性变动，并使其功率损失(铁损、铜损)增加；(8)使互感器的精确度降级；(9)影响电子计算机的工作。
为了减少谐波，目前常用的措施是增加整流站等效相数、安装滤波装置、增加电源短路容量。近年来研究成功的新措施是磁通补偿法、谐波注入法、谐波回送法、安装有源滤波器等方法。
1 增加整流站等效相数
在大容量整流站的情况下，增加整流站等效相数，是减少谐波含量的有效方法。等效多相制的原理是用人为的方法使所有整流器的同名相电压之间发生相位移，以减少谐波分量。这样，各同名相电压形成N个相量组成的系统(N——整流器组的数目)，它们彼此之间的相位移为360°/PN(P——脉波数)，而所有整流器组的全部电压形成PN个相量组成的对称多相系统，它们彼此之间的相位移也是360°/PN和PN相整流时二次电压间的相位移相等。因此，在等效PN相制的情况下，一次电流及整流电压的波形与PN相整流电路相同，其所含谐波分量大大减少。
例如，当两台六脉波整流器的相电压之间的相位移为30°时，则整流站一次电流与整流电压的波形将和十二脉波整流电路一样，也就是它们形成了等效十二相制。
等效多相制的实现，可采用下列各种方法：
(1)在主变压器之前接一移相变压器。在此种情况下，加于主变压器的电压等于电网电压与移相变压器二次电压之相量和。加于主变压器的合成电压的相移角决定于移相变压器二次电压与电网电压间的相互关系。移相变压器的功率与其输出电压成正比。
(2)如果主变压器之前接有调整自耦变压器，则可将后者的励磁线圈接成曲折形，使主变压器一次电压的相位移动所需的角度，这样就可以达到移相变压器同样的效果。
(3)将整流站内一部分主变压器一次线圈接成三角形，而将另一部分主变压器的一次线圈接成三相星形(或一台主变压器具有两只二次线圈，一只接成三角形，而另一只接成三相星形)，使这两类主变压器的一次电流间(或两只二次线圈间)的相移角为30°，这样就可以使整流站的供电线路形成等效多相制。这个方法可以单独应用，也可以和上述方法联合应用。
(4)将主变压器的二次线圈接成曲折形，使二次相电压的相位有的向前移动，有的向后移动，形成等效多相制。
在等效多相制的情况下，若各台整流器的负荷不相等，则高次谐波的补偿程度比理论上的差，也就是交流侧的谐波含量较大。
在等效多相制的情况下，并联运行的整流器组之间将有平衡电流通过，这是因为这些整流器组的整流电压曲线并不重合，它们的脉振在时间上是不一致的。平衡电流的频率等于这些脉振的频率，当它与整流臂工作电流叠加在一起时，可使整流臂的负担加强，并会产生额外的功率损失，所以必须设法限制它。最有效的办法是采用平衡电抗器或阴极电抗器。但当使用大容量三线圈整流变压器(二次为△、Y双绕组)时，只要△与Y绕组间的漏抗设计得足够大，就可省去平衡电抗器，效果同样能达到。
2 安装滤波装置
通常一套滤波装置包括3～6只滤波器，其中主要是几只奇次单调谐固定式滤波器，有时还有一只高通滤波器。
奇次单调谐固定式滤波器的滤波对象是幅值较大的如5、7、11、13等奇次谐波中的某次谐波。一般系统中即使出现少量的偶次谐波电流，奇次滤波器也对其有滤波作用，单调谐滤波器为C—L—R串联电路，它调谐于某一特定谐波。
高通滤波器可同时滤除幅值较小的几个高次谐波(例如17、19、23、25、……次)，在构成形式上，将C—L—R电路的串联阻尼电阻改为与L跨接的旁路电阻即可。
并联滤波器的基本设计方法有两种。
2.1 单调谐滤波器
如图1所示，滤波器常数电感Lfn、电容Cfn与谐波次数n有下列关系
n2ω12Lfn·Cfn=1 (1)
式中 Lfn——电感；
Cfn——电容；
ω1——系统的额定角频率。
串联电阻Rfn一般都用下式的Qn表示
Qn=nω1Lfn/Rfn (2)
式中 Qn——品质因数。
滤波器完全谐振时的滤波残留阻抗等于Rfn，这时Rfn越小，也即Qn越大，滤波效果就越好。但是实际上，由于系统频率的波动、电容与电感的温度、电压特性以及它们的最小调整范围的影响，往往引起谐振偏移，因而滤波效果也就降低了。这里，我们考虑包含这些因数的等值频率波动率δ，如下式所示
式中 δ——等值频率波动率；
Δf——系统频率波动范围；
f1——基波频率；
ΔCf,ΔLf——电容和电感的偏差部分。
一般，因为Δf/f1为±(0.2～1)％，ΔCf/Cfn为1％，ΔLf/Lfn为1％，所以δ很小。
谐波降低率K可近似地由下式确定
式中 Lan——对应于n次谐波的系统电感。
因此，已知谐波降低率K时，可由下式求出Lfn与Cfn
设对应于基波的电容、电感的容量分别为(VA)C1、(VA)L1，则
式中 E——系统额定相电压。
对于n次谐波，电容和电感的容量是相等的，因此下式成立
(VA)Cn=(VA)Ln=nω1Lfn·Ifn2 (9)
滤波器的热容量取决于基波容量与谐波容量之和。滤波器所输出的无功伏安容量Pc可按下式求得
2.2 高通滤波器
如图2所示，高通滤波器按下列两个参数来选择电路常数
式中 fc——截止频率，在fc～∞的频率范围内，滤波器具有相当于Rf的阻抗。
fc一般接近并略高于装设单调谐波器的最高特征谐波频率
式中 m——频率—阻抗曲线的斜率，其值在0.5～2范围内选择。
高通滤波器所输出的无功伏安容量(VA)由下式决定
Pc=ω1CfE2 (13)
3 增加电源短路容量
提高电网公共连接点(整流装置接入处)短路容量与整流装置网侧视在功率之比是有效的措施。升高整流装置电源电压也可减轻电网污染。
4 磁通补偿法
在整流变压器二次侧接一电流互感器，经信息处理线路将谐波电流送往一放大器，再送往整流变压器第三线圈，使产生反向谐波电流，对铁心中的谐波磁通进行补偿，以抵消原来的谐波电流。为了使基波电流不损坏放大器，整流变压器具有第四线圈及滤波器，以减小放大输出端的基波电流(图3)。
采用此法时，在完善补偿的情况下，谐波电流可以完全抵消，并可将非特征谐波如3次、9次等谐波电流抵消。缺点是必须配备大功率放大器。
此法可在小容量整流设备及自饱和静止无功补偿装置中应用，与滤波装置并用时则效果较好。
5 谐波注入法
在整流电路中附加谐波电流源，即在整流臂上附加谐波电流，从而改善其波形。
三次(或其倍数)谐波电流注入法的线路图如图4所示。当整流阀V1、V5导电时，谐波电流的流通途径为：S→N→a→V1→C1→S及S→N→b→V5→C2→S。因此谐波电流可加于二次线圈矩形波之上，使波形改善。当整流阀V5、V6换相时，谐波电流又可循流于另一闭合回路中：S→N→c→V6→C2→S。
由于整流器直流侧存在平波电抗器，谐波电流源的电流不会流入负荷回路。
此法的优点是系统阻抗与其设计无关，缺点是注入电流源须与电力系统同步，须能自动调整注入电流的振幅值和相位。由于缺点较多，仅能在工业上得到少量应用。
6 谐波回送法
线路图如图5所示。采用此法时，整流变压器的二次侧必须接成星形，一次侧必须接成三角形(或变压器另具一只三角形线圈)。整流电路的正、负极与变压器二次侧中性点之间的整流电压为三脉波整流电压，其中含有三次谐波分量，后者会加于单相变压器一次线圈W上(电容器C用以隔断直流电流分量)。单相变压器二次线圈与整流器V1接成单相三倍频率全波整流器，其直流输出端与六脉波整流电路相串联，其交流输出端电流(即三次谐波回送电流)为三倍频率矩形波形，如图6a所示。
当此回送电流与整流变压器二次线圈电流重叠时(图6c)，即可使波形改善。
调整整流器V1的控制角即可改变三次谐波回送电流的相位。
整流变压器二次侧第二相电流的负向曲线(改善后)如图6d所示。
六脉波整流电路一次线电流改善后的波形如图6e所示。从图上可以看出，其波形显著改善，成为十二脉波整流电路的波形。
此法可将六脉波整流器的一次线电流转化为十二脉波整流器的，其原理可应用于整流器及逆变器，其谐波源与供电电源自然同步，所以可在大、中容量变流设备中应用。
7 安装有源滤波器
采用此法时的方框图如图7所示。有源滤波器能产生反向的谐波电流，以抵消整流设备流往电力系统的谐波电流，使电网污染问题得以改善。有源滤波器可采用电流型逆变器或电压型逆变器。关于有源滤波器法已有许多文献介绍，在此就不再详述了。
8 谐波对功率因数补偿装置的影响及其补救方法
如果整流器未装滤波装置而需配备功率因数补偿装置，则其位移因数cosφ可由下式求得
式中 IL——整流器交流侧电流有效值；
I1——整流器交流侧基波电流的有效值。
(当整流器的脉波数≥6时，其功率因数p.f.接近于cosφ，允许以cosφ代替p.f.)
采用通常的方法，根据cosφ可以选择功率因数补偿装置中的电容值。
根据所选电容值及整流器谐波电流值，计算电容器及电力系统的谐波电流
式中 InY——电力系统n次谐波电流有效值；
InC——电容器n次谐波电流有效值；
In——整流器n次谐波电流有效值；
XnY——n倍基波频率时的系统电抗；
XnC——n倍基波频率时的电容器电抗。
根据所选电容值及规定的系统谐波电流值InY，按上列各式也可计算In及InC值。
电容器有放大谐波的功能并可能引起谐振，谐振时的电流可能很大，因此电容器应串联解谐电抗器，使系统在5次及5次以上谐波分量时不发生谐振现象，一般推荐电抗、电容回路的谐振频率调整在75～225Hz之间。
9 结论
整流装置污染电网是可以采用上述措施加以抑制的。
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为了减少谐波，目前常用的措施是增加整流站等效相数、安装滤波装置、增加电源短路容量。近年来研究成功的新措施是磁通补偿法、谐波注入法、谐波回送法、安装有源滤波器等方法。
1 增加整流站等效相数
在大容量整流站的情况下，增加整流站等效相数，是减少谐波含量的有效方法。等效多相制的原理是用人为的方法使所有整流器的同名相电压之间发生相位移，以减少谐波分量。这样，各同名相电压形成N个相量组成的系统(N——整流器组的数目)，它们彼此之间的相位移为360°/PN(P——脉波数)，而所有整流器组的全部电压形成PN个相量组成的对称多相系统，它们彼此之间的相位移也是360°/PN和PN相整流时二次电压间的相位移相等。因此，在等效PN相制的情况下，一次电流及整流电压的波形与PN相整流电路相同，其所含谐波分量大大减少。
例如，当两台六脉波整流器的相电压之间的相位移为30°时，则整流站一次电流与整流电压的波形将和十二脉波整流电路一样，也就是它们形成了等效十二相制。
等效多相制的实现，可采用下列各种方法：
(1)在主变压器之前接一移相变压器。在此种情况下，加于主变压器的电压等于电网电压与移相变压器二次电压之相量和。加于主变压器的合成电压的相移角决定于移相变压器二次电压与电网电压间的相互关系。移相变压器的功率与其输出电压成正比。
(2)如果主变压器之前接有调整自耦变压器，则可将后者的励磁线圈接成曲折形，使主变压器一次电压的相位移动所需的角度，这样就可以达到移相变压器同样的效果。
(3)将整流站内一部分主变压器一次线圈接成三角形，而将另一部分主变压器的一次线圈接成三相星形(或一台主变压器具有两只二次线圈，一只接成三角形，而另一只接成三相星形)，使这两类主变压器的一次电流间(或两只二次线圈间)的相移角为30°，这样就可以使整流站的供电线路形成等效多相制。这个方法可以单独应用，也可以和上述方法联合应用。
(4)将主变压器的二次线圈接成曲折形，使二次相电压的相位有的向前移动，有的向后移动，形成等效多相制。
在等效多相制的情况下，若各台整流器的负荷不相等，则高次谐波的补偿程度比理论上的差，也就是交流侧的谐波含量较大。
在等效多相制的情况下，并联运行的整流器组之间将有平衡电流通过，这是因为这些整流器组的整流电压曲线并不重合，它们的脉振在时间上是不一致的。平衡电流的频率等于这些脉振的频率，当它与整流臂工作电流叠加在一起时，可使整流臂的负担加强，并会产生额外的功率损失，所以必须设法限制它。最有效的办法是采用平衡电抗器或阴极电抗器。但当使用大容量三线圈整流变压器(二次为△、Y双绕组)时，只要△与Y绕组间的漏抗设计得足够大，就可省去平衡电抗器，效果同样能达到。
2 安装滤波装置
通常一套滤波装置包括3～6只滤波器，其中主要是几只奇次单调谐固定式滤波器，有时还有一只高通滤波器。
奇次单调谐固定式滤波器的滤波对象是幅值较大的如5、7、11、13等奇次谐波中的某次谐波。一般系统中即使出现少量的偶次谐波电流，奇次滤波器也对其有滤波作用，单调谐滤波器为C—L—R串联电路，它调谐于某一特定谐波。
高通滤波器可同时滤除幅值较小的几个高次谐波(例如17、19、23、25、……次)，在构成形式上，将C—L—R电路的串联阻尼电阻改为与L跨接的旁路电阻即可。
并联滤波器的基本设计方法有两种。
2.1 单调谐滤波器
如图1所示，滤波器常数电感Lfn、电容Cfn与谐波次数n有下列关系
n2ω12Lfn·Cfn=1 (1)
式中 Lfn——电感；
Cfn——电容；
ω1——系统的额定角频率。
串联电阻Rfn一般都用下式的Qn表示
Qn=nω1Lfn/Rfn (2)
式中 Qn——品质因数。
滤波器完全谐振时的滤波残留阻抗等于Rfn，这时Rfn越小，也即Qn越大，滤波效果就越好。但是实际上，由于系统频率的波动、电容与电感的温度、电压特性以及它们的最小调整范围的影响，往往引起谐振偏移，因而滤波效果也就降低了。这里，我们考虑包含这些因数的等值频率波动率δ，如下式所示
式中 δ——等值频率波动率；
Δf——系统频率波动范围；
f1——基波频率；
ΔCf,ΔLf——电容和电感的偏差部分。
一般，因为Δf/f1为±(0.2～1)％，ΔCf/Cfn为1％，ΔLf/Lfn为1％，所以δ很小。
谐波降低率K可近似地由下式确定
式中 Lan——对应于n次谐波的系统电感。
因此，已知谐波降低率K时，可由下式求出Lfn与Cfn
设对应于基波的电容、电感的容量分别为(VA)C1、(VA)L1，则
式中 E——系统额定相电压。
对于n次谐波，电容和电感的容量是相等的，因此下式成立
(VA)Cn=(VA)Ln=nω1Lfn·Ifn2 (9)
滤波器的热容量取决于基波容量与谐波容量之和。滤波器所输出的无功伏安容量Pc可按下式求得
2.2 高通滤波器
如图2所示，高通滤波器按下列两个参数来选择电路常数
式中 fc——截止频率，在fc～∞的频率范围内，滤波器具有相当于Rf的阻抗。
fc一般接近并略高于装设单调谐波器的最高特征谐波频率
式中 m——频率—阻抗曲线的斜率，其值在0.5～2范围内选择。
高通滤波器所输出的无功伏安容量(VA)由下式决定
Pc=ω1CfE2 (13)
3 增加电源短路容量
提高电网公共连接点(整流装置接入处)短路容量与整流装置网侧视在功率之比是有效的措施。升高整流装置电源电压也可减轻电网污染。
4 磁通补偿法
在整流变压器二次侧接一电流互感器，经信息处理线路将谐波电流送往一放大器，再送往整流变压器第三线圈，使产生反向谐波电流，对铁心中的谐波磁通进行补偿，以抵消原来的谐波电流。为了使基波电流不损坏放大器，整流变压器具有第四线圈及滤波器，以减小放大输出端的基波电流(图3)。
采用此法时，在完善补偿的情况下，谐波电流可以完全抵消，并可将非特征谐波如3次、9次等谐波电流抵消。缺点是必须配备大功率放大器。
此法可在小容量整流设备及自饱和静止无功补偿装置中应用，与滤波装置并用时则效果较好。
5 谐波注入法
在整流电路中附加谐波电流源，即在整流臂上附加谐波电流，从而改善其波形。
三次(或其倍数)谐波电流注入法的线路图如图4所示。当整流阀V1、V5导电时，谐波电流的流通途径为：S→N→a→V1→C1→S及S→N→b→V5→C2→S。因此谐波电流可加于二次线圈矩形波之上，使波形改善。当整流阀V5、V6换相时，谐波电流又可循流于另一闭合回路中：S→N→c→V6→C2→S。
由于整流器直流侧存在平波电抗器，谐波电流源的电流不会流入负荷回路。
此法的优点是系统阻抗与其设计无关，缺点是注入电流源须与电力系统同步，须能自动调整注入电流的振幅值和相位。由于缺点较多，仅能在工业上得到少量应用。
6 谐波回送法
线路图如图5所示。采用此法时，整流变压器的二次侧必须接成星形，一次侧必须接成三角形(或变压器另具一只三角形线圈)。整流电路的正、负极与变压器二次侧中性点之间的整流电压为三脉波整流电压，其中含有三次谐波分量，后者会加于单相变压器一次线圈W上(电容器C用以隔断直流电流分量)。单相变压器二次线圈与整流器V1接成单相三倍频率全波整流器，其直流输出端与六脉波整流电路相串联，其交流输出端电流(即三次谐波回送电流)为三倍频率矩形波形，如图6a所示。
当此回送电流与整流变压器二次线圈电流重叠时(图6c)，即可使波形改善。
调整整流器V1的控制角即可改变三次谐波回送电流的相位。
整流变压器二次侧第二相电流的负向曲线(改善后)如图6d所示。
六脉波整流电路一次线电流改善后的波形如图6e所示。从图上可以看出，其波形显著改善，成为十二脉波整流电路的波形。
此法可将六脉波整流器的一次线电流转化为十二脉波整流器的，其原理可应用于整流器及逆变器，其谐波源与供电电源自然同步，所以可在大、中容量变流设备中应用。
7 安装有源滤波器
采用此法时的方框图如图7所示。有源滤波器能产生反向的谐波电流，以抵消整流设备流往电力系统的谐波电流，使电网污染问题得以改善。有源滤波器可采用电流型逆变器或电压型逆变器。关于有源滤波器法已有许多文献介绍，在此就不再详述了。
8 谐波对功率因数补偿装置的影响及其补救方法
如果整流器未装滤波装置而需配备功率因数补偿装置，则其位移因数cosφ可由下式求得
式中 IL——整流器交流侧电流有效值；
I1——整流器交流侧基波电流的有效值。
(当整流器的脉波数≥6时，其功率因数p.f.接近于cosφ，允许以cosφ代替p.f.)
采用通常的方法，根据cosφ可以选择功率因数补偿装置中的电容值。
根据所选电容值及整流器谐波电流值，计算电容器及电力系统的谐波电流
式中 InY——电力系统n次谐波电流有效值；
InC——电容器n次谐波电流有效值；
In——整流器n次谐波电流有效值；
XnY——n倍基波频率时的系统电抗；
XnC——n倍基波频率时的电容器电抗。
根据所选电容值及规定的系统谐波电流值InY，按上列各式也可计算In及InC值。
电容器有放大谐波的功能并可能引起谐振，谐振时的电流可能很大，因此电容器应串联解谐电抗器，使系统在5次及5次以上谐波分量时不发生谐振现象，一般推荐电抗、电容回路的谐振频率调整在75～225Hz之间。
9 结论
整流装置污染电网是可以采用上述措施加以抑制的。