高次谐波

概念定义

高次谐波是周期电气量中频率为基波频率整数倍、且次数大于一的谐波分量，属于电力工程与工程技术领域的概念。周期电气量采用傅立叶级数表示时，可以分解为基波与多个谐波分量；其中基波对应一次分量，二次及以上的整数倍分量归入高次谐波。

“次数”用于表示谐波频率与基波频率之间的整数倍关系。因此，高次谐波并非独立的电气设备，而是周期电压、电流或其他周期电气量在频率构成上的组成部分。分析高次谐波，实质上是识别基波以外的整数倍频率成分及其对电气系统运行状态的影响。

傅立叶级数将周期电气量表示为不同次数分量的组合。基波描述一次频率成分，高次谐波则对应次数大于一的整数倍频率成分。通过这种分解方式，原本作为整体观察的周期电气量可按频率成分区分，使基波与不同次数的谐波分别呈现。

当电气量中存在高次谐波时，设备实际承受或产生的周期电气量不仅包含基波，也包含一个或多个高次分量。这些分量会参与形成设备的运行状态。在电机系统中，高次谐波还可能影响转矩表现；分布绕组可通过降低高次谐波对运行状态的影响，改善转矩的平稳性。

从频率构成看，相关周期电气量由基波和谐波分量组成，高次谐波是其中次数大于一的部分。各次分量以基波频率的整数倍加以区分，共同构成周期电气量的傅立叶级数表示。

电网中的谐波主要来自三个方面：发电源质量不高可能产生谐波；输配电系统可能形成谐波；用电设备也可能成为谐波来源。由此，高次谐波既可能在电能产生环节出现，也可能与电能输配及使用环节有关。

高次谐波分析适用于电网、输配电系统、用电设备及电机运行等场景。在电力系统中，它用于区分周期电气量中的基波与整数倍频率分量，并识别不同环节产生的谐波。在电机设计与运行中，高次谐波是绕组形式和转矩平稳性分析所涉及的因素之一。

高次谐波会影响用电设备的安全、经济运行，因此其识别与影响控制属于电气系统运行分析的重要内容。分布绕组降低高次谐波影响的作用，也体现了谐波分析在电机转矩平稳性改善方面的应用。