3. 谐波基础与SVG谐波源特性

要理解SVG（静止无功发生器）为什么既是有力的谐波治理装置，又可能成为新的谐波源，必须先建立两个基础认知：一是谐波本身如何定义、如何被标准约束；二是SVG内部开关器件在什么条件下会产生谐波。本节围绕“谐波定义与标准限值—SVG自身开关谐波产生机理—死区与调制非线性影响”这条主线展开，帮助读者建立从标准到器件、从机理到现象的完整链条。

一、谐波的定义与衡量方式

在理想工频交流系统中，电压和电流都是单一频率（我国为50 Hz）的正弦波。当波形偏离正弦、出现周期性畸变时，按傅里叶级数分解，除基波分量外还会得到频率为基波整数倍的分量，这些分量就是谐波。频率为基波 h 倍的分量称为 h 次谐波，例如2次为100 Hz、3次为150 Hz、5次为250 Hz。工程上通常用总谐波畸变率（THD）衡量整体畸变程度，用各次谐波含有率（HR_h）衡量单次分量占比。

以电流为例，若基波有效值为 I₁，第 h 次谐波有效值为 I_h，则电流总谐波畸变率定义为：

THD_i = sqrt( I2² + I3² + I4² + … + Ih² ) / I1 × 100%

电压侧同理。需要强调的是，THD是一个“总量”指标，它不能说明畸变由哪几次谐波主导。实际分析中必须同时看频谱，因为不同次谐波对设备的影响差异很大：3次、9次等零序谐波会在中性线叠加，5次、7次等负序/正序谐波会引起电机附加损耗，高次谐波则更容易与电容、电抗发生谐振。

二、标准限值：判断“是否超标”的依据

谐波治理不能凭感觉，必须对照标准限值。国内常用的两个标准是GB/T 14549《电能质量 公用电网谐波》和GB/T 24337《电能质量 公用电网间谐波》，前者针对整数次谐波，后者针对间谐波。GB/T 14549对公用电网谐波电压限值和用户注入公共连接点（PCC）的谐波电流允许值都作了规定。下表给出常见电压等级下谐波电压总畸变率的限值示例（具体数值以标准原文为准，此处用于说明量级）。

对用户侧而言，更直接的约束是“注入PCC的谐波电流允许值”。它通常按用户协议容量与公共连接点短路容量之比进行分配，容量越大、短路容量越小，允许注入的谐波电流越小。因此，在评估SVG接入方案时，不能只看SVG能否补偿无功，还要核算它自身产生的谐波电流是否会把PCC的谐波水平推过限值。

三、SVG自身开关谐波产生机理

SVG的核心是电压源型变流器（VSC），由IGBT等全控器件组成桥臂，通过脉宽调制（PWM）输出接近正弦的电压。但PWM输出并非连续正弦，而是由一系列等幅脉冲拼接而成，其频谱中除基波外，必然在开关频率及其边带附近出现谐波分量。这是SVG“自身谐波”的根本来源。

以两电平VSC、开关频率 f_sw 为例，采用正弦PWM时，主要谐波集中在 f_sw 及其整数倍附近，形成以载波频率为中心的边带簇。若 f_sw 取5 kHz，则主要开关谐波出现在5 kHz附近，对应100次左右的高次谐波。这类谐波频率高、幅值相对基波较小，但若不加滤波，仍可能超过高次谐波限值，并引起附加发热和电磁干扰。

三相系统中，若三相调制波对称、载波同步，则线电压中3的整数倍谐波（3、9、15次等）会因三相对称而相互抵消，这是三相VSC的天然优势。但一旦三相不对称、死区设置不一致或调制波含有直流偏置，这种抵消关系就会被破坏，低次谐波随之出现。

四、死区与调制非线性对谐波的具体影响

死区是为了防止同一桥臂上下管直通而设置的短暂“全关”时间，通常为1～5 μs。死区期间输出电压不受调制波控制，而是由负载电流方向决定：电流为正时输出被拉向负母线，电流为负时被拉向正母线。这种“方向相关”的偏差在每个开关周期重复出现，等效于在输出中叠加了一个与电流符号相关的方波误差。其结果是输出电压在过零点附近出现平顶或缺口，频谱上表现为5、7、11、13次等低次谐波明显增大。

死区引起的低次谐波幅值近似与死区时间 T_d、开关频率 f_sw 成正比，与直流母线电压 U_dc 相关。工程上常用死区补偿来削弱它：根据电流方向对调制波叠加一个与死区等效的补偿电压，使实际输出更接近理想正弦。补偿的准确性直接决定低次谐波能压到多低。

调制非线性还包括过调制、调制波直流偏置和三相参数不一致。过调制会使输出波形削顶，产生大量低次谐波；直流偏置会引入偶次谐波和直流分量；三相调制波幅值或相位不一致，则会破坏三相对称，使原本可以相互抵消的3、9次谐波重新出现在线电流中。因此，在SVG控制中，调制波生成、死区补偿和三相平衡必须协同设计，不能只关注基波跟踪精度。

五、从机理到治理的衔接