諧波畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的。非線性器件是指電流與施加的電壓不成比例的器件。圖1通過(guò)將正弦電壓施加于簡(jiǎn)單非線性電阻的情況說(shuō)明了這一概念，其中電壓和電流根據(jù)所示曲線變化。雖然施加的電壓是完美的正弦曲線，但產(chǎn)生的電流是失真的。

將電壓提高幾個(gè)百分點(diǎn)可能會(huì)使電流加倍，并呈現(xiàn)不同的波形。這是電力系統(tǒng)中大多數(shù)諧波失真的來(lái)源。

圖1非線性電阻引起的電流失真。

圖2說(shuō)明任何周期性的失真波形都可以表示為正弦曲線的總和。當(dāng)一個(gè)波形從一個(gè)周期到下一個(gè)周期都相同時(shí)，它可以表示為正弦波其中每個(gè)正弦波的頻率是失真波基頻的整數(shù)倍。這個(gè)倍數(shù)被稱(chēng)為基波的諧波，因此這個(gè)主題的名稱(chēng)。

正弦曲線的總和被稱(chēng)為a傅里葉級(jí)數(shù)，以發(fā)現(xiàn)這一概念的偉大數(shù)學(xué)家命名。

由于上述性質(zhì)，傅立葉級(jí)數(shù)概念被普遍應(yīng)用于分析調(diào)和問(wèn)題。現(xiàn)在可以在每個(gè)諧波下單獨(dú)分析系統(tǒng)。此外，與整個(gè)失真波形相比，單獨(dú)找出每個(gè)諧波的正弦曲線的系統(tǒng)響應(yīng)要簡(jiǎn)單得多。每個(gè)頻率的輸出然后被組合以形成新的傅里葉級(jí)數(shù)如果需要的話(huà)，可以從中計(jì)算出輸出波形。

通常，我們只關(guān)心諧波的幅度。當(dāng)波形的正負(fù)半周形狀相同時(shí)，傅立葉級(jí)數(shù)只包含奇次諧波。這為大多數(shù)電力系統(tǒng)研究提供了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，因?yàn)榇蠖鄶?shù)常見(jiàn)的諧波產(chǎn)生設(shè)備在兩種極性下看起來(lái)都是一樣的。事實(shí)上，偶次諧波的存在通常是一個(gè)線索，表明負(fù)載設(shè)備或用于測(cè)量的傳感器有問(wèn)題。

也有明顯的例外，如半波整流器和電弧爐，這時(shí)電弧是隨機(jī)的。

圖2失真波形的傅立葉級(jí)數(shù)表示

通常，在電力系統(tǒng)分析中，高階諧波（高于25次至50次的范圍，取決于系統(tǒng)）可以忽略不計(jì)。

雖然它們可能會(huì)干擾低功率電子設(shè)備，但通常不會(huì)損壞電力系統(tǒng)。在這些頻率下，也很難收集足夠精確的數(shù)據(jù)來(lái)模擬電力系統(tǒng)。一個(gè)常見(jiàn)的例外是在頻率范圍內(nèi)存在系統(tǒng)共振。這些諧振可以由電子功率轉(zhuǎn)換器中的陷波或開(kāi)關(guān)瞬態(tài)激發(fā)。這會(huì)導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)多個(gè)過(guò)零點(diǎn)，從而干擾定時(shí)電路。這些諧振通常發(fā)生在有地下電纜但沒(méi)有功率因數(shù)校正電容器的系統(tǒng)上。

如果按照慣例將電力系統(tǒng)描述為串聯(lián)和并聯(lián)元件，則系統(tǒng)中的絕大部分非線性存在于并聯(lián)元件（即LOD）中。電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)阻抗（即電源和負(fù)載之間的短路阻抗）是非常線性的。在變壓器中，諧波源也是普通“T”模型的并聯(lián)支路（磁化阻抗）;泄漏阻抗是線性的。

因此，諧波失真的主要來(lái)源最終將是最終用戶(hù)負(fù)載。這并不是說(shuō)所有經(jīng)歷諧波失真的最終用戶(hù)本身都有很大的諧波源，而是說(shuō)諧波失真通常源于某些最終用戶(hù)的負(fù)載或負(fù)載組合。