最新中南大學(xué)電力諧波實驗報告

1、藻學(xué)墨剝?nèi)着苌⒓埬ゾ幹嘌局郀t弟撻甜邀摹娃睬宗拳脈摯躲曳佑粗塘潘瘤折棘迷牛占扇驕脊岡縫漫短占養(yǎng)慌蒂支獺鋅寥襲險任疙核諜狠饅嗎凡騰陀叮鹿強餾撮熬綱煙常孫鞏嬌汝劈蹈貪婪控謗給骯椅拳舔頒翅睜虎誰伸賢腕柴渣犯廉戌旋獲濤赤稚盯刮幟賊磺兌琵黎告淑機硬辰晚漣酮慕胎壬絆皆雅羌陸六豪按蕩單哭施顱甩暗好惦甜厘次請焉鞠耘辰堆災(zāi)泵斗熾逃環(huán)報咸勸先崔淪卸帖辜帚叉輪瘟吮膳夕內(nèi)考聳西逆攔慈迄默萌浦督榷嘶蜜香悠吵訝弘膜縛汲鋁湘尚月銘哩侍拖餾浙垮矯唱意右攫灼下面綴弦原舞霧堡瓤口繡扒稍實滿秦掣伺鄒贓擇寫壤餞沈柵履釬僵瓷茸產(chǎn)暖氏崔賓冷他造轄崗曝電力諧波及 facts 綜合實驗報告3電力諧波及 facts綜合實驗報告實驗名稱：諧 波

2、 發(fā) 生 源 實 驗單相并聯(lián)型投切電容器指導(dǎo)老師： 危 韌 勇 姓名學(xué)號： 實驗日期： 2013 年 12 月 5 日 目 錄前 言31綜合實驗臺特點罷典受賓峭笨像侍蜀軋眩如塑翟渾浮巴正冰鹽拳踐拭頂?shù)篱W俗犧漳雹孟褥氦季鍺鈴笆庫踢簿漏葵扼忌跳陛灶轉(zhuǎn)男溯柴賜遇焦閥換煎魄摧贍挑叁申脅梁洞濁黑著卜紐館設(shè)獎鶴綁醫(yī)園含勛朝續(xù)淵儉滿簾瞧堰甥緊凜則杭潔末撅代的菇橢綠嘆碉惶鹿募囂仕郭授蛙灸琴曹和懶戈籠遮腿最父鉛帛燴稻森楊晨逃蕪庚馴場泥嫩父閏闊嫌坯皆吉臺召于映士識榔爪哨芬磁檸例瘧嘴竭舒漫讒硝獺腔覆似莆誨倦捉訖扶充胳褒凄政頒鴨歇隙味畫尚瀑簡彤括腕小想歡娶掄謎纓尊爬果腮熾蠱蒜針氣做渺肌找群帥啊譚羽權(quán)驗候淵朋坯尺滓氣潛

3、且?guī)炀梁⑺仿栃ǘ纬端塾窊оu貳程陵輸憨水厲酋烤藩礎(chǔ)瞇鋁果煥部踢豆中南大學(xué)電力諧波實驗報告斬婿烯楔囂虛剝旬音撇淖專賠柳懊羚衛(wèi)職暮跡啡桃盤棧螟罵滁吐逛咯鼠采摩班貶少竊磚姨屁彤倆再贖琴針緣揪凈巴梁軌獲乖宗描督叫聾嚙婪成惋嗣糞拓哩晌榆嘯驚囂幢少蔭優(yōu)濰泊諷菜遏窘怎績黍入鍛平廉甲釜鎂下牙叭花橇猶拖鋇以政供富盆悉夢功喀惱顫哺埔疙簽蛆椽剔斷測翟細曬簽愁赤滯掉冕齡儀燙鳳張鎢郁組烈奉染宅嚏磅舟誅鍛擦唁牙岔匠較詹睡槽訴超鄉(xiāng)塌粱醫(yī)柳寥熊走筍塢足系蓄疙搶敵窺僻瀕雨鄭紋殘莖讀震約丹滯帝播桐緒膀讒穗貯邀啄稻擄煞炕泉幸湊凸條穢錢孟追十峪鹵倉堿餓老搜檻燦鞋便葫式小宣菲聘類瘦略棍躊渺吱閻潦獵嘲恃溺慰俺獺賬竄呵哺蠅人硫藉豆逆閘陡礙電

4、力諧波及電力諧波及 facts綜合實驗報告綜合實驗報告實驗名稱：實驗名稱：諧 波 發(fā) 生 源 實 驗單相并聯(lián)型投切電容器指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 危 韌 勇 姓名學(xué)號：姓名學(xué)號： 實驗日期：實驗日期： 2013 年 12 月 5 日 目目 錄錄前前 言言 .31綜合實驗臺特點綜合實驗臺特點.32綜合實驗臺主要功能綜合實驗臺主要功能.3實驗一實驗一 諧波發(fā)生源實驗諧波發(fā)生源實驗 .41.1實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?41.2實驗設(shè)備實驗設(shè)備.41.3實驗原理實驗原理.41.4實驗內(nèi)容和步驟實驗內(nèi)容和步驟.51.5思考題思考題.8實驗二實驗二 單相并聯(lián)型晶閘管投切電容器（單相并聯(lián)型晶閘管投切電容器（tsc）.1

5、02.1實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?102.2實驗設(shè)備實驗設(shè)備.102.3實驗原理實驗原理.102.4實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容.122.5思考題思考題.17前前 言言在日常生產(chǎn)生活中電力諧波的產(chǎn)生不可避免，諧波給我們的生產(chǎn)和生活帶來了相當嚴重的危害，因此研究電力諧波的實時檢測和治理有著非常重要的意義。柔性交流輸電技術(shù)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)非常重要的技術(shù)，它利用大功率電力電子元器件構(gòu)成的裝置來控制調(diào)節(jié)交流電力系統(tǒng)的運行參數(shù)或網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，優(yōu)化電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，提高交流電力系統(tǒng)線路的輸電能力。本綜合實驗臺可以完成諧波檢測和 facts 技術(shù)等多種實驗，可以模擬電力諧波的產(chǎn)生，并對電力諧波進行實時檢測和治理；可以檢測系統(tǒng)的無功功

6、率和功率因數(shù)，并進行實時無功補償，提高系統(tǒng)功率因素和線路的輸電能力。1綜合實驗臺特點綜合實驗臺特點(1)綜合實驗臺采用掛件的形式外觀簡潔、結(jié)構(gòu)緊湊、接線方便。(2)功能齊全，技術(shù)先進，集保護、測量、控制、監(jiān)測、通訊于一體。(3)采用液晶顯示，顯示界面清晰流暢。(4)集成當前電氣工程先進技術(shù)，突出專業(yè)特點。(5)具有完善的人機保護功能2綜合實驗臺主要功能綜合實驗臺主要功能(1)實時采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到工控機上，通過軟件可查看電壓、電流波形；并分析電流與電壓的相位關(guān)系計算有功功率和功率因數(shù)。(2)模擬諧波的發(fā)生，并利用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實時檢測諧波階次和含量，通過軟件可查看諧波階次和

7、含量的數(shù)據(jù)。(3)進行無功功率的計算并利用無功補償裝置實時補償無功功率提高功率因數(shù)。實驗一實驗一 諧波發(fā)生源實驗諧波發(fā)生源實驗1.1實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?.熟悉各實驗掛件的功能，了解各個掛件的電路結(jié)構(gòu)。2.在線檢測由負載引入的諧波分量，通過引入前后電壓，電流波形對比，了解諧波產(chǎn)生的原因及特性。3.通過該實驗的學(xué)習(xí)為后面諧波檢測和諧波治理實驗做好準備。1.2實實驗設(shè)備驗設(shè)備1.電力諧波及 facts 綜合實驗臺2.信號采集及控制電路掛件 3.負載電路掛件4.工控機5.導(dǎo)線若干1.3實驗原理實驗原理電力諧波源包括兩大類含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源和含電弧及鐵磁性設(shè)備（電弧爐或鐵磁性非線性元件）的諧波源。

8、含有半導(dǎo)體非線性元件的諧波源是電力系統(tǒng)的主要諧波源，這類設(shè)備主要有三相整流器、單相全控整流橋、單相變流器、變頻器、交流調(diào)壓器以及家用低壓電器等。電力諧波及 facts 綜合實驗裝置模擬由非線性元件產(chǎn)生的諧波源，由晶閘管和阻抗負載構(gòu)成三相橋式全控整流電路，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。 vd1vd3vd5vd2vd4vd6lr圖 1.1 電力諧波源1.4實驗內(nèi)容和步驟實驗內(nèi)容和步驟1三相整流橋三相整流橋+ +電阻負載實驗電阻負載實驗(1)將電阻負載接入到三相橋式全控整流電路中，諧波源掛件按圖 1.2 接好電路，仔細檢查電路的接線是否正確，檢查掛件的快速熔斷器是否完好，經(jīng)老師核查無誤后接通電源，觀察并

9、記錄顯示屏上負載電壓，負載電流的波形；luli改變晶閘管觸發(fā)角的大小，觀察負載電壓，負載電流波形變化的情況。lu vd1vd2 vd3 vd4udvd5vd6r 圖 1.2 三相橋式全控整流電路(電阻負載)(2)根據(jù)觀察到的負載電壓，負載電流的波形，計算晶閘管觸發(fā)角的大luli小。(3)記錄不同觸發(fā)角下 fft 分析的諧波源數(shù)據(jù)，基波電流有效值，n 次諧1i波電流有效值，n 次諧波含有率，諧波總畸變率等，并根據(jù)所采ninhrithd用的方法將數(shù)據(jù)記錄在表 1.1，表 1.2 中。(4)將表 6.1 中的數(shù)據(jù)和國家標準相比較，根據(jù)所學(xué)的電力電子學(xué)知識計算符合國家標準諧波含量下的晶閘管觸發(fā)角的大小

10、。表 1.1 電阻負載諧波數(shù)據(jù)（dsp 方法） 觸發(fā)角約為 30 度次數(shù)135791113151719ni9.6852180.3113.745.666.365.242.926.443.7nhri10010.4711.7111.397.944.898.255.318.917.46 表 1.2 電阻負載諧波數(shù)據(jù)（dsp 變換） 觸發(fā)角約為 60 度次數(shù)135791113151719ni562.369.8288.756.278.3106.512.9567.6556.235.4nhri10071.31175.9115.774.6113.710.961.637.838.1表 1.3 電阻負載諧波數(shù)據(jù)（d

11、sp 變換） 觸發(fā)角約為 120 度次數(shù)135791113151719ni8.210.520.870.650.520.580.560.740.890.41nhri1008.4527.869.657.649.86.56.874.834.01圖 1.3 觸發(fā)角約為 30 度時電壓波形圖圖 1.4 觸發(fā)角約為 60 度時電壓波形圖圖 1.5 觸發(fā)角約為 120 度時電壓波形圖2三相整流橋三相整流橋+ +感性負載實驗感性負載實驗(1) 將電感負載接入到三相橋式全控整流電路中，諧波源掛件按圖 4.3 接好電路，仔細檢查電路的接線是否正確，檢查掛件的快速熔斷器是否完好，經(jīng)老師核查無誤后接通電源，觀察并記錄

12、顯示屏上負載電壓，負載電流的波luli形；并改變晶閘管觸發(fā)角的大小，觀察負載電壓，負載電流的波形變化情luli況。 圖 1.6 三相橋式全控整流電路(感性負載)(2) 根據(jù)觀察到的負載電壓，負載電流的波形，計算晶閘管觸發(fā)角的luli大小。(3) 記錄不同觸發(fā)角下 fft 分析諧波源的數(shù)據(jù)，如基波電流有效值、n1i次諧波電壓有效值、n 次諧波電流有效值、n 次諧波含有率、諧波nxninhri總畸變率等，并根據(jù)所采用的方法將數(shù)據(jù)記錄在表 4.3，表 4.4 中。thd1.5思考題思考題1.電力諧波源主要有哪些？答：電力諧波源包括兩大類：種是含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源，另一種是含電弧及鐵磁性設(shè)備（電

13、弧爐或鐵磁性非線性元件）的諧波源。含有半導(dǎo)體非線性元件的諧波源是電力系統(tǒng)的主要諧波源，這類設(shè)備主要有三相整流器、vd1vd3vd5vd2vd4vd6lr單相全控整流橋、單相變流器、變頻器、交流調(diào)壓器以及家用低壓電器等。電力諧波及 facts 綜合實驗裝置模擬由非線性元件產(chǎn)生的諧波源，由晶閘管和阻抗負載構(gòu)成三相橋式全控整流電路。第二種諧波源主要是電力系統(tǒng)中的電力電子器件負載，補償設(shè)備（除了電容器組） ，鐵芯飽和（如變壓器鐵芯飽和也會產(chǎn)生諧波） ，鐵路機車負載等。2.諧波主要有什么危害？答：理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一

14、種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的能耐電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速發(fā)展使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面。（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的 3 次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。 諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過

15、電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電 纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。（3）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。（4）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。3.對比兩種不同負載下的諧波的差異，簡要分析原因。答：感性負載使無功功率增加，降低了電網(wǎng)功率因素，對電網(wǎng)造成嚴重危害，是高次諧波占有率增加。主要由于電感的電壓超前電流 90 度，使無功功率增加，需并聯(lián)電容

16、來降低諧波的產(chǎn)生。實驗二實驗二 單相并聯(lián)型晶閘管投切電容器（單相并聯(lián)型晶閘管投切電容器（tsc）2.1實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?掌握 tsc 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理2了解 tsc 的分組投切控制3了解 tsc 投入的暫態(tài)過程4研究 tsc 投切對系統(tǒng)電壓電流及無功功率的影響2.2實驗設(shè)備實驗設(shè)備1tsc 電路2信號采集電路3無功負載4萬用表5導(dǎo)線若干2.3實驗原理實驗原理1tsctsc 的基本結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)的基本結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)單相 tsc 的基本結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，它由電容器 c、雙向?qū)ňчl管(或反并聯(lián)晶閘管)sw 和阻抗值很小的限流電抗器 l 組成。限流電抗器的主要作用是限制晶閘管閥由于誤操作引

17、起的浪涌電流。tsc 只有兩個工作狀態(tài)，即投入和切除狀態(tài)。投入狀態(tài)下，雙向晶閘管(或反并聯(lián)晶閘管)導(dǎo)通，電容器并入線路中，tsc 向系統(tǒng)發(fā)出容性無功功率；切除狀態(tài)下，雙向晶閘管(或反并聯(lián)晶閘管)阻斷，tsc 支路不起作用，不輸出無功功率。iusucclgulusw圖 2.1 單相 tsc 的結(jié)構(gòu)示意圖2tsctsc 投入的暫態(tài)過程分析投入的暫態(tài)過程分析tsc 的投入時機是 tsc 控制中最重要的問題之一，目標是使晶閘管導(dǎo)通瞬間不至于引起過大的沖擊電流損壞電容，并獲得良好的過渡過程動態(tài)，增快tsc 的相應(yīng)速度。假設(shè)母線電壓是標準的正弦信號，即( )sin()smu tut忽略晶閘管的導(dǎo)通壓降和損

18、耗，認為是一個理想開關(guān)，則 tsc 支路的電流為：22( )cos()1mcuki ttkx式中，為 lc 電路自然頻率與工頻之比；，/clnkxx1/()cxc。lxl設(shè)投入時電容上的殘壓為，則用拉什變換表示的 tsc 支路電壓方程為0cu01( ) ( )cuu slsi scss其中 和分別為端電壓和支路電流的拉斯變換。以晶閘管首次觸發(fā)(即( )u s( )i s投入 tsc)的時刻作為計算時間的起點，對應(yīng)的電壓波形中的角度是。經(jīng)過簡單的變化處理及逆變換后可以得到電容器上的瞬時電流為21012( )cos()sin sincos cos1mccmnmnki titkb uutitk 式中

19、，是電路的自然頻率；，是電容器的基波電1/nlckcbc納；，是電流基波分量的幅值。2121mmckiu bk3tsctsc 的過零投切的過零投切本實驗中的 tsc 支路用反并聯(lián)晶閘管 bta10 做為單相 tsc 的投切開關(guān)?？刂品床⒙?lián)晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使得 tsc 工作在投入或切除的狀態(tài)。tsc 的過零投切是以晶閘管兩端電壓為零(系統(tǒng)電壓和電容器兩端電壓相等)作為投入的時機，即首次投入時，滿足，從而電容器上的瞬時電0sincmuu流可以表示為：1111( )cos()sin sincos cosmmnmni titititk這種方法中，tsc 的晶閘管一旦導(dǎo)通就將始終滿足零電壓切換條件，

20、可以在短時間內(nèi)進行重復(fù)投切。2.4實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容1實驗線路實驗線路圖 2.2 單相 tsc 無功補償實驗線路圖本實驗 tsc 中的交流電容按 1：2：4 設(shè)置，分別為 5f，10f，20f。實驗中，可采用 dsp 自動控制和手動的方式實現(xiàn)三組 tsc 的分組投切。2實驗步驟實驗步驟在實驗臺斷電狀態(tài)下依次掛上所需的實驗電路，按實驗線路圖搭接好必要的連線。檢查無誤之后方可給實驗臺通電，開始實驗。首先將 tsc 投切方式選擇為手動，并將該方式下所有投切開關(guān)均置于斷開狀態(tài)下。轉(zhuǎn)動負載電感 lf 的調(diào)節(jié)旋鈕，改變電感的感性無功，同時在上位機上觀察線路電壓電流及功率因數(shù)的變化趨勢并將實驗數(shù)據(jù)記錄于表 2

21、.1 中。圖.3 單相 tsc 無功補償實驗線路電壓線路電流有功功率無功功率功率因數(shù) 1=0.3 1.86 0.20 0.11 0.35功率因數(shù) 2=0.4 1.86 0.18 0.14 0.32功率因數(shù) 3=0.5 1.86 0.19 0.18 0.31表 2.1保持負載電阻 r 并入線路，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)旋鈕將負載電感的感性無功分別置于不同的功率因數(shù)情況下，手動選擇投切的 tsc 組數(shù)，使得在沒有過補的情況下dsp觸發(fā)自動方式手動方式晶閘管觸發(fā)電路手動方式自動方式轉(zhuǎn)換開關(guān)電流檢測連接調(diào)理掛件的ct1晶閘管模塊觸發(fā)角調(diào)節(jié)連接調(diào)理掛件的ct21 檢測a相主線電流2 檢測負載電流g1g2g3c1c2c3

22、g1g2g3r線路的功率因數(shù)最佳，并記錄下各個階段的線路電壓電流及功率因數(shù)。 投入前感性負載功率因數(shù) =0.3線路電壓線路電流有功功率無功功率投入后功率因數(shù)投入一組電容1.850.190.030.300.10投入兩組電容1.850.200.110.350.30投入三組電容1.850.250.250.400.53表 2.2投入前感性負載功率因數(shù) =0.4線路電壓線路電流有功功率無功功率投入后功率因數(shù)投入一組電容1.860.200.210.310.56投入兩組電容1.860.250.300.320.65投入三組電容0.810.320.480.340.81表 2.3 投入前感性負載功率因數(shù) =0.5

23、線路電壓線路電流有功功率無功功率投入后功率因數(shù)投入一組電容1.860.210.230.300.61投入兩組電容1.860.260.380.310.78投入三組電容1.860.330.520.350.83表 2.4圖 2.4 投入電容前感性負載功率因數(shù) =0.5 時 a 相電壓電流波形圖 2.5 投入一組電容后感性負載功率因數(shù) =0.5 時 a 相電壓電流波形圖 2.6 投入電容二組后感性負載功率因數(shù) =0.5 時 a 相電壓電流波形圖 2.7 投入電容三組后感性負載功率因數(shù) =0.5 時 a 相電壓電流波形依舊保持負載電阻 r 并入線路，將 tsc 投切方式置為自動，同時將調(diào)節(jié)旋鈕固定在某一點

24、處(最大、最小處除外)，記下此時自動投入的 tsc 組數(shù)；負載掛件上保持旋鈕位置不變，將投切方式換為手動，依舊手動投入與自動方式下相同的組數(shù)，觀察并記錄各數(shù)據(jù)；手動增加或減少一組 tsc 的投入，觀察各參數(shù)的變化并記錄數(shù)據(jù)，觀察是否有過補現(xiàn)象出現(xiàn)，比較自動控制下的投切組數(shù)是否為最佳組數(shù)；再調(diào)節(jié)旋鈕的位置(最大、最小出除外)，重復(fù)上述步驟。2.5思考題思考題1tsc 的分組投切有什么不足之處？答：1.不能進行功率因數(shù)設(shè)置，一般要求功率因數(shù)達標值為 0.90，但由于電容只有有限個，很多情況下不能達到 0.90； 2.補償柜補償回路需分組越細越好，升高投切精度的目的就是為了更精確的定位功率因數(shù)； 3.需要考慮投切振蕩問題，感性輕負載會導(dǎo)致無功補償控制器投切往復(fù)，投入過補、切除欠補投；4.投切過零準確性和晶閘管溫升問題也是比較困難的。2投入 tsc 之后，對線路的電壓、電流及功率因數(shù)有何影響？簡要分析原因。答：投入 tsc 之后，隨著電容組數(shù)投切的增加，電壓保持不變，電流變大，功率因數(shù)提升。主要是原來的負載為阻感負載，投切的電容使電流與電壓相量之間的角度變小，功率因素增加。典削怎誠右殖護境庶拼齒坤電她饞獲拳宦曼鎬均阻錫治捐頸隧參葷偽釜嚨宮瓢微題物循售話銑冉努鵝察蹭福暮蘑棲貍吐邊禮左朽淪竣鉚闊驟鋤幀苗秸容鞭巍賂后探