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1、电力谐波及FACTS综合实验报告实验名称：谐波发生源实验单相并联型投切电容器指导老师：危韧勇姓名学号：实验日期：2013年12月5日.、八、*前言21综合实验台特点32综合实验台主要功能3实验一谐波发生源实验41.1实验目的41.2实验设备41.3实验原理41.4实验内容和步骤51.5思考题8实验二单相并联型晶闸管投切电容器（TSC）92.1实验目的102.2实验设备102.3实验原理102.4实验内容122.5思考题17、几前在日常生产生活中电力谐波的产生不可避免，谐波给我们的生产和生活带来了相当严重的危害，因此研究电力谐波的实时检测和治理有着非常重要的意义。柔性交流输电技术是现代电力系统非
2、常重要的技术，它利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制调节交流电力系统的运行参数或网络参数，优化电力系统运行状态，提高交流电力系统线路的输电能力。本综合实验台可以完成谐波检测和FACTS技术等多种实验，可以模拟电力谐波的产生，并对电力谐波进行实时检测和治理；可以检测系统的无功功率和功率因数，并进行实时无功补偿，提高系统功率因素和线路的输电能力。1综合实验台特点(1) 综合实验台采用挂件的形式外观简洁、结构紧凑、接线方便。(2) 功能齐全，技术先进，集保护、测量、控制、监测、通讯于一体。(3) 采用液晶显示，显示界面清晰流畅。(4) 集成当前电气工程先进技术，突出专业特点。(5) 具有完善的人
3、机保护功能2综合实验台主要功能(1) 实时采集系统的数据通过数据采集卡发送到工控机上，通过软件可查看电压、电流波形；并分析电流与电压的相位关系计算有功功率和功率因数。(2) 模拟谐波的发生，并利用自适应神经网络技术实时检测谐波阶次和含量，通过软件可查看谐波阶次和含量的数据。(3) 进行无功功率的计算并利用无功补偿装置实时补偿无功功率提高功率因数。实验一谐波发生源实验1.1实验目的1熟.悉各实验挂件的功能，了解各个挂件的电路结构。2在.线检测由负载引入的谐波分量，通过引入前后电压，电流波形对比，了解谐波产生的原因及特性。3.通过该实验的学习为后面谐波检测和谐波治理实验做好准备。1.2实验设备电力
4、谐波及综合实验台2信.号采集及控制电路挂件3负电载电路挂件4工电控机5导电线若干1.3实验原理电力谐波源包括两大类含半导体非线性元件的谐波源和含电弧及铁磁性设备（电弧炉或铁磁性非线性元件）的谐波源。含有半导体非线性元件的谐波源是电力系统的主要谐波源，这类设备主要有三相整流器、单相全控整流桥、单相变流器、变频器、交流调压器以及家用低压电器等。电力谐波及综合实验装置模拟由非线性元件产生的谐波源，由晶闸管和阻抗负载构成三相桥式全控整流电路，其结构如图1电所1示。1.1电力谐1.4实验内容和步骤1三相整流桥+电阻负载实验将）电阻负载接入到三相桥式全控整流电路中，谐波源挂件按图1.接2好电路，仔细检查电
5、路的接线是否正确，检查挂件的快速熔断器是否完好，经老师核查无误后接通电源，观察并记录显示屏上负载电压u,负载电流i的波形；改变ll#Ud晶闸管触发角的大小，观察负载电压u，负载电流波形变化的情况。图1.2三相桥式全控整流电路（电阻负载）#(2) 根据观察到的负载电压u，负载电流i的波形，计算晶闸管触发角的大小。ll记录不同触发角下分析的谐波源数据，基波电流有效值I，N次谐1波电流有效值I，N次谐波含有率HRI，谐波总畸变率THD等，并根据所采用nn的方法将数据记录在表1.1，表1.2中。(4) 将表6.1中的数据和国家标准相比较，根据所学的电力电子学知识计算符合国家标准谐波含量下的晶闸管触发角
6、的大小。次数135791113151719In9.6852180.3113.745.666.365.242.926.443.7HRIn10010.4711.7111.397.944.898.255.318.917.46表1.1电阻负载谐波数据(DSP方法)触发角约为30度次数135791113151719In562.369.8288.756.278.3106.512.9567.6556.235.4HRIn10071.31175.9115.774.6113.710.961.637.838.1表1.2电阻负载谐波数据口DSP变换)触发角约为60度次数135791113151719In8.210.5
7、20.870.650.520.580.560.740.890.41HRIn1008.4527.869.657.649.86.56.874.834.01表1.3电阻负载谐波数据口DSP变换)触发角约为120度#电力谐波及FACTS综合实验报告电力谐波及FACTS综合实验报告2三相整流桥+感性负载实验(1)将电感负载接入到三相桥式全控整流电路中，谐波源挂件按图4.接3好电路，仔细检查电路的接线是否正确，检查挂件的快速熔断器是否完好，经老师核查无误后接通电源，观察并记录显示屏上负载电压u,负载电流i的波形；并ll改变晶闸管触发角的大小，观察负载电压u，负载电流i的波形变化情况。根据观察到的负载电压u
8、，负载电流i的波形，计算晶闸管触发角的大ll小。记录不同触发角下分析谐波源的数据，如基波电流有效值I、N次1谐波电压有效值X、N次谐波电流有效值I、N次谐波含有率HRI、谐波总畸nnn变率THD等，并根据所采用的方法将数据记录在表4.3，表4.4中。1.5思考题1. 电力谐波源主要有哪些？答：电力谐波源包括两大类：种是含半导体非线性元件的谐波源，另一种是含电弧及铁磁性设备(电弧炉或铁磁性非线性元件)的谐波源。含有半导体非线性元件的谐波源是电力系统的主要谐波源，这类设备主要有三相整流器、单相全控整流桥、单相变流器、变频器、交流调压器以及家用低压电器等。电力谐波及综合实验装置模拟由非线性元件产生的
9、谐波源，由晶闸管和阻抗负载构成三相桥式全控整流电路。第二种谐波源主要是电力系统中的电力电子器件负载，补偿设备（除了电容器组），铁芯饱和（如变压器铁芯饱和也会产生谐波），铁路机车负载等。2. 谐波主要有什么危害？答：理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危
10、害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确
11、。（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。3. 对比两种不同负载下的谐波的差异，简要分析原因。答：感性负载使无功功率增加，降低了电网功率因素，对电网造成严重危害，是高次谐波占有率增加。主要由于电感的电压超前电流90度，使无功功率增加，需并联电容来降低谐波的产生。实验二单相并联型晶闸管投切电容器（TSC）2.1实验目的1. 掌握TSC的系统结构与工作原理2. 了解TSC的分组投切控制3. 了解TSC投入的暂态过程4. 研究TSC投切对系统电压电流及无功功率的影响2.2. 实验设备1. TSC电路2. 信号采集电路3. 无功负载4
12、. 万用表5. 导线若干2.3. 实验原理1. 的基本结构与工作状态单相TSC的基本结构如图2.1所示，它由电容器C、双向导通晶闸管（或反并联晶闸管）SW和阻抗值很小的限流电抗器L组成。限流电抗器的主要作用是限制晶闸管阀由于误操作引起的浪涌电流。TSC只有两个工作状态，即投入和切除状态。投入状态下，双向晶闸管（或反并联晶闸管）导通，电容器并入线路中，TSC向系统发出容性无功功率；切除状态下，双向晶闸管（或反并联晶闸管）阻断，TSC支路不起作用，不输出无功功率。2. 投入的暂态过程分析TSC的投入时机是TSC控制中最重要的问题之一，目标是使晶闸管导通瞬间不至于引起过大的冲击电流损坏电容，并获得良
13、好的过渡过程动态，增快TSC的相应速度。假设母线电压是标准的正弦信号，即u(t)，Usin(t+Q)sm忽略晶闸管的导通压降和损耗，认为是一个理想开关，则TSC支路的电流为：i(t)，mcos(t+6)k21Xc式中，kFcXL，n/，为LC电路自然频率与工频之比；XC，1/(C)，X，LL。设投入时电容上的残压为C0，则用拉什变换表示的SC支路电压方程为U(s)，Ls+I(s)+-co.Css其中U(s)和I(s)分别为端电压和支路电流的拉斯变换。以晶闸管首次触发(即投入TSC)的时刻作为计算时间的起点，对应的电压波形中的角度是6。经过简单的变化处理及逆变换后可以得到电容器上的瞬时电流为k2
14、i(t)，Icos(t+6)一kBU一Usin6sint一Icos6cost1mCC0k21mn1mn#电力谐波及FACTS综合实验报告式中，n=2LC=k,是电路的自然频率；BC=C,是电容器的基波电k2I=UB-纳；1mmck2-1，是电流基波分量的幅值。3. 的过零投切本实验中的TSC支路用反并联晶闸管BTA10做为单相TSC的投切开关。控制反并联晶闸管的导通与关断，使得TSC工作在投入或切除的状态。TSC的过零投切是以晶闸管两端电压为零（系统电压和电容器两端电压相等）作为投入的时机，即首次投入时，满足Uco二UmSin，从而电容器上的瞬时电流可以表示为：1i（t）=Icos（t）+_Isinsint-1co神cost1mk1mn1mn这种方法中，TSC的晶闸管一旦导通就将始终满足零电压切换条件，可以在短时间内进行重复投切。2.4实验内容1.实验线路调理挂件负载挂件TSCg件图2.2单相TSC无功补偿实
