中南大学 电力谐波实验报告

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

目录

前言 (2)

1．综合实验台特点 (3)

2．综合实验台主要功能 (3)

实验一谐波发生源实验 (4)

1.1．实验目的 (4)

1.2．实验设备 (4)

1.3．实验原理 (4)

1.4．实验内容和步骤 (5)

1.5．思考题 (8)

实验二单相并联型晶闸管投切电容器（TSC） (9)

2.1．实验目的 (10)

2.2．实验设备 (10)

2.3．实验原理 (10)

2.4．实验内容 (12)

2.5．思考题 (17)

前言

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

1.电力谐波及FACTS综合实验台

2.信号采集及控制电路挂件

3.负载电路挂件

4.工控机

5.导线若干

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FACTS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1.1所示。

图

1.1 电力谐

波源

1.4．实验内容和步骤

1．三相整流桥+电阻负载实验

(1)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1.2接好电路，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l u ，负载电流l i 的波形；改变晶闸管触发角的大小，观察负载电压l u ，负载电流波形变化的情况。

VD1VD2 VD3 VD4Ud

VD5

VD6

R

图1.2 三相桥式全控整流电路(电阻负载)

VD1

VD3

VD5

VD2

VD4

VD6

L

R

(2)根据观察到的负载电压l u ，负载电流l i 的波形，计算晶闸管触发角的大小。 (3)记录不同触发角下FFT 分析的谐波源数据，基波电流有效值1I ，N 次谐波电流有效值n I ，N 次谐波含有率n HRI ，谐波总畸变率THD 等，并根据所采用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的大小。

表1.1 电阻负载谐波数据（DSP 方法） 触发角约为30度 次数

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

n I 9.68 52 180.3 113.7 45.6 66.3 65.2 42.9 26.4 43.7 n HRI

100

10.4

7

11.71

11.39

7.94

4.89

8.25

5.31

8.91

7.46

表1.2 电阻负载谐波数据（DSP 变换） 触发角约为60度 次数

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

n I 562.3 69.8 288.7 56.2 78.3 106.5 12.95 67.65 56.2 35.4 n HRI

100

71.31

175.9

115.7

74.6

113.7

10.9

61.6

37.8

38.1

表1.3 电阻负载谐波数据（DSP 变换） 触发角约为120度 次数

1 3 5 7 9 11 13 15 17

19 n I 8.21 0.52 0.87 0.65 0.52 0.58 0.56 0.74 0.89 0.41 n HRI

100

8.45

27.8

6

9.65

7.64

9.8

6.5

6.87

4.83

4.01