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班级: 自动化1001
学号: 0909100507
姓名: 陈军
实验二 谐波产生和抑制
一.实验目的
1.加深对电磁干扰抑制技术的了解。
2.了解谐波的产生
3.了解谐波治理的各种方法
4.理解无源滤波和有源滤波的原理
二.实验设备
1.电力谐波及FACTS综合实验台
2.MALAB仿真平台
三.实验原理
目前在电力系统中抑制或减小谐波主要从两个方面进行。第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手,在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法,增加谐波抑制环节以减少电网的谐波注入量,此方法被称为主动治理措施。主动治理措施主要有增加变流装置的相数或脉冲数,采用多重化技术,采用脉宽调制(PWM:Pulse Width Modulation)技术,设计或采用高功率因数变流器等。第二个谐波治理的重要方面是研究对系统中的谐波进行有效滤除和补偿的方法和措施,此方法被称为被动治理措施。一般有三种:一是无源滤波包括低通滤波器和高通滤波器,二是有源电力滤波。三是混合有源滤波。混合有源滤波结合了无源滤波和有源滤波进行谐波治理,该方法将有效的克服单一使用无源滤波器和单一使用有源滤波器的缺点,而是综合了两者的优点,从而实现谐波电流的实时动态补偿。即实现无源滤波器进行大容量的谐波补偿,有源滤波器进行微调补偿,从而有效降低有源滤波器的容量,不但能够实现谐波的动态补偿而且可以大大降低成本。注入式混合有源滤波器是比较成熟的混合有源滤波技术,它的注入支路利用单调谐滤波器在基波频率处谐振时阻抗很小的特点,使得有源滤波器既不承受基波电压也不承受基波电流,从而大大减小有源滤波器的容量,使其更适于高压系统。
有源电力滤波器基本原理如图2.1所示。设负载电流为,谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流,令指令电流,补偿电流控制算法控制逆变器产生补偿电流,注入母线,抵消负载电流中的谐波,达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP器件。
图2.1 有源电力滤波结构图
谐波检测由电流传感器测量出负载电流,然后利用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术检测谐波,计算出电网的谐波分量,并根据相应的控制算法计算出适当的补偿量,有源电力滤波器的补偿电流由单相电压型变流器产生,功率开关元件采用IGBT管,谐波电流检测器检测出负载电流的谐波信号,将反相后作为指令信号,的值送入控制器,控制DSP中的PWM模块输出脉宽可调的PWM信号,经整形、隔离、放大后,用于驱动各个功率开关的导通和关断。变流器的交流侧出现逆变电压,此电压和电源电压之差由电感L负担,于是在回路中产生补偿电流,补偿电网谐波。有源滤波器的优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,缺点是价格高,容量小。
四.实验内容和步骤
本实验为演示性实验,利用Matlab/Simulink平台进行并联型有源滤波器仿真。观察投入APF前后,电路中的电压和电流波形,掌握对谐波电流进行补偿的原理。
实验原理如图所示
电网电流经过输电线后通过变压器到达低压端,在低压端再经过整流装置到达伏在,为了模拟谐波的产生以及掌握对谐波电流的补偿原理,在低压端增加了三次谐波发生器,在高压端则设置了三次,五次无源滤波器,以及一个有源滤波器,通过观察1-7节点的电压电流波形,对比其波形的变化加深对谐波电流补偿原理的理解
因为谐波是从电压端引入到高压端,一下分析从电压端向高压端进行
节点B4的波形如图所示
由于整流装置使用pwm进行调制,产生大量的5,7,9,11次等奇次谐波,从而出现驼峰形的电流波形
在节点B3处,由于通过了三次谐波发生器,使得B3节点处的电流较B4节点处增加了三次谐波,其波形如下所示
可以看出,此时B3处的波形比B4处的波形更加的差
在节点B2处,B3处的电流经过了变压器,由于变压器具有一定的抑制谐波的能力,从而使得B2处的波形比B3处的波形好一些,其波形图如下所示
此时B2节点依旧含有各奇次谐波
B5跟B6节点由于是在五次谐波滤波器与三次谐波滤波器处,所以通过他们的谐波分别是五次谐波与三次谐波,其波形如下所示
上面一个是B5节点的波形,下面一个是B6节点处的波形
在B1节点处,由于前面有了五次与三次的滤波,所以B1节点处没有了五次谐波与三次谐波,其波形如下图所示
B7处的波形在B1的基础上经过了有源滤波器滤波,将剩下所有的谐波都滤除掉了,在实验中,由于有源滤波器设计时没有添加滤除三次与五次谐波的功能,故此时的有源滤波器不能滤除三次跟五次谐波,B7处的波形为正弦波,已经没有了谐波,其波形如下
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