如何测试岸上电力系统的调频和输出波形

为什么THD数值可能令人误解

考虑一下这两份报告： V电压THD = 2%. 它们可能描述的是完全不同的工程条件。.

其中一个结果可能直接来自额定负载下的变频器输出。 另外一种情况是在输出变压器和长距离海底电缆处于部分负载状态时可能出现。 一种可能是来自工厂负载测试；另一种可能是在最终测试中测量的。 调试期间的岸上连接。.

即使数值相同，其电气意义也不一定相同。.

制定这些条件的目的是为了避免繁文缛节。 它防止了技术上不同的测量结果被视为直接可比的。.

在测试前确定测量点

港口配电网、变流器输入端、变流器输出端、变压器二级回路、岸线连接点和船只入口处都是不同的电气位置。 它们不应被视为可互换的测量点。.

在转换器输入端，电流谐波受到上游电源、输入变压器配置和转换器拓扑的影响。在转换器输出端，电压波形代表了在完整下游电气路径尚未添加之前，转换器方面的性能。.

下游，变压器、滤波器安装完毕，开关设备、电缆阻抗以及连接的负载都会改变观测到的情况。.

因此，在测试开始之前，应在单线图上标注测量点。 记录应注明电压等级、电路配置以及电压是否按相位测量或按相位-中性线测量。.

清晰的转换端子波形是十分有用的证据。但它本身并不能证明最终变压器和电缆路径之后，同一波形仍会在船体连接处存在。.

关于扭曲背后的更广泛的工程机制，请参阅我们的 岸上供电谐波和电力质量 指南。.

THDu、THDi 和个体谐波解答不同的问题

V电压畸变和电流畸变不应合并为一种通用指标。 “谐波性能”数值。.

THDu, 有时也写作电压 THD 或 THDv，它描述了电压波形中的总谐波失真。.

THDi 描述了电流波形中的谐波失真。 当前失真受到连接负载的强烈影响。 V电压失真受谐波电流与 电气系统的阻抗。.

因此，该系统可以显示相对较低的电压失真，而其电流波形包含更多谐波成分。这两项测量结果可以回答不同的问题。.

如果项目规范对各个谐波波形进行了限制，那么这些值也应该进行审查。一个可接受的总谐波失真值并不意味着每个单独的谐波都满足了单独的规定。.

为什么测试负荷很重要

负载箱是测试边界的一部分。.

在无负载情况下进行的谐波测试并不能证明在部分负载或额定负载下的相同性能。 同样，使用一种人工载荷配置进行测试，并不会自动再现所有船载荷特性。.

在 FAT 测试期间，使用受控电阻式/感应式负载库非常有用，因为它允许测试团队重复指定的操作点和负载切换。.

然而，实际的船舶可能包含不同组合的电机、驱动器、整流器、供电设备、泵等非线性或动态负载。.

谐波测试是控制测试序列的一部分

岸上供电波形测试不应被视为单独的分析仪读数。 首先需要确定电气配置、测试设备和运行条件。.

一套有效的验证流程包括配置确认、控制电源启动、稳态测量、动态事件以及最终的可追溯报告。.

这一序列很重要，因为没有产生该波形事件和操作条件的波形在以后很难被正确解释。.

用于本次工程评审的项目文档要求在相关负载测试过程中记录波形数据，以便能够追踪测试过程的完整性。.

为什么只有一个负载点是不够的

谐波性能不必始终保持在整个工作范围内的恒定水平。 转换器的运行状态、电流强度、连接负载的组成、功率因数以及网络阻抗都可能影响到所测量的值。.

因此，不应将单次负载或额定负载的结果自动用于描述整个工作范围。.

工程原理更具普遍性： 操作点位于谐波结果旁边。.

当测试报告显示系统在所需工作范围内仍可接受时，其价值会更加显著；而无需仅给出单个孤立的 THD 值即可。.

捕捉更稳定的恒定状态 THD

稳态谐波测量只能回答验收问题的其中一部分。 它描述了电系统达到稳定运行状态后的波形质量。.

它并没有完全描述当一个重载设备被连接或拆下时会发生什么。.

在负载切换期间，测试可能需要观察以下情况：

• 初始 RMS 电压和频率；;
• 应用或移除负载步骤；;
• 电压偏差；;
• 频率偏差；;
• 电压和电流波形出现干扰；;
• 恢复行为；;
• 最终稳定状态。.

在其中一个项目程序中，输出波形测试包括切换一个负载组，该负载组相当于大约 额定容量为 30% 瓦. 另一项站点测试计划使用了大约 20–30% 次负载调整 同时检查输出电压波形失真情况以及电压/频率瞬态恢复情况。.

这些百分比不应该转化为普遍的岸上电力规则。 所需的负载过渡应遵循项目批准的操作案例、测试设备和验收程序。.

关于动态性能的更深入的讨论，请参阅我们的 岸上电源过载和步进负载测试 指南。.

低THD并不意味着动态性能良好

应该区分三个不同的表现问题。.

这些行为相互作用，但它们并非可以互换的。.

如果负载切换后电压波动、频率偏差或恢复时间不可接受，则转换器仍可以产生稳定的状态波形，但仍需进行调查。.

同样，快速恢复并不证明稳态谐波失真满足了所需的标准。.

必要时，将50Hz和60Hz模式分别作为单独的操作案例进行测试。

许多岸上电力系统需要为使用不同电气标准的船舶提供电力。 例如，一个项目可能需要两者都具备。 400 V /50赫兹 还有 440 V /60赫兹.

如果两种模式都属于合同范围的一部分，则应将其作为单独的验证案例纳入其中，除非经批准的项目测试计划规定了其他方法。.

操作模式的改变可能涉及不同的转换器控制条件、变压器配置或下游的电气行为。.

应同时记录活性电压和频率模式以及谐波和波形结果。.

如何阅读真实项目测试结果

只有在保持其边界的情况下，真实测试证据才具有价值。.

这些数据展示了所测试配置的性能表现。 它们并不为每个岸电系统建立一个通用产品价值。.

为了理解 1.88% 的结果到底意味着什么，工程师还需要了解以下几点：

• 当时使用的是哪种设备配置；;
• 测量地点；;
• 连接的是哪种负载；;
• 是哪种电压和频率模式处于活动状态；;
• 使用了哪种测量方法；;
• 采用了哪些验收标准。.

如果这些条件发生变化，该数字可能不再能描述相同的电气情况。.

验收标准和测量结果必须保持分离。

一份可靠的测试报告可以区分项目所要求的与系统实际测量的内容。.

在本篇文章中，作为工程证据的工程进度表中，所列出的数值包括：

• 输出电压波形 THDu ≤ 2%
• 输入电流THDi ≤ 3%

一项单独的项目测试记录报告了最大电压谐波失真约为 1.88% 根据其记录的测试条件。.

这种结构比发布单独的声明要强大得多，例如 “THD = 1.88%”。.

从分析仪读数到可追溯的证据

屏幕截图对于进行视觉确认是有用的，但它不应该成为唯一存活下来的证据。.

完整的测试记录应该可以让另一位工程师重新还原事件的经过。 这意味着将数值结果与单行图表、仪器设置、测试负载、事件时间安排以及批准的标准相链接。.

测试记录应酌情列明：

• 分析仪制造商和型号；;
• 序列号；;
• 电压探头或测量变压器路径；;
• 电流传感器或 CT 路径；;
• 校准状态；;
• 必要时进行测量等级划分；;
• 布线布置；;
• 测量和聚合设置；;
• 测试日期和操作模式；;
• 负载条件和事件的时序。.

如果设置或配置发生变化后仍出现相同的结果，报告应说明发生了哪些变化。否则，这两项结果就无法可靠地进行比较了。.

将谐波测试内置到 FAT 记录中

谐波测试是工厂验收流程的一部分。 其结果应与已批准的测试程序和最终的 FAT 决定保持一致。.

一个有效的 FAT 包可以包含以下内容：

1. 批准的测试程序；;
2. 单线测量位置；;
3. 转换器和变压器的配置；;
4. 输出电压和频率模式；;
5. 仪器和校准信息；;
6. 负载库配置；;
7. 稳定状态负载点；;
8. 在需要时记录动态负载变化；;
9. 谐波表；;
10. 原始波形文件；;
11. 偏差记录和重测试记录；;
12. 最终验收决定。.

关于更广泛的工厂验证流程，请参阅 岸电制造和FAT .

FAT 和 SAT 测验会回答不同的问题

工厂验收测试和现场验收测试是相关的，但它们并不一定测试相同的电气边界。.

因此，FAT 和 SAT 的结果可能会有所不同，而这两项结果都不一定是错的。.

在诊断出差异之前，请先比较测试的范围。.

如何诊断异常谐波或波形结果

调谐测试无法证明的真相

谐波测试很重要，但其范围不应被夸大。.

一个可接受的 THDu 结果本身并不能证明：

• 正确的保护操作；;
• 绝缘性能；;
• 逆功率保护行为；;
• 适用于所有可能的船型，性能卓越；;
• 除非该条件已通过测试，否则应接受动态响应；;
• 如果完整的安装的从泊位到船体的路径不在测试范围之内，则该路径的性能结果也不适用。.

每个验收测试都针对一个明确的工程问题提供答案。 因此，最强大的验收程序并不是那些拥有大量屏幕截图的程序，而是那些每个结果都有明确界限、标准和记录的程序。.

常见原因导致谐波测试报告沦为证据不足

准备谐波和波形测试计划所需的信息

有效的测试计划首先要根据实际项目电气配置进行设计，而不是根据通用的 THD 目标值进行设计。.

• 单行图
• 额定岸上供电能力
• 输入电压和频率
• 所需输出电压和频率模式
• 转换器的布置
• 变压器布置
• 拟议的测量点
• 合同中的谐波标准
• THDu的要求
• THDi要求
• 适用时的个人谐波要求
• V电压容限
• 频率容差
• V电压失衡标准
• 可用负载库容量
• 电阻式/反应式负载能力
• 需要稳定的负载点
• 所需负载过渡
• 预期功率因数
• 仪器/测量级要求
• 稳定期
• FAT 和 SAT 边界
• 原始数据和报告格式要求

目标不是把所有岸上电力项目都强制采用一个固定的测试模板。 目的是确保测试计划与实际系统和验收边界相匹配。.

常见问题解答

技术参考框架

以下标准提供相关的电力质量测量和接地连接框架。 实际验收标准仍应源自适用的合同、技术规范和已批准的项目测试程序。.