钢铁企业配电网电能质量监测及补偿策略研究

发布时间：2017-05-02 12:14

  本文关键词：钢铁企业配电网电能质量监测及补偿策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题是首钢长治钢铁有限公司科技项目《110kV钢南站电能质量综合改善治理研究》的主要组成部分。钢铁企业非线性负荷和变流装置的大量使用,严重影响系统电能质量,威胁电力系统的安全可靠运行。本课题对长钢钢南站进行了电能质量监测与分析,针对钢铁企业轧钢机、电弧炉两类典型负荷引起的电能质量问题及其补偿治理方案进行了系统仿真研究。结合监测结果与仿真分析,本文为改善钢南站电能质量制定了切实可行的治理方案。首先,本文讨论了传统瞬时无功功率i_p-i_q、基于谐振调节器及快速傅里叶变换这三种谐波电流检测方法的机理,在此基础上首次提出了基于谐振调节器改进的瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测方法。在MATLAB平台上搭建了四种谐波电流检测方法的仿真模型,通过模拟实际工况下三相电压对称、频率波动、电压畸变、负载突变等情况,对四种检测方法进行了对比仿真分析。并且将四种检测方法分别运用于有源滤波器检测环节,研究了不同检测方法对其滤波补偿效果的影响。仿真结果表明,所提谐振i_p-i_q法提取的基波畸变率低,抗干扰性最强,瞬时响应速度最快,有效降低检测延时,提高了检测精度,且采用谐振i_p-i_q法的有源滤波器,其补偿效果和跟踪效果也明显优于其他三种方法。其次,本文主要对轧钢机和电弧炉两类典型负荷的外特性进行了仿真分析,利用所提谐振i_p-i_q法对两个系统进行了谐波检测,并重点对两类负荷展开了补偿策略研究。对轧钢机系统多采用的静止补偿装置(SVC)作了深入研究,综合比较了晶闸管控制电抗器(TCR+FC)型SVC和新型磁控电抗器型动态无功补偿装置(MSVC)。在MATLAB平台上首次完成了轧钢机系统TCR+FC与MSVC两种治理方案的仿真,利用两种SVC装置分别对轧钢机系统准备、空载、咬钢、轧制四个阶段的负荷特性进行补偿治理分析,仿真结果表明:两种SVC装置补偿效果都很好,补偿后系统电流畸变率由14.34%降至2.72%,特征次谐波含量大大减小,完全补偿了系统的无功,减小了电压波动,提高了系统功率因数φcos,其中咬钢期φcos由0.33提高至0.98左右,极大改善了系统电能质量。同时,本文完成了采用静止同步补偿器(STATCOM)对交流电弧炉三相不平衡系统的仿真研究,对STATCOM各个模块进行参数设计与仿真建模,仿真结果表明:STATCOM能够有效抑制电弧炉系统产生的谐波、电压波动与闪变,三相电流相角差分别由o300、o150、o180严重不平衡变为互差o120的对称状态。完成了钢铁企业轧钢机和电弧炉典型负荷的谐波抑制与无功补偿分析软件的构建。最后,考虑钢南站实际场地情况及经济性要求,根据电能质量监测结果与仿真分析,本文制定了钢南站采用新型磁控电抗器型补偿装置(MSVC)的治理方案,对滤波装置参数设计进行了应用分析,以便企业最大程度利用原有设备,节省投资。同时,分析了钢铁企业进行电能质量改善的节能、经济及社会效益。
【关键词】：电能质量 监测 谐振调节器 典型负荷 磁控电抗器 补偿策略
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761.12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 钢铁企业典型负荷对电能质量的影响10-11
• 1.2 谐波抑制与无功补偿研究现状与动态11-14
• 1.3 本课题研究的目的和意义14-15
• 1.4 本文的主要工作15-18
• 第二章 钢铁企业电能质量监测与分析18-30
• 2.1 首钢长治钢铁有限公司供电情况18-21
• 2.2 电能质量监测结果及评估分析21-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 谐波电流检测机理研究及仿真分析30-56
• 3.1 基于瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测机理及仿真研究30-42
• 3.1.1 瞬时无功功率理论30-32
• 3.1.2 基于瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测机理32-36
• 3.1.3 基于瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测算法仿真分析36-42
• 3.2 基于谐振调节器的谐波电流检测机理及仿真研究42-47
• 3.2.1 谐振调节器基本原理42-43
• 3.2.2 基于谐振调节器的谐波电流检测机理43-44
• 3.2.3 基于谐振调节器的谐波电流检测算法仿真分析44-47
• 3.3 基于快速傅里叶变换（FFT）的谐波电流检测法仿真分析47-49
• 3.4 基于谐振调节器改进的瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测机理及仿真研究49-53
• 3.4.1 基于谐振调节器改进的瞬时无功功率i_p-i_q谐波电流检测机理49-50
• 3.4.2 基于谐振调节器改进的i_p-i_q谐波电流检测算法仿真分析50-53
• 3.5 四种检测方法仿真对比分析53-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第四章 钢铁企业典型负荷外特性仿真及补偿策略研究56-88
• 4.1 轧钢机系统谐波源分析及其外特性仿真56-62
• 4.1.1 整流变压器56-57
• 4.1.2 轧钢机57-58
• 4.1.3 轧钢机系统建模及其外特性仿真58-62
• 4.2 轧钢机系统SVC补偿治理方案仿真研究62-74
• 4.2.1 晶闸管控制电抗器型SVC原理62-66
• 4.2.2 磁控电抗器型SVC原理及优势66-70
• 4.2.3 轧钢机系统补偿治理方案建模仿真研究70-74
• 4.3 交流电弧炉电气系统分析及其外特性仿真74-79
• 4.3.1 交流电弧炉电气系统的状态方程74-77
• 4.3.2 交流电弧炉系统建模仿真77-79
• 4.4 交流电弧炉系统STATCOM补偿治理方案仿真研究79-86
• 4.4.1 STATCOM的工作原理79-80
• 4.4.2 交流电弧炉系统补偿治理方案建模仿真研究80-86
• 4.5 本章小结86-88
• 第五章 长钢钢南站实际应用分析88-98
• 5.1 长钢钢南站电能质量治理方案88-91
• 5.2 滤波装置设计应用分析91-93
• 5.3 电能质量改善治理效益分析93-96
• 5.3.1 节能、经济效益分析94-95
• 5.3.2 社会效益分析95-96
• 5.4 本章小结96-98
• 第六章 总结与展望98-102
• 6.1 全文总结98-100
• 6.2 展望100-102
• 参考文献102-106
• 致谢106-108
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文108

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本文编号：340951