电弧炉的无功功率补偿与谐波抑制方法的研究

发布时间：2020-04-15 23:49

【摘要】：电弧炉作为现代炼钢的重要设备,广泛应用于金属冶炼行业。但是当电弧炉投入运行后,会降低负载系统的功率因数,引起电压波动与闪变等电能质量问题。造成电弧炉负载变化的根本原因主要是由于电弧弧长的随机变化,由此导致电弧电压与电弧电流呈现出一种十分复杂的变化特征。所以为了研究电弧炉对电能质量的影响,针对电弧炉的用电特性,本文采用有源电力滤波器(APF)+晶闸管投切电容器(TSC)综合补偿器对电弧炉引起的电能质量问题进行综合治理,这对实现电网中冲击性负荷无功谐波的综合治理具有重要的实际意义。本文首先阐述了交流电弧时变电阻模型的建立过程。然后介绍了TSC和APF的无功补偿原理及其电路结构,由于TSC对电弧炉进行无功功率补偿时,补偿方式为大容量有级式无功补偿,对补偿精度要求不高,所以本文提出了模糊控制的控制方法对TSC进行投切控制,并将电压和无功功率两个参考量作为TSC的投切判据;而APF则实现无功功率的小容量快速连续补偿和滤除谐波,这对APF的补偿精度和响应速度要求较高,所以对APF采用基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q法检测无功参考电流,控制系统则使用电流直接控制,最后,设计出基于模糊PI控制方法的控制器。APF的引入使综合补偿系统具有更高的稳态精度和动态响应速度,同时还可以滤除负载产生的谐波电流,并且TSC中串联电抗的电抗率也被有效地降低了,降低了TSC的经济成本。利用MATLAB/Simulink分别搭建了TSC、APF和电弧炉仿真模型。仿真结果表明,交流电弧时变电阻模型在一定程度上可以反映出电弧炉的电压电流特性;TSC可实现无功功率大容量补偿,但是负载系统电压与电流不能保持同相位,自身还会产生谐波电流;APF可以快速高效的滤除负载系统谐波电流。当投入TSC+APF综合补偿器后,系统侧谐波含量大大降低,系统电流与电压保持同相位,功率因数在大约0.05s稳定在1左右,实现了快速、精确和稳定补偿与抑制的效果。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM924.4

【参考文献】

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本文编号：2629134