电弧炉无功补偿及谐波抑制关键技术研究

发布时间：2020-05-22 04:35

【摘要】：随着电弧炉炼钢技术的不断进步,电弧炉在冶金企业中的应用变得越来越广泛。由于电弧炉具有典型的时变非线性特性,工作过程中会对供电系统造成非常大的冲击,使电网产生电压闪变、电压波动、谐波、功率因数降低等问题。本文首先针对静止无功补偿器(SVC)在抑制电压闪变、滤除谐波方面效果不理想以及静止无功发生器(SVG)成本过高的问题,提出一种低成本复合型无功补偿模型(TSC+TCR+SVG)。该补偿模型采用TSC+TCR模块完成初步补偿,SVG负责后续精细补偿和抑制电压闪变,二者协同工作,最大限度地减少成本并提高性能;控制策略采用电流直接控制的SVG子控制系统,针对TSC+TCR提出一种基于历史状态的选择性配置策略。为进一步验证复合型无功补偿模型的合理性与控制策略的有效性,构建了完整的系统仿真模型,结果表明所提出的控制策略性能良好,混合型无功补偿装置补偿效果更为显著。有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波的电力电子装置,文中以串联型有源电力滤波器为研究对象,针对有源滤波器在电弧炉这类大容量负载上谐波抑制方案与控制方法的不足进行改进。首先,通过对无功补偿与谐波抑制问题的分析,提出解决方案;其次,通过对复合控制策略进行分析,优化了增益系数对滤波效果的影响,增加了延时补偿设计。在此基础上,构建了完整的复合控制策略电路,搭建系统仿真模型并进行了验证,仿真结果表明整个系统的正确性和有效性。最后,针对电弧炉电能质量问题,建立了电弧炉的静态模型。在此基础上,采用改进的遗传算法(PSO)对电弧炉静态模型中的参数进行了辨识,辨识结果与实测数据能较好地吻合,为电弧炉电网电能质量综合治理的研究奠定了模型基础。通过合理布局无功补偿与谐波抑制模块,消除电弧炉负载电压波动,从源头上抑制了电弧炉偶次谐波及部分奇次谐波的产生,利用有源滤波器进一步消除电弧炉谐波,以达到综合补偿的目的。然后利用仿真平台,搭建了电弧炉电网模型及最终的综合补偿系统模型;通过分析综合补偿系统在电弧炉电网投入前后的系统无功功率变化、功率因数波形及电网电流电压波形,充分验证本文提出的治理方案的合理性和有效性。
【图文】：

电弧炉,供电系统,无功功率,短路

图 2-1 电弧炉供电系统简化图式：212 2 U RPX R212 2 U XQX R 为无功功率，那么电弧炉短路容20 dUSX2 2 2S Sd d

电弧炉,运行特性,圆通,电能质量

图 2-2 电弧炉功率变化圆炉的运行特性，可以分析电弧炉电能质量问题。当电，电流、有功功率、无功功率都为 0，对应图中的 O 点时，则有：20= 2 2 dU SPXB 点，这个时刻的有功功率与无功功率相等。在 D 点对电极与钢料短路的情况发生，这时有电弧电阻为零，有容量就是短路容量，即为（2-3）式表达式，并且在断图中 A 点即为额定工作点，，阻抗角为φN，而 cosφN在路时的运行特性，是由于塌料造成电极短路，在这点.1~0.2 之间，电流波动最大值为额定电流的 2.5~3.5 倍所消耗的无功，FO 表示电弧炉额定工作所消耗的无功无功变化量。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF341.2

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