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交流电弧炉的间谐波检测及状态判断

电测与仪表 2020年第13期57卷 137-143页

作者：方昕玥王斌喻敏张良力孙争冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心武汉430081 武汉科技大学信息科学与工程学院武汉430081

针对交流电弧炉不同工况的状态判断问题,文中将能量平衡关系推导出的交流电弧炉时变电阻,与经典非线性电阻模型相叠加,创新地加入弧长随机变化模型,形成了新的可模拟电弧炉不同工况状态的时变电阻模型。应用Matlab/Simulink软件仿真验... 详细信息

针对交流电弧炉不同工况的状态判断问题,文中将能量平衡关系推导出的交流电弧炉时变电阻,与经典非线性电阻模型相叠加,创新地加入弧长随机变化模型,形成了新的可模拟电弧炉不同工况状态的时变电阻模型。应用Matlab/Simulink软件仿真验证了模型的准确性。对仿真出的电弧炉在熔化期、精炼期中的电压电流,用总体平均经验模态分解(EEMD)方法分别进行分解,得到了电弧炉不同时期下全然不同的间谐波特征。实验结果表明,EEMD可消除经验模态分解(EMD)遇到的模态混叠问题,保证了提取出的两个时期电压电流中间谐波信息的准确性与有效性。基于此结果,提出了一种依据不同工况下间谐波特征对电弧炉进行状态判断的方法。

关键词：交流电弧炉组合模型间谐波检测状态判断

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大容量交流电弧炉柔性供配电方案控制策略

电工技术学报 2021年第16期36卷 3386-3399页

作者：赵崇滨姜齐荣郭旭刘东电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084 中冶京诚工程技术有限公司北京100176

合理化供配电技术是调控大容量交流电弧炉负载能量平衡的关键。含模块化电力电子功率单元的柔性供配电方案可显著减轻交流电弧炉运行对系统电能质量的影响,通过改进其多环节控制策略可以进一步提高交流电弧炉冶炼的性能并降低对系统的... 详细信息

合理化供配电技术是调控大容量交流电弧炉负载能量平衡的关键。含模块化电力电子功率单元的柔性供配电方案可显著减轻交流电弧炉运行对系统电能质量的影响,通过改进其多环节控制策略可以进一步提高交流电弧炉冶炼的性能并降低对系统的频率冲击。首先,该文提出功率单元逆变级采用电流控制模式取代电压控制模式与固有电极调节配合,提升控制系统带宽;其次,设计该方案针对多种运行工况的控制策略,增加其实际应用的灵活性与面向系统的友好性;再次,改进逆变级调制策略以抑制潜在的高频共模电流风险;最后,根据实际参数仿真验证了多种控制策略的有效性,可充分发挥所提方案电力电子主导的软硬件优势。

关键词：交流电弧炉柔性供电电能质量电流控制模式零共模PWM

基于大容量电力电子功率变换的交流电弧炉柔性供配电方案

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电力系统自动化 2020年第21期44卷 89-98页

作者：赵崇滨姜齐荣刘东刘广文郭旭清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084 中冶京诚工程技术有限公司北京市100176

交流电弧炉作为电力系统高载能负荷的代表广泛应用于钢铁行业。针对交流电弧炉传统供配电方案在系统侧电能质量治理效果与负载侧生产效益的局限性,文中介绍了一种新型柔性供配电方案:在匹配传统方案主体结构的基础上,将多绕组移相变压... 详细信息

交流电弧炉作为电力系统高载能负荷的代表广泛应用于钢铁行业。针对交流电弧炉传统供配电方案在系统侧电能质量治理效果与负载侧生产效益的局限性,文中介绍了一种新型柔性供配电方案:在匹配传统方案主体结构的基础上,将多绕组移相变压器与模块化电力电子功率单元串联引入供电回路,显著提升了负载侧量测与控制精度,且改变了并联补偿治理该类负荷引发电能质量问题的固有方法。详细介绍了电源装置各部分功能,并参考传统方案工作原理设计了功率单元的控制策略。依据某100 t交流电弧炉实际参数在PSCAD/EMTDC中建立了柔性供配电方案完整仿真模型,验证了新型方案的可行性与优势。

关键词：交流电弧炉柔性供配电方案电能质量电力电子功率单元高载能负荷

交流电弧炉供电网波动电压超短期混沌预测方法

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电测与仪表 2017年第18期54卷 48-53页

作者：王育飞孙路张剑云薛花上海电力学院电气工程学院上海200090 国网义乌供电公司工程管理部浙江义乌322000

对交流电弧炉供电网电压时间序列进行特性分析并进行预测是解决电弧炉引起闪变问题的前提。重构电压有效值时间序列相空间,采用互信息法和Cao氏法确定最佳延迟时间和嵌入维数,计算最大Lyapunov指数,证明了供电网波动电压具有混沌特性。... 详细信息

对交流电弧炉供电网电压时间序列进行特性分析并进行预测是解决电弧炉引起闪变问题的前提。重构电压有效值时间序列相空间,采用互信息法和Cao氏法确定最佳延迟时间和嵌入维数,计算最大Lyapunov指数,证明了供电网波动电压具有混沌特性。运用最大Lyapunov指数法和加权一阶局域预测法对电压时间序列进行超短期预测,结果表明,混沌预测能够较好地反映交流电弧炉供电网电压有效值时间序列的变化趋势,超短期预测精度高,且加权一阶局域预测法比最大Lyapunov指数法的预测精度更高,适合作为电压有效值时间序列的预测方法。

关键词：交流电弧炉电压时间序列混沌预测最大Lyapunov指数加权一阶局域预测法

基于电子连续性方程的新型交流电弧炉通用模型

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中国电机工程学报 2021年第21期41卷 7425-7433页

作者：张逸林才华邵振国林芳黄道姗林焱刘辉山福州大学电气工程与自动化学院福建省福州市350108 国网福建省电力有限公司电力科学研究院福建省福州市350007

交流电弧炉是现代钢铁冶炼的主要设备,但其作为一种典型的非线性时变负荷,给电网电能质量带来了十分严重的影响。交流电弧炉的精确建模对深入理解电弧的时变性和非线性,准确评估其电能质量问题,以及制定针对性的治理方案具有重要的意义... 详细信息

交流电弧炉是现代钢铁冶炼的主要设备,但其作为一种典型的非线性时变负荷,给电网电能质量带来了十分严重的影响。交流电弧炉的精确建模对深入理解电弧的时变性和非线性,准确评估其电能质量问题,以及制定针对性的治理方案具有重要的意义。现有模型对电弧的内部特性涉及较少,不能完全反映电弧的物理性质,建模效果较差,数据要求较高,使用局限性较大,适应性不强。基于此,文章研究一种新型的交流电弧炉通用模型,首先,根据电子连续性方程构建确定性电弧模型,并以叠加周期性正弦信号和带通白噪声的方式模拟弧长的变化规则;然后,通过机理分析近似估算模型中各个参数的取值范围;最后,以50t炼钢交流电弧炉和电石炉作为研究对象,在Matlab/Simulink软件中验证模型的可行性和适用性。研究结果表明,所提模型能较好地体现电弧的内在特性,无需大量实测数据,工程实用性较强且适用范围较广。

关键词：交流电弧炉通用模型电子连续性方程内部微观特性参数估计

交流电弧炉SVC装置2次滤波支路设计校核新方法

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电力系统保护与控制 2014年第1期42卷 126-133页

作者：段晓波朱明星胡文平戎士洋钱辰辰韩冰国网河北省电力公司电力科学研究院河北石家庄050021 教育部电能质量工程研究中心安徽合肥230601

交流电弧炉不仅属于典型的谐波污染源、闪变发生源,而且交流电弧炉冶炼过程在2次附近产生较大的间谐波分量。基于某实际钢铁公司交流电弧炉谐波发生量和SVC装置参数的定量分析及仿真研究,得到交流电弧炉必须设置2次C型滤波器,保证将电弧... 详细信息

交流电弧炉不仅属于典型的谐波污染源、闪变发生源,而且交流电弧炉冶炼过程在2次附近产生较大的间谐波分量。基于某实际钢铁公司交流电弧炉谐波发生量和SVC装置参数的定量分析及仿真研究,得到交流电弧炉必须设置2次C型滤波器,保证将电弧炉2次左右的谐波和间谐波放大控制在一定范围内的研究结论。在此基础上给出2次滤波支路的设计方法,提出了2次滤波支路安全校核新方法,指导交流电弧炉滤波装置工程设计。

关键词：交流电弧炉谐波和间谐波静止无功补偿器 2次C型滤波器安全校核

基于电气特性-物理参数耦合的交流电弧炉模型

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电工技术学报 2023年

作者：徐云聪张逸林才华刘必杰国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州大学电气工程与自动化学院国网福建省电力有限公司宁德供电公司

现有电弧炉模型主要关注电弧内部与外部特性的联系，割裂了电弧内部微观下电气与物理的耦合影响，难以体现电弧的电热物理本质，导致仿真精度有所欠缺。针对上述问题，本文提出了一种改进的新型交流电弧炉模型。首先，在电子连续性方程... 详细信息

现有电弧炉模型主要关注电弧内部与外部特性的联系，割裂了电弧内部微观下电气与物理的耦合影响，难以体现电弧的电热物理本质，导致仿真精度有所欠缺。针对上述问题，本文提出了一种改进的新型交流电弧炉模型。首先，在电子连续性方程的基础上，构建电弧的电气特性模型；其次，根据弧柱磁压缩力平衡方程和瞬时能量平衡方程分别构建电弧的压强、温度等物理参数模型，推导得到电弧内部的电气特性与物理参数之间的耦合机理，得到两者的耦合模型；然后，基于电弧炉变压器二次侧额定电流和最大电弧温度之间的关系，利用麻雀搜索算法对电弧温度曲线进行辨识，确定物理模型的各个参数；最后，依据50t、55t炼钢交流电弧炉的现场实测数据，在Matlab/Simulink平台上搭建模型以验证模型的正确性。仿真结果表明，所提模型更符合交流电弧炉实际运行过程中的物理本质，能更精确地反映其谐波、电压波动特性。

关键词：交流电弧炉电弧温度麻雀算法电气特性物理参数

交流电弧炉对电网电能质量影响分析及治理方案研究

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交流电弧炉对电网电能质量影响分析及治理方案研究

作者：赵建军中国矿业大学

学位级别：硕士

一直以来,钢铁产业都是国民经济的命脉。十三五以来,国家对于环保更加重视,要求全面淘汰能效低、污染高的炼钢设备,这也促进了电弧炉朝着大容量、高功率的方向快速发展。然而,作为一种典型的冲击性负荷,大容量电弧炉接入电网引发的电能... 详细信息

一直以来,钢铁产业都是国民经济的命脉。十三五以来,国家对于环保更加重视,要求全面淘汰能效低、污染高的炼钢设备,这也促进了电弧炉朝着大容量、高功率的方向快速发展。然而,作为一种典型的冲击性负荷,大容量电弧炉接入电网引发的电能质量问题十分严重。因此在电弧炉电能质量问题分析的基础上,进行电网侧谐波和无功补偿研究具有重要的社会意义和学术价值。本文首先对电弧炉的发展概况、工艺流程、电气设备、用电特性等做了简要的介绍。然后以80吨电弧炉为研究背景,搜集了该企业供电线路和电弧炉用电设备的资料,并对治理前的企业110kV进线和电弧炉负荷进行了电能质量测试,按照相关国家标准对测试数据进行了处理,给出了测试结果。建立了电弧的非线性时变电阻模型,并结合电气系统模型对电弧炉的电能质量问题进行分析。通过仿真数据和实测数据的对比,说明了所建立的电弧模型可以真实反映该企业电弧炉的谐波特性和电压波动与闪变问题;通过改变某一相弧长输入,分析了三相电弧的耦合规律;通过调整三相弧长给定,仿真给出了熔化期和精炼期电弧电压电流的变化特点。介绍了普通负荷的无功电流检测法、控制策略,在此基础上进一步分析了适用于电弧炉负荷的正负双序电流内环解耦控制策略,采用三角波比较法,建立了SVG仿真模型。仿真SVG对平衡负载和不平衡负载的补偿效果,并通过补偿后的系统电压和电流基本保持同相位,功率因数得到提高,验证了SVG模型的有效性。为改善电弧炉引起的电能质量问题,本文设计了SVG+FC综合补偿方案,先用仿真验证了方案的有效性,然后利用实际设备投运后的企业110kV进线电能质量测试评估结果说明了本方案对电弧炉电能质量问题的治理效果。

关键词：交流电弧炉负荷建模电能质量综合治理测试评估

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交流电弧炉电能质量治理关键技术研究与应用

交流电弧炉电能质量治理关键技术研究与应用

作者：张俊淦安徽大学

学位级别：硕士

目前,我国电炉钢的产量比例远低于全球平均水平,在国家可持续发展政策的引导下,电炉炼钢逐步上升为热点。但是,作为钢铁工业走可持续发展道路的重要装备,交流电弧炉越来越多地投入到电网中,因其特殊的用电属性而引发的电能质量问题日趋... 详细信息

目前,我国电炉钢的产量比例远低于全球平均水平,在国家可持续发展政策的引导下,电炉炼钢逐步上升为热点。但是,作为钢铁工业走可持续发展道路的重要装备,交流电弧炉越来越多地投入到电网中,因其特殊的用电属性而引发的电能质量问题日趋严重,影响电网的安全稳定经济运行。因此,对交流电弧炉电能质量治理技术的研究具有重要意义。首先,本文介绍了交流电弧炉及其供配电系统,并基于实测并网数据从谐波、间谐波、负序、无功冲击四个方面对典型交流电弧炉的电能质量发射特性进行了研究,研究结果表明交流电弧炉是一个既具有冲击性又三相不对称的非线性负荷,为交流电弧炉的电能质量治理奠定了基础。其次,针对目前交流电弧炉电能质量治理中未能考虑到电炉变励磁涌流影响的现状,本文从理论分析、实测数据与仿真建模三个方面分析了电炉变励磁涌流对电能质量治理装置的影响,研究结果表明2次滤波支路在设计时必须考虑电炉变励磁涌流的影响。然后,针对目前交流电弧炉电能治理中电能质量限值计算、干扰发生量计算、无源滤波器设计、TCR容量配置四个关键技术中存在的问题,本文完善了电能质量限值计算体系与干扰发生量计算方法,提出了计及电炉变励磁涌流与电弧炉特性的无源滤波器设计与安全校核方法,并基于斯泰因梅茨补偿理论给出了TCR容量配置方法。最后,本文将以上所提内容应用于某钢铁厂交流电弧炉供配电系统之中,验证了本文所提方案的可行性。本文基于大量的交流电弧炉实测并网数据,揭示了交流电弧炉的电能质量发射特性,提出了计及励磁涌流影响的滤波器参数设计与校核方法,给出了一种TCR容量的有效配置方法,并在实际工程中取得了较好的效果,对交流电弧炉供配电系统的规划设计、安全运行、电能质量改善具有重要意义。

关键词：交流电弧炉电能质量励磁涌流 TCR 安全校核