【摘 要】
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电力作为清洁的二次能源,被广泛的应用于各行各业,电能质量出现问题,可能影响正常的生产生活,严重的可能造成电网的波动,甚至造成电网解列,发生性质恶劣的停电事故,因此电能质量问题越来引起人们的重视。与此同时,随着社会经济的不断发展,对钢铁的需求量和对钢铁质量的要求不断攀升,以交流电弧炉为代表的大型炼钢设备容量也越来越大。电弧炉所带来的高次谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等电能质量问题给电网带来了巨大的
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电力作为清洁的二次能源,被广泛的应用于各行各业,电能质量出现问题,可能影响正常的生产生活,严重的可能造成电网的波动,甚至造成电网解列,发生性质恶劣的停电事故,因此电能质量问题越来引起人们的重视。与此同时,随着社会经济的不断发展,对钢铁的需求量和对钢铁质量的要求不断攀升,以交流电弧炉为代表的大型炼钢设备容量也越来越大。电弧炉所带来的高次谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等电能质量问题给电网带来了巨大的危害,其中,电压波动和闪变问题最难治理,也是目前电弧炉电能质量治理研究中的重点和热点。本文摒弃了传统无功补偿方法事后被动补偿的思路,创新性的提出了先主动抑制波动后统一补偿的新方法,该方法基于限流器的基本原理,利用其不需要外加控制就能够即时动作、投切电感的特性,节省了传统方法中监测、分析、开关动作等一系列操作的时间,基本做到零延时、瞬时动作。由于不需要外加控制,其可靠性高,对于工况中任何情况的电压波动和闪变都能够有效的抑制,抑制效果显著。本文从电压波动和闪变的定义入手,解析了电压波动和闪变的基本概念,并给出了电压波动和闪变的计算方法,分析了电弧炉引起电压波动和闪变的原因,对比了目前传统的无功补偿装置补偿方法和本文提出新型的先抑制后补偿的方法,凸显了新方法的创新点及优越性。在对电弧炉工作原理和运行特点分析的基础上,提出了一种新的适用于电弧炉电压波动和闪变研究的仿真模型,该模型综合多种电弧炉建模的思路,以电弧伏安特性为突破点,建立了单一弧长的电弧模型,最后将电弧炉两端的电压看成弧长的函数,通过控制弧长变化,改变电弧炉的外在电气特征。同时给出了两种变化规律的电弧炉模型——正弦规律变化和白噪声规律变化,比较了两种模型的优劣。由于本文所提出的新型抑制器不需要外加控制,能够即时动作,因此随机性变化负荷和正弦规律变化负荷对本文闪变抑制器来讲,没有任何区别,为了更好的验证闪变抑制器的有效性,最终选定了模拟最坏工况的正弦规律模型作为本文仿真模型。本文所提出的新型抑制器核心为限流器,该方法摒弃了传统SVC、STATCOM被动补偿的抑制策略,利用限流器能够主动抑制电流变化的特性,先抑制波动,将波动限制到允许的范围之后,再通过固定电容器进行统一补偿,抬升公共连接点的电压水平。本文应用了新型桥式交叉连接的限流器,通过对其基本原理进行分析,介绍了限流器应用于电弧炉电压波动和闪变抑制的作用机理,并且对限流器的磁路模型进行了构建,通过对磁路模型和的瞬态特性的分析,解释了该抑制器以磁控开关的形式代替传统意义上各类开关器件的本质,不需要外加控制却能够即时、快速地控制限流电感的投切,提升了装置的可靠性和响应速度。此外,通过接入电弧炉系统进行仿真,阐释了抑制器在电弧炉负荷中的作用机理,解释了产生谐波不影响抑制器应用的原因,最后通过与常规限流方法进行仿真对比,验证了该抑制器的有效性和经济性。为了使抑制器既能够有效的抑制电压波动和闪变,又能够尽可能的减少对电弧炉冶炼效率和质量的不利影响,减少损耗,本文给出了在电弧炉工况下,抑制器相关性能参数及本体参数的设计方法,同时,对其直流偏置电流、限流电感和安装位置进行了仿真优化,得到既满足抑制效果又损耗最低的最优解,为工程实际中的应用,提供了相应的设计准则,最后通过设计220V/30A样机进行试验,验证了装置的有效性。
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