电弧炉引起的电压波动和闪变的抑制方法研究

摘要

钢铁企业一直都是用电大户,交流电弧炉作为现代炼钢的重要设备,由于其突出的经济效益,在金属冶炼行业中广泛存在。但电弧炉耗电量大,功率因数低,其运行特性决定了它会对供电系统造成很大的冲击,容易引起电网电压波动和闪变。电弧炉引发的闪变问题不仅直接影响到钢铁公司自身的经济效益、产品质量和设备安全,还影响到周边企业用电和用户照明。电弧炉对电网的危害主要是由于电弧的不规则性和随机性引起供电系统中无功功率的剧烈波动造成的。因此,无功补偿可以抑制电压波动和闪变。
　　 上世纪70年代,国内外很多钢铁公司采用静止无功补偿器(SVC)对电弧炉进行无功补偿,取得了良好的补偿效果和显著的经济效益。但由于电弧炉的工作电流变化急剧,SVC的响应速度相对较慢,而电压波动和闪变抑制的效果与补偿装置的快速性直接相关。因此SVC的性能已经不能满足人们对电能质量越来越严格的要求。作为SVC的换代产品,静止同步补偿器(STATCOM)能够快速平滑地吸收无功,校正功率因数,有效解决电压波动和闪变、电压不平衡、谐波污染等电能质量问题。但目前针对STATCOM的研究主要集中在输电系统无功补偿,且控制方法多是采用电流间接控制。将STATCOM应用工业负荷补偿的,在国内还相对较少,技术也还不成熟。
　　 本文用STATCOM对电弧炉进行无功补偿,针对电弧炉负荷的特点,设计了一种响应速度快、跟踪效果好的基于电流直接控制的STATCOM控制系统。文中首先简要介绍了瞬时无功功率理论、动态无功补偿原理、STATCOM的基本结构。建立了适用于直接电流控制的STATCOM数学模型;详细描述了STATCOM的基本工作原理和控制算法,采用了基于三相瞬时无功功率理论的ip-iq法检测无功参考电流;结合模糊控制动态特性好、鲁棒性强和PI控制控制响应速度快、无静差的优点,提出了基于模糊PI控制的STATCOM控制算法,提高了系统的快速性和控制精度。最后用MATLAB进行了仿真分析,结果表明STATCOM能快速的跟踪无功变化。仿真实验验证了控制方法的合理性和可行性。