交流电弧炉对电网电能质量影响分析及治理方案研究

摘要

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。

目录

声明

致谢

1绪论

1.1课题背景及意义

1.2电弧炉发展概况、工艺简介及其对电网危害

1.2.1弧炉发展概况

1.2.2电弧炉炼钢工艺流程

1.2.3电弧炉的冶金特点

1.2.4电弧炉对电网的影响

1.3电弧炉模型的研究现状

1.4本文的主要工作

2电弧炉设备及电能质量监测分析

2.1电弧炉的主要机械设备

2.2电弧炉的电气设备

2.2.1概述

2.2.2电炉钢厂的供电

2.2.3 EAF变压器与电抗器

2.2.4短网

2.2.5电极升降控制系统

2.2.6电弧炉的配电操作

2.3电弧炉的用电特性分析

2.3.1电弧炉的冶炼周期

2.3.2电弧炉的电气特性

2.3.3电弧炉的主要技术参数

2.4电弧炉治理前的电能质量监测分析

2.4.1工程研究背景

2.4.2钢厂电弧炉系统

2.4.3电弧炉供电线路的电参数

2.4.4治理前的电能质量检测及分析

2.5本章小结

3电弧炉电能质量研究

3.1三相电弧炉电气系统建模

3.1.1电弧炉电气系统

3.1.2电弧炉电气系统的数学模型

3.1.3交流电弧的数学模型

3.1.4交流电弧模型仿真验证

3.2电弧炉系统的电能质量问题研究分析

3.2.1谐波分析

3.2.2电压波动与闪变分析

3.2.3三相不平衡分析

3.3本章小结

4电弧炉谐波及无功治理

4.1无源滤波器的设计

4.1.1常用无源滤波器简介

4.1.2单调谐滤波器的参数配置

4.1.3 C型高通滤波器的参数配置

4.1.4滤波电容器的安全校验

4.2静止无功发生器的原理及数学模型

4.2.1 SVG的工作原理及其工作特性

4.2.2 SVG的数学模型

4.3静止无功发生器的无功电流检测方法

4.3.1基于瞬时无功功率理论的无功电流检测法

4.3.2基于瞬时无功功率理论的正负序电流检测法

4.4静止无功发生器的控制方法

4.4.1电流内环解耦控制策略

4.4.2适用于电弧炉的控制策略

4.5.1电流内环PI控制器设计

4.5.2电压外环PI控制器设计

4.6静止无功发生器的控制系统仿真

4.6.1 SVG仿真模型的建立

4.6.2仿真分析

4.7本章小结

5电弧炉综合补偿方案设计

5.1企业电能质量综合补偿方案设计

5.1.1治理方案概述

5.1.2补偿装置容量计算

5.1.3滤波器支路设计

5.2系统综合补偿仿真分析

5.3系统SVG投运后实际运行分析

5.4项目方案节能效益与经济效益分析

5.4.1项目节能效益

5.4.2项目经济效益

5.5本章小结

6总结与展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集