直流电弧炉用混沌理论和神经网络建模及预测

根据直流电弧炉电弧电压信号所具有的混沌特性,使用相空间重构理论和径向基函数神经网络对直流电弧炉进行了建模和预测研究。先计算了电弧电压时间序列的最大Lyapunov指数来验证电弧电压信号的混沌特性,后对所测得的电弧电压信号进行相空间重构,根据所求得的嵌入维数和延迟时间,使用径向基函数神经网络对电弧电压信号建模和预测。分析表明:该法用于直流电弧炉电气特性的建模研究,且进一步提高了预测的准确性。同时,多步预测结果可为直流电弧炉电弧电压的有效控制提供理论上的参考依据。     

交流和直流电弧炉数学模型研究

通过对交流和直流电弧炉电弧燃烧模型和工况分析，对产生交流不稳定电弧和直流稳定电弧的机理作了分析研究，从而得出分析计算交、直流电弧炉谐波量是两种不同的数学模型的结论，并导出分析计算直流电弧炉谐波量的数学模型。     

用于高效冶炼氧化镁的双电极直流电弧炉的仿真与实验

将一台3 000k V·A的三相交流氧化镁冶炼电弧炉改造成相同容量的双电极直流电弧炉。揭示了在不同冶炼电流下,输出电压与最大弧长之间的关系。同时,采用三维有限元法对氧化镁熔池的温度场分布进行仿真分析,得出熔池温度场的分布规律。利用改造后的电弧炉制得高纯度的氧化镁晶体,且冶炼得到的氧化镁熔坨的形貌近似椭圆形横截面的拉伸体,与仿真结果一致。最后,比较采用直流电弧炉和交流电弧炉冶炼氧化镁的生产数据,结果表明双电极直流电弧炉冶炼氧化镁的工艺,在单吨能耗、电极损耗以及晶体纯度等方面,均优于传统的三相交流电弧炉。本文工作为采用双电极直流电弧炉生产氧化镁提供了理论指导和依据。     

基于阻尼优化的超高功率直流电弧炉谐波治理

超高功率直流电弧炉因其优越的性能在特钢冶炼中得到了广泛的应用,然而在熔炼过程中,由于整流器触发角不完全对称、电弧不稳定等因素,造成直流电弧炉的谐波频谱比交流电弧炉更为复杂,再加上补偿容量及场地等客观条件的限制,使得直流电弧炉的谐波治理难度较高。通常对特定次数谐波进行治理的同时伴随着其他谐波的放大,甚至可能诱发滤波器与系统的并联谐振,从而影响系统的安全稳定运行。提出了基于阻尼优化的治理技术,解决了以上问题,在有效吸收特定谐波的同时,成功抑制了其他谐波的放大倍数,并在PSCAD中搭建仿真模型,通过Multiple-Run模块进行了参数寻优,并将最终结果用于实际工程,仿真结果及滤波装置投运后的实测数据都证明所提方法的正确性和有效性。     

真空电弧引燃过程的分析

为了深入了解真空电弧的引燃过程,测量了直流真空电弧起弧阶段的电弧电压、屏蔽罩电位以及屏蔽罩收集离子电流等有关参数。分析了真空电弧的引燃过程和起弧后等离子体的扩散过程以及纵向磁场对等离子体扩散的影响。     

用于动态电能质量分析的交流电弧炉的建模与仿真

使用EMTDC软件包能实现一种新的电弧炉模型。与以往基于电弧阻抗的电弧炉模型不同 ,该模型从电弧炉的电弧能量方程出发 ,以电弧半径作为状态变量通过解非线性方程求出电弧半径与电流的关系。考虑到电弧炉冶炼过程中电弧的不稳定性以及频率为 8 8Hz的电压波动对视觉影响最为明显的事实 ,设计一频率范围为 4～ 14Hz的带通高斯白噪声叠加于电弧半径之上 ,并得到电弧电压 -电流的非线性时变特性。随后 ,给出电弧炉负荷的等效电路 ,即用一受加于其上的电流控制的受控电压源等效代替。最后 ,将此电弧炉模型并入一 10kV电网进行仿真。结果表明 ,用该模型仿真得到的电弧炉电弧电压的特性与实测的波形特性完全一致 ;此外 ,通过与传统的电弧炉模型进行比较 ,表明该模型在动态电能质量分析与检测研究中的应用优于传统方法。     

外部磁场对直流电弧等离子体放电特性的影响及其机理

通过外部磁场驱动电弧旋转产生相对均匀的等离子体是一种可能的改进等离子体放电特性的有效手段。利用高速摄像技术和虚拟仪器技术,观察并测量了大气条件下、非均匀磁场驱动的直流电弧等离子体阳极弧根运动以及电弧电压波动。结果发现:相比无外部磁场,非均匀外部磁场驱动下的直流电弧等离子体在旋转力和稳弧力的作用下阳极弧根旋转,均匀性提高;其电弧电压波动幅度增大,放电模式发生改变;伏安特性曲线向上平移,电弧等离子体炬放电功率提高。另外,由于等离子体射流的高速运动而引起的等离子体射流在喷口处径向扩张,使等离子体射流横截面扩大,进一步提高了射流的均匀性。从结果中可以看出,外部磁场改善了直流电弧等离子体炬的基本特性,对直流电弧等离子体炬应用效率的提高具有重要的意义。     

电弧模型及电石电弧炉仿真

在电石电弧炉仿真过程中,经典和改进的经典微分方程形式的电弧模型存在对参数敏感、计算稳定性差的问题,适应的工况有限。以能量平衡为原则,选取电弧半径为状态变量,建立了能反映电弧产生和发展过程的物理特性的电弧的Simulink模型,并根据实际的电石电弧炉电气参数建立了反映其电气特性Simulink模型。在此基础上,通过对电弧特性的仿真确定了使电弧稳定工作的起弧电压、能量平衡系数等参数的范围;对实际电石电弧炉进行了仿真,仿真结果和实际电石电弧炉电气特性基本一致。仿真结果表明,能量平衡型的电弧模型具有仿真稳定特性好,能适合电石电弧炉运行工况。     

直流电弧炉无功超短期滚动预测及控制

为提升直流电弧炉系统SVC装置动态补偿性能，提出了一种直流电弧炉无功超短期滚动预测及控制方法。首先，分析并揭示了直流电弧炉的控制原理及无功特性；其次，建立了直流电弧炉超短期无功滚动预测模型，基于AIC信息准则和历史冶炼数据实现了预测模型的定阶；然后，基于预测模型提出了直流电弧炉无功超短期滚动预测控制方法；最后，对预测及控制效果进行了仿真验证。与传统控制方法相比，采用预测控制算法后，瞬时闪变降低了31.16%。所提预测控制算法对直流电弧炉系统SVC装置的闪变抑制效果改善显著。     

PLC在电弧炉电极阻抗控制器中的应用

电弧炉是主要用于冶炼工业的利用电弧的能量来熔炼金属的一种电炉.它由一台特种变压器的三相交流电供电,电流通过3个上下移动的电极直接加热炉内金属[1].电极调节是电弧炉炼钢中的关键技术,输出到电弧炉内的电功率数值与电弧长度有关.     

用于电压波动研究的交流电弧炉电弧模型

电弧炉对供电系统造成的电能质量问题主要是引起供电系统电压波动。建立了用于电压波动研究的电弧模型,新模型是将确定性电弧模型与弧长变化规则相结合来模拟电弧炉负荷的非线性和随机性。其中确定性电弧模型以能量守恒定律为基础,用非线性微分方程描述电弧电导、电流和弧长之间的函数关系;电弧弧长变化规则是在理想弧长基础上叠加带通白噪声。在Simulink环境下,将新的电弧数学模型作为一个等效电压源接入电弧炉供电系统进行仿真。通过与现场实测数据进行对比,证明新模型可用于仿真研究电弧炉引起的供电系统电压波动问题。     

用于低频非平稳间谐波研究的超高功率电弧炉模型

超高功率电弧炉是现代冶炼的主要设备,但其所产生的低频非平稳间谐波和大功率冲击会严重影响配电网的电能质量。超高功率电弧炉的精确建模对深入理解电弧的时变性和非线性以及实现电能质量问题的针对性研究具有重要的意义。针对现有模型尚未考虑低频非平稳间谐波发射特性的问题,建立了新型的超高功率电弧炉模型。首先,根据能量守恒定律建立电弧静态方程,并结合混沌理论建立超高功率电弧炉的动态数学模型;然后,运用遗传蚁群算法实现动态数学模型的参数辨识;最后,以福建某100吨交流电弧炉作为研究对象,在Matlab/Simulink环境下,验证模型的可行性和正确性。仿真结果表明,提出的模型能较准确地体现超高功率电弧炉实际运行过程中的特性,能用于超高功率电弧炉低频非平稳间谐波发射特性的研究。     

基于STATCOM的电弧炉负荷治理研究

针对电弧炉负荷的电压波动、闪变与低功率因数等特性,分析了其工作原理。用PSCAD软件构造电弧炉模型、三相STATCOM及三单相STATCOM,并进行了仿真。分析了两种电路结构STATCOM对电弧炉负荷的治理效果。三单相STATCOM由于具有输出无功电流谐波含量低、响应速度快等优点而更加适合于电弧炉负荷的平衡化补偿。通过仿真验证了三单相STATCOM进行快速平衡化补偿的能力比较强。     

交流电弧炉的间谐波检测及状态判断

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。     

用于电能质量研究的新型交流电弧炉混沌模型

提出一种用于电能质量研究的新型交流电弧炉混沌模型。首先,基于电弧炉负载U-i特性曲线的分段线性化,依据负载实际消耗的有功功率,得到能精确反映电弧炉稳态特性的静态模型,该模型适用于电弧炉引起的谐波问题研究。然后,用基于不对称非线性电阻蔡氏电路产生的低频混沌信号对静态电弧电压进行调制,模拟电弧炉运行的动态过程, 得到电弧炉负载的动态模型,该模型特别适用于研究电弧炉引起的电压波动与闪变问题。在Matlab下,对电弧炉静态、动态模型进行仿真研究。仿真结果与实际测量数据相比较,显示该模型能够精确描述电弧炉引起的谐波和电压波动等电能质量问题。模型有效且易于使用,它的提出为电能质量治理措施研究奠定了基础。     

Curve-fitting-based method for modeling voltage–current characteristic of an ac electric arc furnace

Field measurements of voltage and current are the most effective way for characterizing the electric response of an ac electric arc furnace that describes its nonlinear behavior. Sufficient measured information can be adopted to determine the background harmonic level in a power system, to characterize specific sources of harmonics, and to develop an appropriate nonlinear voltage–current characteristic. In this paper, a curve-fitting-based method called cubic spline interpolation is proposed to model the voltage–current characteristic of an ac electric arc furnace in the steady state. Meanwhile, the actual measured data are collected for modeling use. Two classic methods, harmonic current injections and equivalent harmonic voltage sources, for modeling the electric arc furnace load are reviewed and used to evaluate the performance of proposed model. Results obtained from the measured data and computer simulations of the three electric arc furnace models are then compared according to the voltage and current waveforms, as well as the voltage–current characteristic. It is shown that the proposed model is more accurate than the two classic approaches for harmonic assessment of electric arc furnaces and can be used for modeling similar types of nonlinear loads in the harmonic penetration study.     

基于改进TS模糊的直流电弧炉闪变抑制优化

为提高静止无功补偿器（Static Var Compensator, SVC）应对直流电弧炉等冲击性负载的闪变抑制性能,本文在改进Takagi-Sugeno（TS）模糊算法的基础上,提出了一种SVC滚动预测控制方法。首先,建立了直流电弧炉电气模型并仿真分析其无功特性;然后,针对经典TS模糊预测算法应用于波动负荷时,出现的输出异常置0情况,提出一种范围自适应修正的改进方法,该方法能消除一类算法应用机理导致的异常值,从而提高TS模糊算法对波动负荷无功功率预测的可靠性和准确性;最后,基于模型训练时间约束,建立无功功率半周期滚动预测控制模型,提前10ms预测无功功率,改善了SVC传统控制系统响应的滞后特性。仿真结果表明,所提方法相比于SVC传统控制方法,平均闪变改善率提高了54.17%,对闪变现象的抑制效果提升显著。     

电弧炉电极调节器对电网电压波动影响的仿真研究

针对电弧炉电极调节器性能对电网电压波动的影响进行了仿真研究。利用Matlab/Simulink提供的基本模块库和电力系统专用模块库相结合,搭建交流电弧炉系统的仿真模型。整个仿真模型可分为两部分,即电弧炉主电路和电弧炉电极调节系统,两部分结合构成一个闭环系统。根据电弧炉的工作特点,在仿真时,考虑分别加入两种类型的弧长扰动,即短路扰动和低频正弦扰动。在每种扰动下,通过改变电极调节器的性能参数,研究电网电压的波动。仿真结果表明在电极调节器性能参数设计不合理的情况下,电网电压波动剧烈,在性能参数理想的情况下,电网电压的波动幅值会大大地减小。