用于电压波动研究的电弧炉的模型和仿真

建立了电弧炉改进的三相非线性时变电弧阻抗模型。它是在电弧电压-电流随机特性的基础上,根据实际电弧炉负荷条件建立的。仿真结果表明,本文所提出的模型适用于电弧炉供电系统的电压波动的研究,可以代替传统的线性电弧电压模型。本文用MATLAB软件实现了电弧炉模型的仿真,给出了电弧电压与电流波形,供电系统中的主要母线的电压波形图。     

基于MATLAB的交流电弧炉随机模型与仿真

为提出一种简单有效的电弧炉仿真模型,首先按电弧炉能量守恒微分方程,在MATLAB环境下,建立适用于谐波研究的电弧炉确定性模型;然后,将带通高斯白噪声直接叠加于电弧电压上,得到适用于电压波动与闪变研究的电弧炉随机模型。将提出的电弧炉模型以电流控制电压源形式直接接入测试系统,对电弧炉引起的谐波和电压波动问题分别进行仿真分析的结果与实际系统动态特性完全相符,从而验证了模型的有效性。该仿真模型的提出,为电力工作者理解电弧炉非线性时变特性,分析电弧炉导致的电能质量问题,进行谐波治理与闪变抑制研究提供了前提条件。     

用于电能质量预测分析的交流电弧炉时变参数模型

基于能量守恒定律建立了一种以微分方程描述的交流电弧炉(EAF)时域模型,模型以电弧导纳作为状态变量,电弧电流和弧长作为输入,进一步根据弧长与电弧电压关系式推导出模型参数与弧长的关系,并给出时变参数的工程估算方法。以实际炼钢交流电弧炉为例,将带通白噪声信号叠加在弧长上模拟实际工况,分别对熔化期和精炼期电弧炉的动态特性以及电网的电压波动和谐波进行仿真研究,仿真结果与实测数据相吻合,证明了模型的有效性和实用性。     

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。     

一种新的电弧炉冲击负荷电磁暂态建模方法

电弧炉冲击负荷接入电网会对电力系统稳定、电能质量及电力设备安全性都有较大影响。基于电弧的物理特性和能量守恒定律,并将电弧弧长和电弧瞬时电流作为输入量,电弧电阻为状态变量,用全新的非线性微分方程建立反应交流电弧炉物理本质的时变弧阻模型;然后在PSCAD/EMTDC环境下通过函数模块的搭建来更直接和简洁地实现电弧炉模型;最后搭建电弧炉电气系统模型,将电弧炉模型作为负荷接入。通过仿真分析电流、电压特性来研究电弧炉的冲击负荷对接入电网所产生的影响。     

电弧炉非线性特性对供电网影响的仿真研究

针对电弧炉系统对供电网的影响进行了仿真研究。建立交流电弧的等效数学模型，导出电弧炉系统的状态方程，以谐波分析为实例验证了模型的可用性。进一步考虑了电弧电阻较大时，电弧炉系统对供电网的影响。利用Matlab软件进行仿真，给出了不同系统功率因数时系统电流电压波形及频谱分析结果。仿真表明随着电弧电阻非线性作用的增强，系统出现了电网电压波动的基本特征，可以认为电网电压波动是电弧非线性与系统相互复杂作用的结果。     

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。     

基于故障限流器的电弧炉电压波动和闪变抑制研究

为解决由于电弧炉负载高度非线性所造成的严重电压波动和闪变,本文首次提出了一种基于故障限流器的电弧炉电压波动和闪变的抑制装置,该装置具有运行状况损耗小、无需控制、抑制效果显著等优点。本文首先介绍了国家标准中电压波动和闪变针对电弧炉的具体规定,然后阐述了故障限流器的基本原理及抑制装置的作用原理,再根据实际电弧炉的运行特征及电弧特性给出了用于电压波动和闪变分析的电弧炉仿真模型,最后通过仿真,分析对比仿真结果,验证本文所提出新装置的有效性和经济性。     

基于电子连续性方程的新型交流电弧炉通用模型

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。     

基于PSCAD的改进型交流电弧炉负荷时域模型的仿真应用

交流电弧炉是电力系统中常见的大功率负荷,它的非线性特性对电力系统产生诸多不利影响,比如电压闪变、电压波动、电流谐波、功率因数偏低等。为准确获得电弧炉对电能质量的影响,必须搭建精确的电弧炉仿真模型。普通电弧炉模型不仅准确度不高,而且由于模型参数意义不够明确导致不易调整,为评估电弧炉引起的电能质量问题带来诸多不便。本文在充分研究电弧炉工作原理以及各类时域、频域模型的基础上使用PSCAD软件搭建了一种新型的简单易行的电弧炉时域仿真模型,仿真了电弧炉引起的电流谐波、电压谐波、电压波动等各类电能质量问题。最后,仿真数据与现场实测结果的比较,证明了该模型的优越性。     

电弧炉闪变对电力系统干扰及改善措施

介绍了工业电弧炉负荷特性及其对电能质量的影响,提出通过提高钢厂的供电能力、架设用户专线,将大容量冲击负荷接至较高电压的供电系统．安装补偿装置等措施改善抑制电弧炉引起的电压渡动和闪变。     

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。     

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。     

直流电弧炉电弧等离子体射流的数值模拟

数值模拟是研究直流电弧炉中电弧等离子体射流特性的有效方法,它可为理解和优化电弧炉冶炼过程提供参考依据。本文对直流电弧炉冶炼过程建立了电弧等离子体的二维稳态轴对称磁流体力学模型,采用大型商业软件PHOENICS对电弧流场和温度场进行了计算,仿真结果与文献报导的实际测量结果吻合良好。     

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。     

基于工业计算机控制的高阻抗电弧炉控制系统的设计

文章简述了抗电弧炉系统的特点，介绍了基于WindowsNT环境下高阻抗电弧炉系统的组成，分析了采用工业控制计算机构成控制系统的优点， 介绍了神经网络控制算法的实现及程序的编制框图，并阐述了瞬时值电量采集到有效值的变换算法，以及多线程编程的实现，最后进行了实验测试结果的分析。     

综合智能控制策略在电弧炉控制中的应用

介绍综合智能控制策略在电弧炉炼钢中对提高性能的作用。简述高阻抗电弧炉系统的特点和基于WindowsNT环境下高阻抗电弧炉系统的组成 ,阐述了瞬时值电量采集到有效值的变换算法。针对电弧炉炼钢过程的高度非线性、时变性和不确定性 ,采用了基于遗传退火算法的神经网络控制策略 ,设计了神经网络预估模型和神经网络控制器 ,并优化了功率设定点 ,实现了高阻抗电弧炉炼钢过程的最优化控制。在石家庄钢铁厂的实际应用表明 ,该系统能较好地适应负荷变化与外部干扰 ,其控制性能优于普通电弧炉系统。     

电弧炉电气系统谐波分析的频域方法研究

文中对电弧炉电气系统谐波分析的频域方法进行了研究。首先对电弧电压波形进行了傅立叶分析，接着讨论了电弧炉系统谐波分析的思路。从替代定理和叠加原理出发，将三相对称及不对称电弧炉系统简化为单相系统进行求解。经过电路分析，导出了电弧炉系统主电路谐波、注入电网谐波、流过电容器谐波的解析计算公式。分析表明：电弧炉系统的主电路谐波的大小与系统的谐波阻抗、电弧电压波形和电弧炉的平均功率因数有关，电弧炉注入电网的谐波主要为低次谐波。当电弧炉电气系统在串联谐振点和并联谐振点附近时，均会出较大谐波电流，而串联谐振对系统的影响更大一些。     

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。