电弧炉电气系统的建模与谐波电流研究

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1、电弧炉电气系统的建模与谐波电流研究摘要：电弧炉是一种不平衡、非线性、时变负载，给电网带来了严重的电能质量问题。基于电弧弧长随机特性和电弧炉电气系统实际运行环境，使用简化的电弧电流电压特性得到了交流电弧的等效电阻数学模型，应用Matlab/Simulink软件仿真验证了该模型的正确性。然后建立了三相非线性时变电弧炉电气系统的仿真模型，并且对电弧炉电气系统进行谐波分析，采用无源滤波器抑制谐波，仿真结果表明该模型能有效地减小谐波总失真率、改善电能质量。中国8/vie　　关键词：电弧炉；负荷建模；谐波抑制；仿真模型　　中图分类号：TN710?34；TM743文献标

2、识码：A：1004?373X（2017）05?0159?04　　Abstract：Theelectricarcfurnace（EAF）hasthecharacteristicsofthree?phaseunbalance，nonlinearityandtime?variableload，characteristicandactualope?ratingenvironmentofthearcfurnaceelectricalsystem，thesimplifiedarccurrentandvoltagecharacteristicsareusedtoobta

3、intheequivalentresistancemathematicalmodeloftheACarc.Thecorrectnessofthemodelulink.Thesimulationmodelofthethree?phasearcfurnaceelectricsysteme?varyingcharacteristiconic.Thepassivefilterisadoptedtosuppresstheharmonic.Thesimulationresultsshocanreducethetotalharmonicdistortionrateand

4、improvethepoodeling；harmonicsuppression；simulationmodel　　0引言　　随着我国工业的飞速发展，很多具有非线性负荷的电力电子装置被广泛地应用到工业生产中，加之我国钢铁产量的飞速增加，像电弧炉这种非线性负荷在供电系统中所占的比例也越来越大，从而导致供电系统中电压波动与闪变，谐波增多和三相不平衡现象越来越严重，这些问题则会严重的影响电网供电的质量[1]。　　对电弧炉电气系统进行谐波电流研究的基础是建立合适的电弧炉系统数学模型，而电弧炉模型又是研究的关键。目前有很多研究者针对电弧炉提出了很多种建模方法[2?5]

5、。本文根据电弧弧长随机特性，得到了交流电弧的等效电阻数学模型，利用Matlab/Simulink仿真软件建立该模型。然后再建立三相非线性时变电弧炉电气系统的仿真模型，利用该模型可以对电弧炉电气系统进行谐波分析，并找出改善电能质量的方法。　　1电弧炉电气系统模型　　图1是一个典型的电弧炉供电系统，其中[XS]是PCC点的短路电抗，ST是配电变压器，[Rp]和[Xp]分别是配电变压器至电弧炉变压器之间传输线的电阻和电抗。FT为电弧炉变压器，[RC]和[XC]是电弧炉变压器至电弧炉间的短网电阻和电抗。　　本文是在Matlab2012b/Simulink仿真环境下

6、进行电弧炉系统的仿真研究。Matlab提供了动态系统建模、分析仿真的交互环境，无需大量的程序输入，只要通过简单直观的鼠标操作就能够建立起复杂的模型。Simulink模块库中专门提供了一些专用原件和模块，比如SimPos电力系统模块库中提供变压器、电源和测量模块等，可以直接利用这些模块进行模型搭建。因此最关键的是搭建交流电弧炉的仿真模型。　　2电弧炉电气系统　　2.1交流电弧炉的电弧等效数学模型　　电弧炉是通过电弧产生的高温来熔炼炉料的一种设备。分析交流电弧的物理特性时，找一个与电弧炉交流电弧的电气特性相同或者极其接近的等效电路元件，使它表现出电弧炉对电网的

7、影响，称这个等效元件为交流电弧电阻模型，用它来反映交流电弧炉的电气效果。并且这个交流电弧电阻模型应该最大限度地表现出交流电弧的主要物理特征。　　由文献[6]可知电弧电阻的计算公式为：　　式中：[L]为电弧弧长，而在实际炼钢过程中，弧长是不断变化的；[θ]为电弧电流过零点时滞后于外加激励的相角；[A]反映了弧柱温度最低值对电弧电阻数值的影响大小；[B]反映了电弧温度对电弧电阻变化的影响；[C]为比例系数，是常数；[D]反映了弧柱气体的热惯性对电弧电阻的影响。　　2.2电弧炉电弧时变电阻模型参数估算　　2.2.1[A]和[B]的估算　　2.2.3[D]和[θ]

8、的估算　　[D]表示由于热惯性的影响，弧柱温度变化滞后于电弧电流的