Аннотация
Актуальность работы. Статические тиристорные компенсаторы являются важным элементом систем электроснабжения мощных электросталеплавильных комплексов металлургических предприятий, построенных на базе дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь. При их использовании достигается номинальная производительность электросталеплавильных агрегатов за счет поддержания напряжения на первичной стороне печных трансформаторов, а также обеспечивается поддержание заданных показателей качества электроэнергии в точке общего присоединения комплекса и других электроприемников. На сегодняшний день в российской и зарубежной научной литературе не описаны методики выбора мощности элементов статического тиристорного компенсатора, которые бы учитывали характер несимметричных режимов работы дуговых сталеплавильных печей различного класса. Существующие методики, используемые основными производителями компенсирующих устройств для дуговых сталеплавильных печей, в ряде случаев выдают завышенное значение номинальной мощности фильтрокомпенсирующей цепи и тиристорно-реакторной группы, что приводит к повышению стоимости установки и увеличению затрат на эксплуатацию компенсаторов из-за повышенных потерь активной мощности в элементах компенсатора. В связи с этим актуальной задачей является разработка нового подхода к выбору мощности статического тиристорного компенсатора, основанного на анализе характера изменения симметричных составляющих токов дуговой сталеплавильной печи на различных стадиях плавки. Цель работы – разработка усовершенствованной методики выбора мощности элементов статического тиристорного компенсатора дуговой сталеплавильной печи с использованием экспериментальных данных об изменении симметричных составляющих токов, обеспечивающей точный расчет параметров компенсатора без завышения установленной мощности компенсирующего устройства. Используемые методы: в качестве основной исходной информации при выполнении теоретических исследований были использованы массивы мгновенных значений токов и напряжений электросталеплавильных агрегатов различной мощности и класса; обработка данных осуществлялась в математическом пакете Matlab с приложением Simulink, где с помощью метода симметричных составляющих осуществлялся анализ действительных и мнимых частей токов прямой и обратной последовательностей дуговых сталеплавильных печей; для определения значимых диапазонов изменения электрических параметров исследуемых электросталеплавильных агрегатов были использованы методы теории вероятности и математической статистики. Новизна: результаты исследования являются новыми, т.к. впервые был проведен комплексный анализ несимметричных режимов дуговых сталеплавильных печей различного класса, на основании которого разработана новая усовершенствованная методика выбора мощности компенсирующего устройства, обеспечивающая более точный расчет параметров компенсатора по сравнению с существующими методиками. Полученные результаты: установлены закономерности изменения симметричных составляющих токов дуговых сталеплавильных печей; показано влияние несимметричных режимов на требуемые значения реактивных проводимостей и суммарной мощности компенсатора дуговой печи; получены статистические данные о распределении симметричных составляющих токов дуговых сталеплавильных печей различного класса и мощности; разработана новая методика выбора мощности статического тиристорного компенсатора дуговой сталеплавильной печи. Практическая значимость. Полученные результаты исследований имеют большую теоретическую значимость для электротехники дуговых сталеплавильных печей и могут найти практическое применение при расчете параметров статических тиристорных компенсаторов, функционирующих в системах электроснабжения электросталеплавильных комплексов.
Ключевые слова
Дуговая сталеплавильная печь, установка ковш-печь, статический тиристорный компенсатор, компенсация реактивной мощности, качество электроэнергии, несимметричные режимы горения дуг, фильтрация высших гармоник, выбор мощности компенсирующего устройства.
1. Николаев А.А., Корнилов Г.П., Якимов И.А. Исследование режимов работы дуговых сталеплавильных печей в комплексе со статическими тиристорными компенсаторами реактивной мощности. Часть 1 // Электрометаллургия. 2014. №5. С. 15–22.
2. Николаев. А.А. Повышение эффективности работы электротехнического комплекса «дуговая сталеплавильная печь – статический тиристорный компенсатор»: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2017. 318 с.
3. Николаев А.А. Повышение эффективности работы дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь за счет применения усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. 161 с.
4. Экспериментальное исследование гармонического состава токов дуг для дуговых сталеплавильных печей различной мощности / Николаев А.А., Руссо Ж.Ж., Сцымански В., Тулупов П.Г. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. №3. С. 106–120. doi: 10.18503/1995-2732-2016-14-3-106-120
5. Hingorani N. G., Gyugyi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems // IEEE Press book. 2000. 429 p.
6. Kashani M.G., Babaei S., Bhattacharya S. SVC and STATCOM Application in Electric Arc Furnace Efficiency Improvement // Proceedings of the 4th IEEE International Symposium “Power Electronics for Distributed Generation Systems” (PEDG). Rogers, AR, USA, 2013, pp. 1–7. doi: 10.1109/PEDG. 2013.6785641.
7. Morello S., Dionise T.J., Mank T.L. Installation, Startup and Performance of a Static Var Compensator for an Electric Arc Furnace Upgrade // Proceedings of the Industry Applications Society Annual Meeting. Addison, TX, USA. IEEE, 2015, рp. 1–9. doi: 10.1109/IAS.2015.7356881
8. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: НЦ ЭНАС, 2002. 247 с.
9. Reduction of SVC Capacity by Flicker Control Using Parallel Band-Pass Filters / Gibo N., Yukihira K., Deno K., Nagasaka Y. // Proceedings of the 14th International Conference “Harmonics and Quality of Power” (ICHQP). Bergamo. Italy, 2010, pp. 1–6. doi: 10.1109/ICHQP.2010.5625333
10. Gildong K., Lee H. Optimal Capacity of SVC to Compensate Flicker induced by Electric Arc Furnace // Proceedings of the International Conference “Information and Multimedia Technology”. Jeju Island, South Korea, 2009, pp. 43–46. doi: 10.1109/ICIMT.2009.36
11. Reactive Compensation for AC Electric Arc Furnace Considering Power Quality Constraints / Zhu X.H., Chen H.K., Hu P., Chen R.N. // Proceedings of the 17th International Conference “Harmonics and Quality of Power” (ICHQP). Belo Horizonte. Brazil, 2016, pp. 919–924. doi: 10.1109/ICHQP.2016.7783453.
12. Фомин А.В. Анализ методик обоснования мощности статического тиристорного компенсатора для сталеплавильных печей // Известия Тульского государственного технического университета. Технические науки. 2010. Вып. 4. Ч.2. С.35–46.
13. Тропин В.В. Анализ и синтез быстродействующих систем компенсации реактивной мощности в электрических сетях с резкопеременными нагрузками методом частотных характеристик: дис. … д-ра техн. наук. Краснодар, 1998. 523 с.
14. Фомин А.В. Обоснование рациональных параметров устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий: дис. … канд. техн. наук. Тула, 2009. 161 с.
15. Фрозинова Т.Ю. Повышение эффективности функционирования устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий: дис. … канд. техн. наук. Тула, 2013. 134 с.
16. Nikolaev A.A., Anokhin V.V., Lozhkin I.A. Estimation of accuracy of chosen SVC power for steel-making arc furnace // Proceedings of the 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2016), Chelyabinsk. Russia. IEEE. 2016, pp. 1–5. doi: 10.1109/ ICIEAM.2016.7911442
17. Xu S., Zhao J.F., Tang G.Q. A New SVC Control Strategy for Voltage Flicker Mitigation and Integrated Compensation to Electric Arc Furnace // Proceedings of the Third International Conference “Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies”. Nanjing. China. 2008, pp. 1972–1976. doi: 10.1109/DRPT. 2008.4523730
18. Samet H., Parniani M. Predictive Method for Improving SVC Speed in Electric Arc Furnace Compensation // IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, issue. 1, 2007, рр. 732–734. doi: 10.1109/ TPWRD.2006.886768
19. Cernan M., Tlusty J. Study of the Susceptance Control of Industrial Static Var Compensator // Proceedings of the 16th International Scientific Conference of Electric Power Engineering. Kouty nad Desnou, Czech Republic. 2015, pp. 1–4. doi: 10.1109/EPE.2015.7161150
20. Application of Static Var Compensator of Ultra-High Power Electric Arc Furnace for Voltage Drops Compensation in Factory power Supply System of Metallurgical Enterprise / Nikolaev A.A., Kornilov G.P., Khramshin T.R., Akay I., Gok Y. // Proceedings of the Electrical Power and Energy Conference (EPEC), Calgary. Canada. IEEE. 2014, pp. 235–41. doi: 10.1109/EPEC.2014.18
21. Abdel-Rahman M.H., Youssef F.M., Saber A.A. New Static Var Compensator Control Strategy and Coordination with Under-Load Tap Changer // IEEE Transaction on Power Delivery. 2006, vol. 21, no. 3, pp. 1630–1635. doi: 10.1109/TPWRD.2005.858814
22. Coordination of an SVC with a ULTC Reserving Compensation Margin for Emergency Control / Son K.M., Moon K.S., Lee S.K., Park J.K. // IEEE Transaction on Power Delivery. 2000, vol. 15, no. 4, pp. 1193–1198. doi: 10.1109/61.891502
23. Выбор мощности статических тиристорных компенсаторов для сверхмощных дуговых сталеплавильных печей / Николаев А.А., Полозюк П.Ю., Пелагеин Т.Е., Корнилов Г.П. // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 19. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. С. 80–84.
24. Обоснование выбора мощности фильтрокомпенсирующего устройства дуговой сталеплавильной печи / Николаев А.А., Корнилов Г.П., Зайцев А.С., Скакун С.В., Урманова Ф.Ф. // Главный энергетик. 2015. № 8. С. 49–56.