日韩中文字幕久久一二三区-午夜精品久久久久久999-日本三级人妻一区二区三区小草-又黄又爽真人视频在线观看

安科瑞電氣股份有限公司
聯(lián)系人:王金晶
手機(jī):18502187034
傳真:
地址:上海市嘉定區(qū)育綠路253號(hào)
網(wǎng)站首頁(yè) >> 技術(shù)文章 >> 基于ETAP的中頻爐諧波治理應(yīng)用研究
基于ETAP的中頻爐諧波治理應(yīng)用研究
更新時(shí)間:2018-03-14   點(diǎn)擊次數(shù):983次

李迎春1 常帥 趙軍3劉建春4 洪文瓞 季曉春6

(1. 中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司 天津 300113)

(2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801)

摘要:針對(duì)中頻爐電能質(zhì)量的特點(diǎn),基于電力系統(tǒng)綜合計(jì)算分析軟件(ETAP)進(jìn)行建模,搭建系統(tǒng)單線圖,將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)錄入模型進(jìn)行潮流計(jì)算和諧波仿真分析。提出采用優(yōu)化的無(wú)源濾波治理方案,并進(jìn)     行仿真驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn),通過(guò)與治理前實(shí)測(cè)值的比較,驗(yàn)證了本文所采用的負(fù)荷建模、仿真方法的性,對(duì)有中頻爐的廠礦企業(yè)進(jìn)行電能質(zhì)量治理有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞: ETAP;中頻爐;無(wú)源濾波;諧波治理

 0、引言

  在我國(guó)冶金行業(yè)中,中頻爐因具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫碳少、節(jié)省材料與成本、加熱均勻、芯表溫差小、溫控精度高等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。但是,中頻爐是由一系列整流逆變裝置組成,相對(duì)于供電電源可看作是一個(gè)典型的非線性負(fù)載,含有大量的諧波成分,且功耗大、功率因數(shù)低。由于它產(chǎn)生的大量諧波以及消耗的無(wú)功功率會(huì)引起電能質(zhì)量劣化,而各種敏感負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量又提出了更高的要求,因此對(duì)中頻爐進(jìn)行諧波治理已刻不容緩。

  目前,針對(duì)于一般的諧波危害,有諧波源治理、安裝濾波補(bǔ)償裝置及其他治理方法,而主要采用的是安裝濾波補(bǔ)償裝置。本文以某鋼鐵廠為例,基于電力系統(tǒng)綜合計(jì)算分析軟件(ETAP)分析負(fù)荷中頻爐對(duì)電網(wǎng)的影響,并設(shè)計(jì)出合理的諧波治理方案。

 1、中頻爐諧波分析的理論方法

  中頻爐電源整流環(huán)節(jié)有六脈沖、十二脈沖和二十四脈沖等整流電路。每種整流電路的特征諧波的含量和次數(shù)都不同,需進(jìn)行特別處理。單組全橋六脈沖整流電路以其工藝成熟、成本低的特點(diǎn)成為工礦企業(yè)普遍使用的類型[3,4]。

  六脈沖整流電路忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng),交流側(cè)各相電流在理想條件下可近似地用方波來(lái)表示,考慮到電路阻抗壓降,電機(jī)的輸入電壓發(fā)生畸變。利用傅立葉變換分解諧波電流:

    (1)

  ——整流電路直流側(cè)電流的平均值。

  從(1)式可知,電流中除基波外只含有為正整數(shù))次諧波,即 5、7、11等各次諧波,這些諧波電流為三相6脈沖橋式整流電路的特征諧波,各次諧波電流值與基波值的比率為諧波次數(shù)的倒數(shù)[5]。

 

2、案例分析

2.1 ETAP 軟件簡(jiǎn)介及建模

  ETAP(Electrical Transient Analysis Program)是由美國(guó)OTI公司(Operation Technology Inc)開發(fā)的全圖形界面的電力系統(tǒng)仿真分析計(jì)算軟件。在仿真分析方面,該軟件集成了潮流分析、短路計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定分析、諧波分析、可靠性分析等模塊,并提供了簡(jiǎn)便快捷的電力系統(tǒng)模型搭建方式,所有的電力系統(tǒng)參數(shù)輸入和連線圖操作都可以直接在圖形界面上完成,顯示結(jié)果一目了然[6]

  本文利用ETAP中潮流分析和諧波分析模塊對(duì)鋼鐵廠容量為1000kVA變壓器所帶中頻爐進(jìn)行仿真,建立起諧波負(fù)荷模型[7],如圖1、圖2所示。由于中頻爐負(fù)荷的不平衡性,母線2的三相諧波電流幅值也將不相等,考慮嚴(yán)重的情況,取對(duì)應(yīng)次諧波電流幅值大的一相作為三相諧波電流輸入。

             

圖1 中頻爐負(fù)荷模型

Fig.1 Load model of medium-frequency furnace  

      

 圖2 中頻爐參數(shù)

  Fig.2 Parameters of medium-frequency furnace

 

2.2案例背景

  該鋼鐵廠所使用的中頻爐是一種嚴(yán)重的諧波源,其對(duì)無(wú)功功率的需求拉低了電網(wǎng)功率因數(shù),已嚴(yán)重影響了工廠電網(wǎng)中其它電器設(shè)備的正常工作。該鋼鐵廠各中頻爐均由單回10KV電源進(jìn)線經(jīng)一臺(tái)容量為1000kVA、變比為10/0.4kV的變壓器供電。中頻爐為六脈沖整流裝置,額定功率,實(shí)際運(yùn)行時(shí)的平均功率,功率因數(shù),主要是5、7、11等次諧波。

 

2.3諧波分析及其治理方案

2.3.1諧波分析

  試驗(yàn)測(cè)量點(diǎn)為變壓器二次側(cè)母線,采集若干個(gè)測(cè)量時(shí)間的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析,選取諧波嚴(yán)重的某一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

  建立鋼鐵廠供電系統(tǒng)一次接線單線圖(如圖1所示),并錄入設(shè)備所需參數(shù)進(jìn)行仿真分析。該鋼鐵廠變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線如圖3、圖4所示,諧波電流值見(jiàn)表1。

圖3諧波電壓畸變率(2~25次)

Fig.3 Harmonic voltage distortion rate(2~25)

 

     圖4 一個(gè)周期的相電壓曲線

 Fig.4 A periodic curve of phase voltage

 

表1諧波電流值(2~25次)

Tab.1 Harmonic current values(2~25)

2~13次

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

電流值(A)

1.9

1.3

0.9

197.1

0.5

117.2

1.1

1.1

0.9

64.2

0.6

42.0

14~25次

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

電流值(A)

0.7

1.0

0.7

36.0

1.4

27.2

1.2

0.5

0.5

25.4

0.3

18.8

  從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知,中頻爐運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為0.84,所需無(wú)功功率為452 kvar。設(shè)目標(biāo)功率因素為0.98,則實(shí)際所需無(wú)功補(bǔ)償容量308kvar(為實(shí)際運(yùn)行時(shí)的平均功率;為實(shí)際功率因數(shù)角;為目標(biāo)功率因數(shù)角)。為保證電容器組長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,其額定電壓可選母線額定電壓的1.3倍以上,同時(shí)電容器組電壓和容量的選取又同與之串聯(lián)的電抗器有關(guān)系。

為避免諧波放大,串聯(lián)電抗器的電感量應(yīng)滿足下式關(guān)系:

                                

  由圖3可知,該中頻爐所產(chǎn)生的5次、7次、11次的諧波電流值分別為197.1A、117.2A、64.2A;總的電壓畸變率達(dá)到8.97%,電流畸變率達(dá)到19.7%;功率因數(shù)為0.84。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了各電壓等級(jí)電網(wǎng)諧波電壓限值及諧波電流允許值(見(jiàn)表2、表3),當(dāng)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量(表3)時(shí),需相應(yīng)修正諧波電流允許值。由于該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,因此對(duì)其進(jìn)行治理。

表2 公用電網(wǎng)諧波電壓限值(相值)

Tab.2 The harmonic standard of public power network(phase value)

電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV)

電壓總諧波畸變率(%)

各次諧波電壓含有率(%)

奇次

偶次

0.38

5.0

4.0

2.0

6

4.0

3.2

1.6

10

 

表3 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

Tab.3 The allowable value of the harmonic currents injected into the common connection point

標(biāo)準(zhǔn)

電壓(kV)

基準(zhǔn)短路容量(MVA)

諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0.38

10

78

62

39

62

26

44

19

21

16

28

13

24

11

12

9.7

18

8.6

16

7.8

8.9

7.1

14

6.5

12

6

100

43

34

21

34

14

24

11

11

8.5

16

7.1

13

6.1

6.8

5.3

10

4.7

9

4.3

4.9

3.9

7.4

3.6

6.8

10

100

26

20

13

20

8.5

15

6.8

6.4

5.1

9.3

4.3

7.9

3.7

4.1

3.2

6

2.8

5.4

2.6

2.9

2.3

4.5

2.1

4.1

  綜上分析可知,該鋼鐵廠的諧波電壓畸變率和諧波電流含量已嚴(yán)重超出了國(guó)家規(guī)定的限值,對(duì)其進(jìn)行治理。

2.3.2諧波治理

  進(jìn)行諧波處理的方法和設(shè)備很多。傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器如各類調(diào)諧濾波器等,其技術(shù)比較成熟,成本也較低,但只能濾除特定次數(shù)的諧波,并且可能引起系統(tǒng)諧波放大,在生產(chǎn)比較穩(wěn)定時(shí)能取得很好的濾波效果。有源濾波器是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理設(shè)備,可對(duì)任意頻率(2~50Hz)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,既濾除諧波又補(bǔ)償無(wú)功,但穩(wěn)定性差、造價(jià)高、功率和容量小、維修困難等[8]。

  該鋼鐵廠負(fù)荷并不大,諧波含量較穩(wěn)定,成本較低,考慮到工程總投資、諧波抑制和無(wú)功功率利用率等設(shè)計(jì)目標(biāo),擬采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的無(wú)源濾波器,既可濾除諧波,又可適當(dāng)補(bǔ)償無(wú)功功率,提高功率因數(shù)[9]。該諧波源是電流型,可在變壓器二次側(cè)母線處采取就地并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

  因此每組串聯(lián)電抗器等效基波電抗為:

                                         

  考慮到電抗器和電容器的制造誤差,通常?。?/p>

                                             

  或                               

   ——諧波次數(shù);

  ——串聯(lián)電抗器的電抗率。

  根據(jù)該鋼鐵廠的諧波情況,經(jīng)仿真分析確定5次濾波支路為3組,每組電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為5%;7次濾波支路為1組,電容容量為150kvar,電壓為0.57kV,串聯(lián)電抗率為2.5%。驗(yàn)證可知,5次濾波支路每組實(shí)際補(bǔ)償容量為:

               (7)

  3組補(bǔ)償容量約為232kvar。

  同理,7次濾波支路實(shí)際補(bǔ)償容量為75kvar,則5次、7次總補(bǔ)償容量為:307 kvar,與實(shí)際所需無(wú)功補(bǔ)償容量相當(dāng)。

  5次電容器組等效基波容抗為:

                                    

  因此,電抗器等效基波電抗為:

                                 

  同理,7次濾波支路電抗器等效基波電抗。

  至此,無(wú)源濾波器的主要參數(shù)已基本確定[10,11]。將相關(guān)參數(shù)帶入單線圖仿真,可得修正后的變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率和電壓曲線,如圖5、圖6所示。

圖5諧波電壓畸變率(2~25次)

          Fig.5 Harmonic voltage distortion rate(2~25)       

      

圖6 一個(gè)周期的相電壓曲線

 Fig.6 A periodic curve of phase voltage

  由圖5、圖6可知,安裝了無(wú)源濾波器后,變壓器二次側(cè)母線諧波電壓畸變率均減小了,電壓曲線變平滑,諧波電流含量大幅降低??偟碾妷夯兟蕿?.9%,已達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電流畸變率為10.41%,功率因數(shù)也提高到0.98,系統(tǒng)的諧波和無(wú)功環(huán)境已大幅改善。因此,優(yōu)化的無(wú)源濾波器治理方案是的。

 

3、結(jié)束語(yǔ)

  本文使用ETAP軟件對(duì)鋼鐵廠負(fù)荷中頻爐進(jìn)行建模仿真分析,設(shè)計(jì)出諧波治理方案,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了該方案的性。該方案實(shí)施后,解決了開啟中頻爐而無(wú)法帶其它負(fù)荷和原有無(wú)功補(bǔ)償柜的問(wèn)題,提高了中頻爐及全部電網(wǎng)的整體性能,對(duì)實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。

  文章來(lái)源:《電工技術(shù)》2017年7期。

參考文獻(xiàn) 

  [1] 李朋. 無(wú)功補(bǔ)償兼濾波裝置在中頻感應(yīng)爐的應(yīng)用[J]. 電氣傳動(dòng). 2014, 44(3):42-44, 58.

  [2] 魏偉, 許勝輝, 孫劍波.一種無(wú)源濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備. 2012, 32(1):62-66.

  [3] 張力, 陳喬夫, 劉健犇, 等.基于測(cè)量值的無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)新方法及其應(yīng)用[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備. 2011. 31(9):69-74.

  [4] 吳文宣, 吳丹岳, 林焱, 等. 電流型變頻器的間諧波分析及應(yīng)用模型構(gòu)建[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2010, 25(2):163-176.

  [5] 李德武, 齊延章. 中頻感應(yīng)電爐產(chǎn)生的諧波及諧波治理[J]. 華北電力技術(shù). 2010, (6) : 16-20, 30.

  [6] 鄭杰, 林濤, 畢玥, 等. 基于電力系統(tǒng)分析軟件ETAP的電網(wǎng)諧波分析[J]. 電網(wǎng)與清潔能源. 2011, 27(7):7-12.

  [7] 歐特艾遠(yuǎn)東計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司. ETAP電力及電氣系統(tǒng)綜合分析計(jì)算軟件 應(yīng)用培訓(xùn)例題使用手冊(cè)[M/CD]. 南京:歐特艾遠(yuǎn)東(南京)計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司, 2010.

  [8] 鄭建勇, 張愉, 丁祖軍. 并聯(lián)電感型混合有源濾波器及其控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù). 2010, 34(1):90-97.

  [9] 汪力, 程劍兵, 王顯強(qiáng), 等. 基于多目標(biāo)粒子群算法的無(wú)源電力濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2011, 39(8):51-55.

  [10] 湯繼東. 中低壓電氣設(shè)計(jì)與電氣設(shè)備成套技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社. 2010:390-407.

  [11] 余健明, 同向前, 蘇文成. 供電技術(shù)[M]. 第四版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2008:171-185.

    安科瑞電氣股份有限公司主營(yíng)產(chǎn)品:水電預(yù)付費(fèi)系統(tǒng),遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)電表,數(shù)顯多功能電表
    聯(lián)系人:王金晶 手機(jī):18502187034 傳真: 地址:上海市嘉定區(qū)育綠路253號(hào)
    sitemap.xml 技術(shù)支持:智能制造網(wǎng) 管理登陸 ICP備案號(hào):滬ICP備05031232號(hào)-31