[发明专利]电炉电极塌料引起短网不平衡的分级控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电炉电极塌料的控制技术领域，具体涉及一种电炉电极塌料引起短网不平衡的D-STATCOM分级控制系统。

背景技术

电炉属于中大负载类，短网处于的是低电压（160-170V）、大电流（5万A左右）连续性的工作状态，并且由于电极拉弧等受诸多未知因素的影响，电流波动幅度大，经常造成短网功率因数低、无功大、谐波复杂、损耗高、三相不平衡等诸多随机的现象，采用简单的补偿技术和常规的设计方法不但起不到应有的效果，反而会带来损坏电极、影响生产以及造成事故等负面的影响。

对于电弧炉，由于其三相电极塌料情况的不同，电弧电阻的随机性必然造成三相电流的不对称，较平稳的熔化期负序分量差不多占到正序分量的20%，严重时负序分量会达到正序分量的50%-70%，而且由于电弧炉前端有大容量变压器的存在，电弧炉的功率因数很低，一般不超过0.75，严重的时候会达到0.1。

以生产铁合金的碳铬炉为例，其无功功率达到9100kvar，功率因数只有0.75～0.78，谐波含量高达5％～10％，使电能消耗占到成本的30%～40%。同时，由于电压的波动、电流谐波的干扰以及电能品质的低下等因素影响，使得外围辅助设备(如循环泵等)总是处于动态的不平稳工作状态，在增加额外损耗的同时，又降低了设备的可靠性和寿命。

显然，常规的无功补偿装置很难对负荷不平衡及电网电压的波动和闪变进行有效的抑制。而D-STATCOM实际应用中电网电压不平衡现象经常发生，任何电网自身的故障和负载的增减都有可能导致电网电压不平衡，而且电网故障导致的电网电压不平衡比负载引起的电网电压不平衡造成的不良后果要严重、持续时间要长。直接电压控制的D-STATCOM主要目的是维持公共连接点电压稳定，而且供电电压平衡是衡量电能质量的一个重要方面。

因此，针对上述现状，提供一种电炉电极塌料引起短网不平衡的D-STATCOM分级控制系统势在必行。

发明内容

为了解决现有无功补偿装置很难对负荷不平衡及电网电压的波动和闪变进行有效的抑制，短网有功功率低，回路损耗大，电能品质低的技术问题，本发明提供一种电炉电极塌料引起短网不平衡的分级控制系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

电炉电极塌料引起短网不平衡的分级控制系统包括电流互感器CT、电压互感器PT、电流信号处理单元、电压信号处理单元、谐波及功率因数处理单元、矢量正负序分离器、分级控制器、正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器、三阶梯滞环比较器、SPWM发生电路、驱动电路和STATCOM变换器；

所述电流互感器CT与短网的三相电极相连，用于检测短网的三相电流；

所述电压互感器PT与短网的三相电极相连，用于检测短网的三相电压；

所述电流信号处理单元与电流互感器CT相连，用于对电流互感器CT传送的三相电流信号进行滤波、放大、限幅以及数模变换；

所述电压信号处理单元与电压互感器PT相连，用于对电压互感器PT传送的三相电压信号进行滤波、放大、限幅以及数模变换；

所述谐波及功率因数处理单元分别与电流互感器CT、电压互感器PT相连，用于应用q-d级数理论方法，通过对短网电流基波和谐波的特性分析，采用电流分解、倍频变换的软测量方法，实现对短网三相基波电流、谐波电流以及功率因数的检测；

所述矢量正负序分离器与谐波及功率因数处理单元相连，用于分离电网电压中的正、负序分量；

所述分级控制器与矢量正负序分离器相连，用于根据传感器检测的信号分析出三相电极塌料情况下电网电压不平衡状态，从而分解出正序电流控制信号、负序电流控制信号和零序电流控制信号，输出D-STATCOM实际控制信号，分别送给正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器；

所述正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器分别将接收的正序电流控制信号、负序电流控制信号、零序电流控制信号传送给三阶梯滞环比较器；

所述三阶梯滞环比较器分别与正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器相连，用于接收正序电流控制器、负序电流控制器、零序电流控制器传来的控制信号，根据计算的功率因数偏差值，结合所设定的允许补偿误差限，分别给出增加补偿容量控制信号、保持不变控制信号以及减少补偿容量的控制信号；

所述SPWM发生电路与三阶梯滞环比较器相连，用于用SPWM波形控制逆变电路中IGBT的通断，使其输出的脉冲电压的面积与期望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值来调节逆变电路输出电压的频率和幅值；