[发明专利]一种基于软件建模仿真的交流电弧炉供用电系统节电控制方法

摘要

本发明涉及一种交流电弧炉数学模型建立、软件仿真分析优化工作点后，通过电极控制、动态补偿、短网改造及生产节奏调整等一系列的节电控制方法，具体涉及一种应用于交流电弧炉供用电系统中软件仿真指导节电运行的控制方法。所述方法包括如下步骤：(1)实测电弧炉功率曲线；(2)运行仿真；(3)进行数据分析；(4)分析影响电弧炉效率的主要因素；(5)提出节电措施。本发明的有益效果是：与钢铁企业原有传统冶炼工艺相比，可明显降低其吨钢电耗，响应国家节能减排的号召。

主权项

1.一种基于建模仿真的交流电弧炉供用电系统节电控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)实测电弧炉功率曲线；(2)运行仿真；(3)进行数据分析；(4)分析影响电弧炉效率的主要因素；(5)提出节电措施；其中，所述步骤(1)实测电弧炉功率曲线具体如下：(a)测量电弧炉能耗状况，数据为：第一段冶炼周期为46min44s，其中通电时间为27min47s；第二段冶炼周期为27min01s，其中通电时间为20min52s；(b)根据电弧炉的等值电路，确定电能质量测试评估点B点，电弧炉用电特性测试评估点Bi点，以及接电能质量控制装备的支路作为电能质量控制测试评估点；(c)冶炼过程功率数据如下表(d)主要运行参数：D2点即电弧炉二次输出点第1段：平均有功功率8.08MW，有功波动范围5.05‑10.4MW；平均无功功率3.73MVar，无功波动范围1.55‑7.87MVar；平均功率因数0.91，功率因数波动范围0.79‑1；第2段：平均有功功率10.3MW，有功波动范围10.1‑13.8MW；平均无功功率4.72MVar，无功波动范围3.92‑10.2MVar；平均功率因数0.91，功率因数波动范围0.79‑1；根据现场仪表显示数据，35kV母线的实际运行电压约为38.15kV；其原因为主降变压器输出偏高，同时现场FC补偿对母线具有一定的抬升作用，因此精炼系统二次开路电压可以推算知：电弧炉变压器的二次开路电压大约为额定的1.09倍；即实际35kV运行电压在35kV×1.09＝38.15kV；相应的电弧炉变压器二次开路电压为：6档位开路电压：232V×1.09＝252.88V3档位开路电压：267V×1.09＝291.03V据此可以由运行仿真软件反推电弧炉系统B2点，即运行点的运行数据，B2点，即运行点具体数据为：第1段：平均有功功率8.176MW，平均无功功率4.522MVar，平均功率因数0.875；第2段：平均有功功率10.53MW，平均无功功率5.703MVar，平均功率因数0.879；所述步骤(2)运行仿真具体如下：(1)绘制P_n‑Q_n运行曲线图步骤，n＝0，1，2，3，4，5；(1.1)计算(1.2)令k_e＝0.2～1.0，步长0.001，由得到I_E,n,i；(1.3)由k_op＝f(k_e)求得k_op，并根据计算X_E,n,i；(1.4)由计算R_E,n,i；(1.5)计算从而供电效率为(1.6)根据P_n,i，Q_n,i的值画出P‑Q曲线；(1.7)电流曲线：对于EAF，在I_E,n,i＝72kA、60kA、50kA、40kA时，对同一电流值在P‑Q曲线上将对应i＝1,2,…,21的点连接起来；对于LF，在I_E,i＝50kA、40kA、30kA时，对同一电流值在P‑Q曲线上将对应i＝1,2,…,10的点连接起来；其中EAF的最大工作电流同理LF的最大工作电流其中，各变量的含义分别为：P_n、Q_n分别为运行曲线描述点的有功功率、无功功率；I_SC,n,i为运行曲线描述点的短路电流；U_i为电弧炉变压器二次开路电压；X_S1,i、R_S1,i、X_S2,n,i、R_S2,n,i分别为高压侧、电弧炉中压侧等效电抗及电阻；k_e为电弧炉系统电弧电流系数；I_E,n,i为描述点的电弧电流大小；k_op为电弧炉系统运行电抗系数；X_E,n,i、R_E,n,i分别为运行描述点电弧的电抗及电阻特性；P_n,i、Q_n,i分别为不同档位时的系统有功功率及无功功率；β_n,i为电弧炉供电系统的供电效率；(1.8)工作区域主要由下面6条曲线包围构成；(a)最小功率因数＝0.65，最大功率因数＝0.85，允许最大视在功率即1.2×电弧炉变压器容量的P‑Q功率圆图，最大工作电流，最大二次电压的P‑Q曲线，最小二次电压的P‑Q曲线；(b)第一段冶炼运行仿真分析，结论：运行点，即B2点的平均电路效率为88.26％，电路效率的变化范围77‑94％；(c)第二段冶炼运行仿真分析，结论：运行点，即B2点的平均电路效率为88.51％，电路效率的变化范围76‑90％。