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技术方案

技术编号:15450235 阅读:130 留言:0更新日期:2017-05-31 11:53
本发明专利技术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。本发明专利技术的有益效果是: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。

Power saving control method for AC arc furnace power supply system based on software modeling and simulation

The invention relates to a mathematical model of AC electric arc furnace is established, simulation analysis and optimization of operating point, through the electrode control, dynamic compensation, short network reconstruction and production of a series of rhythm adjustment and power saving control method, in particular relates to a control method used in AC arc furnace power supply system simulation in power saving operation guide. The method comprises the following steps: (1) measuring the power curve of an electric arc furnace; (2) running simulation; (3) carrying out data analysis; (4) analyzing the main factors influencing the efficiency of an electric arc furnace; and (5) putting forward energy-saving measures. The invention has the advantages that: compared with the traditional smelting process of iron and steel enterprises, can significantly reduce the power consumption, in response to the national call for energy saving and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
目前,钢铁行业,大多数应用交流电弧炉的企业,一般都是未经仿真优化的传统冶炼工艺方法,这种方式方法大多数只用非建模优化过的固定档位冶炼、静态投切电容补偿、短网品质因数相对较低、电弧炉冶炼上、下游生产节奏、采样测温等整体时间统筹不足。
技术实现思路
为了解决现有的传统冶炼工艺交流电弧炉工作点运行效率低,性价比欠佳,整体节电措施不足导致吨钢电耗偏高的问题,本专利技术提供一种基于软件建模仿真、分析运算结果的基础上,对交流电弧炉进行整体节能降耗的系统节电方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:建立电弧炉供、配、用电系统的数学模型,并基于此模型和实际的调研数据绘制电弧炉运行曲线和效率曲线,根据不同钢种精炼需求选择最优的运行电压和运行电流,并据此生成控制用运行点控制数据库,用该库指导精炼过程操作。其次,通过仿真分析的运算结果对电弧炉系统出现的无功波动进行动态的补偿,使电弧炉系统无功稳定的同时降低对电源系统短路容量的需求,并结合电弧炉系统短网改造和电极优化控制进一步提升节能空间。最后,调整冶炼与连铸工艺的配合节奏降低电耗。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。进一步的,所述步骤(1)实测电弧炉功率曲线具体如下:(1)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;(2)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;(3)冶炼过程功率数据如下表(4)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点的运行数据,B2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。进一步的,所述步骤(2)运行仿真具体如下:(1)绘制Pn-Qn运行曲线图步骤(n=0,1,2,3,4,5);(1.1)计算(1.2)令ke=0.2~1.0,步长0.001,由得到IE,n,i;(1.3)由kop=f(ke)求得kop,并根据计算XE,n,i;(1.4)由计算RE,n,i;(1.5)计算从而供电效率为(1.6)根据Pn,i,Qn,i的值画出P-Q曲线;(1.7)电流曲线:对于EAF,在IE,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IE,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:Pn、Qn分别为运行曲线描述点的有功功率、无功功率;ISC,n,i为运行曲线描述点的短路电流;Ui为电弧炉变压器二次开路电压;XS1,i、RS1,i、XS2,n,i、RS2,n,i分别为高压侧、电弧炉中压侧等效电抗及电阻;ke为电弧炉系统电弧电流系数;IE,n,i为描述点的电弧电流大小;kop为电弧炉系统运行电抗系数;XE,n,i、RE,n,i分别为运行描述点电弧的电抗及电阻特性;Pn,i、Qn,i分别为不同档位时的系统有功功率及无功功率;βn,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;最小功率因数=0.65,最大功率因数=0.85,允许最大视在功率(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;(2)第一段冶炼运行仿真分析,结论:运行点(B2点)的平均电路效率为88.26%,电路效率的变化范围77‐94%;(3)第二段冶炼运行仿真分析,结论:运行点(B2点)的平均电路效率为88.51%,电路效率的变化范围76‐90%。进一步的,所述步骤(3)数据分析具体如下:(1)仿真结果准确性校验的重要性仿真结果的误差大于允许值,则根据仿真结果得到的任何结论都没有应用价值;(2)功率曲线仿真校验判据可以证明:对含单一正弦电压源的稳态无源负载电路,当负载阻抗变化时,在电压源电压U、负载基波有功功率P、负载基波无功功率Q允许变化的范围内,U、P、Q中任意一个参数都是另外两个参数的单值函数;对含单一正弦电压源的非稳态无源负载电路,当负载阻抗变化时,在电压源电压U、负载平均基波有功功率负载平均基波无功功率允许变化的范围内,U、中任意一个参数都是另外两个参数的单值函数;P-Q曲线仿真校验判据:对于确定的电压源电压U,在恒定有功功率操作时间段,平均功率的测量值为在基波功率因数大于0.707的P-Q仿真曲线段,的功率仿真计算值为(P,Q),有功仿真误差若ΔP小于5%,则P-Q曲线仿真结果是正确的;(3)校验结果当电压为6挡时,ΔP=0.12%<5%;当电压为3挡时,ΔP=0.13%<5%;校验结果表明,本申请给出的P-Q仿真结果的准确度很高。进一步的,影响电路效率的主要因素包括:实际运行数据和仿真数据都表明:(1)运行电压越高,在运行范围内有功功率越高,冶炼时间越短,供电效率越高;(2)运行功率因数在0.85左右为宜,功率因数过高,电弧不稳定,效率反而降低;(3)常规运行在6档位电压平均有功8.159MW,平均功率因数0.87,无功在1.55-7.87MVar,不稳定;电路效率77-94%,平均电路效率88.26%左右;(4)通过对比国内领先水平的电弧炉短网参数,该电弧炉短网参数阻抗率明显偏高,造成了供电效率提升空间不大。进一步的,具体节电措施如下:(1)动态无功补偿35本文档来自技高网...
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

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述的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,所述步骤(1)实测电弧炉功率曲线具体如下:(1)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;(2)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;(3)冶炼过程功率数据如下表(4)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点的运行数据,B2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。3.根据权利要求1所述的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,所述步骤(2)运行仿真具体如下:(1)绘制Pn-Qn运行曲线图步骤(n=0,1,2,3,4,5);(1.1)计算(1.2)令ke=0.2~1.0,步长0.001,由得到IE,n,i;(1.3)由kop=f(ke)求得kop,并根据计算XE,n,i;(1.4)由计算RE,n,i;(1.5)计算从而供电效率为(1.6)根据Pn,i,Qn,i的值画出P-Q曲线;(1.7)电流曲线:对于EAF,在IE,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IE,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:Pn、Qn分别为运行曲线描述点的有功功率、无功功率;ISC,n,i为运行曲线描述点的短路电流;Ui为电弧炉变压器二次开路电压;XS1,i、RS1,i、XS2,n,i、RS2,n,i分别为高压侧、电弧炉中压侧等效电抗及电阻;ke为电弧炉系统电弧电流系数;IE,n,i为描述点的电弧电流大小;kop为电弧炉系统运行电抗系数;XE,n,i、RE,n,i分别为运行描述点电弧的电抗及电阻特性;Pn,i、Qn,i分别为不同档位时的系统有功功率及无功功率;βn,i为电弧炉供电系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员:张昊李令冬宋毅杨宗丰
申请(专利权)人:北京英博新能源有限公司北京英博电气股份有限公司廊坊英博电气有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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