一种交流电弧炉柔性供电设备制造技术

本发明专利技术提供了一种交流电弧炉柔性供电设备，采用交直交柔性供电方式，利用整流器、逆变器配合，将电网交流电经交流‑直流‑交流变化，输出可调压和调频的交流电，给电弧炉供电。其中，利用整流器转换得到的直流电对逆变器的电容器进行充放电，引入直流环节，电容器能隔离负载和电网，使得负载侧产生的无功和谐波电流不会传输至电网，解决无功和谐波电流注入电网，造成电网污染的问题，使电网侧不再需要配置无功补偿和滤波设备。另外，通过逆变器实现电弧电流的调节，使电弧电流的调节速度快，提高了电弧电流的稳定性，提升了电能传递效率，降低了系统的损耗，有效缩短了冶炼周期。

A Flexible Power Supply Equipment for AC Arc Furnace

The invention provides an AC arc furnace flexible power supply device, which adopts AC-DC-AC flexible power supply mode, uses rectifier and inverter to cooperate, changes AC-DC-AC of power grid, outputs AC power with adjustable voltage and frequency, and supplies power to the electric arc furnace. Among them, the DC current converted by the rectifier is used to charge and discharge the capacitors of the inverters, and the DC link is introduced. The capacitors can isolate the load and the power grid, so that the reactive and harmonic currents generated by the load side will not be transmitted to the power grid, which solves the problem of reactive and harmonic currents injected into the power grid, resulting in pollution of the power grid, and makes the power grid side no longer need to configure reactive compensation and filtering equipment. In addition, the arc current is regulated by the inverter, which makes the arc current regulate quickly, improves the stability of arc current, improves the efficiency of electric energy transfer, reduces the system loss and shortens the smelting cycle effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种交流电弧炉柔性供电设备
本专利技术涉及供电领域，尤其涉及一种交流电弧炉柔性供电设备。
技术介绍
交流电弧炉主要用于废钢的冶炼，其供电系统如图1所示，电网的电力通过串联电抗器101、电炉变压器102后降为冶炼所需的低电压(例如，35KV/1.5KV)，降压后的电流经短网103(水冷电缆及其附件等)进入三相电极100，在电弧炉105内产生电弧电流，用于冶炼金属。冶炼过程中，通过电极位置的调节和电炉变压器的分档调压，来控制冶炼过程中电弧电流的稳定和提高冶炼的效率。目前国内交流电弧炉炼钢供电技术还处于跟随国外技术的阶段，国内同行开展了大量的电弧炉仿真工作，对电弧炉冶炼过程中阻抗特性的变化进行了深入研究，为电极控制和电弧炉变压器调压提供了一些控制思路，但是在电弧炉供电系统方面还未见提出新的方法和装备。国外电炉公司在现有电弧炉技术的基础上，对电炉供电系统和负载特性进行深入研究后，针对供电系统提出了如下两种改进方案，改进方案一：在串联电抗器Lp两端并联可控硅调压装置，来控制串联电抗器的饱和度，从而调节电弧电流波形过零点的波形来提高电弧工作稳定性；改进方案二：在电弧炉变压器低压侧增加一套可控硅调压装置，通过可控硅触发角的调节，从而调节电弧电流波形过零点的波形来提高电弧工作稳定性。上述电弧炉供电系统的改进方案主要是围绕提高电弧电流在冶炼过程中的稳定性和高效的有功功率传递为主要目标开展工作，但是，电弧炉对电网来说，是一种非线性负荷，在冶炼过程中，电弧炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，所以电弧炉的燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生无功和谐波电流，经变压器注入电网，污染电网。现有电弧炉供电系统只能配置无功补偿设备104解决电网无功和谐波电流的染污问题，但是无功补偿设备价格昂贵，损耗高，导致电弧炉供电系统的维护和运行成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种交流电弧炉柔性供电设备，采用交直交柔性供电模式，解决谐波电流注入电网造成谐波污染的问题，使电网侧不再需要配置无功补偿设备，进而降低了电弧炉供电系统的成本。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种交流电弧炉柔性供电设备，包括：电网、柔性供电装置及短网。柔性供电装置连接电网，用于将电网的交流进行降压及交流-直流-交流变换，变换后的交流电经短网后进入电弧炉的三相电极，在电弧炉内产生电弧电流。一实施例中，柔性供电装置包括：整流变压器和中压变频电源。整流变压器的原边连接电网，副边连接中压变频电源的输入端，用于将电网的交流电进行降压后输送至中压变频电源的输入端。中压变频电源的输出端连接短网，用于将经整流变压器降压处理后的交流电进行交流-直流-交流变换后输至短网。一实施例中，中压变频电源包括多个并联支路，形成低电压、大电流的输出拓扑。每个并联支路的输入端分别连接对应的整流变压器的副边，输出端均连接短网；每个并联支路均包括：整流器、逆变器。整流器输入端连接对应的整流变压器的副边，用于将整流变压器降压后的交流电变换为直流电。逆变器的输入端连接整流器的输出端，其输出端连接短网，用于将整流后的直流电变换为频率和幅值可调的交流电。一实施例中，整流器由二极管三相全控桥构成；逆变器由电容器以及多个电力电子功率器件构成。一实施例中，柔性供电装置包括：高压变频电源和降压变压器。高压变频电源输入端连接电网，输出端连接降压变压器的输入端，用于将电网的交流电进行交流-直流-交流变换后输送至降压变压器的输入端。降压变压器的输出端连接短网，用于将经高压变频电源处理后的交流电降压后输至短网。一实施例中，高压变频电源包括移相整流变压器及三相功率单元。移相整流变压器的输入端连接电网，输出端连接三相功率单元，用于将电网电源进行变换后，输至三相功率单元的输入端。三相功率单元的公共端连接，构成电源中点，形成高电压、低电流的输出拓扑。每相功率单元均包括多个串联模块。每个串联模块均包括：整流器、逆变器。整流器的输入端连接移相变压器的一副边，用于将移相整流变压器变换后的交流电变换为直流电。逆变器的输入端连接整流器的输出端，用于将整流后的直流电变换为频率和幅值可调的交流电。一实施例中，整流器由二极管三相全控桥构成；逆变器由多个电力电子功率器件构成。本专利技术提供一种交流电弧炉柔性供电设备，采用交直交柔性供电装置，将电网交流电经交流-直流-交流变化，输出可调压和调频的交流电，给电弧炉供电。其中，实现交直交柔性供电的主要方案是采用整流器、逆变器配合，利用整流器转换得到的直流电对逆变器的电容器进行充放电。因为引入了直流环节，电容器能隔离负载和电网，使得负载侧产生的无功和谐波电流不会传输至电网，解决了无功和谐波电流注入电网，造成电网污染的问题，使电网侧不再需要配置无功补偿和滤波设备，进而降低了电弧炉供电系统的成本，并且降低了电弧炉供电系统对电网的短路容量要求，便于交流电弧炉在用户端的大面积推广。另外，电弧炉的负载处于不断变化之中，现有供电系统仅能通过调节电极位置和电炉变压器档位控制电弧电流，其调控方式单一并且因为电极是液压控制型，其响应速度慢，不能适应负载不断变化的环境。而本专利技术通过逆变器实现电弧电流的调节，提供了一种新的电弧电流调控方式，因为逆变器的响应速度较快，使电弧电流的调节速度快，更能适应负载不断变化的环境，电弧电流的稳定性高、电能传递效率高、系统损耗低，有效缩短了冶炼周期。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有交流电弧炉供电系统的示意图；图2为本专利技术交流电弧炉柔性供电设备的一种实施例的示意图；图3为本专利技术交流电弧炉柔性供电设备的一种中压供电方案的示意图；图4为图3所示中压柔性供电方案中的中压变频电源的并联支路的电路图；图5为本专利技术交流电弧炉柔性供电设备的一种高压柔性供电方案的示意图；图6为本专利技术交流电弧炉柔性供电设备中的高压柔性供电设备的电路图；图7为图6所示高压柔性供电设备中串联模块的电路图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉，对电网来说，电弧炉是一种非线性负荷，在冶炼过程中，电弧炉引起三相负荷不平衡，产生无功和谐波电流，为防止无功和谐波电流注入电网造成电网污染，现有技术只能配置无功补偿设备解决该问题，但是无功补偿设备价格昂贵，导致电弧炉供电系统的成本高。本专利技术实施例提供的交流电弧炉柔性供电设备，采用交直交柔性供电装置，将电网交流电经交流-直流-交流变化，输出可调压和调频的交流电，通过在供电侧引入直流环节，利用电容器隔离负载和电网，使无功和谐波电流不会传输至电网中，解决无功和谐波电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流电弧炉柔性供电设备，其特征在于，包括：电网、柔性供电装置及短网；所述柔性供电装置连接电网，用于将电网的交流进行降压及交流‑直流‑交流变换，变换后的交流电经所述短网后进入电弧炉的三相电极，在所述电弧炉内产生电弧电流。

【技术特征摘要】
1.一种交流电弧炉柔性供电设备，其特征在于，包括：电网、柔性供电装置及短网；所述柔性供电装置连接电网，用于将电网的交流进行降压及交流-直流-交流变换，变换后的交流电经所述短网后进入电弧炉的三相电极，在所述电弧炉内产生电弧电流。2.根据权利要求1所述交流电弧炉柔性供电设备，其特征在于，所述柔性供电装置包括：整流变压器和中压变频电源；所述整流变压器的原边连接所述电网，副边连接所述中压变频电源的输入端，用于将所述电网的交流电进行降压后输送至所述中压变频电源的输入端；所述中压变频电源的输出端连接所述短网，用于将经所述整流变压器降压处理后的交流电进行交流-直流-交流变换后输至所述短网。3.根据权利要求2所述交流电弧炉柔性供电设备，其特征在于，所述中压变频电源包括多个并联支路，形成低电压、大电流的输出拓扑；每个所述并联支路的输入端分别连接对应的整流变压器的副边，输出端均连接所述短网；每个所述并联支路均包括：整流器、逆变器；所述整流器输入端连接对应的整流变压器的副边，用于将整流变压器降压后的交流电变换为直流电；所述逆变器的输入端连接所述整流器的输出端，其输出端连接所述短网，用于将所述整流后的直流电变换为频率和幅值可调的交流电。4.根据权利要求3所述的交流电弧炉柔性供电设备，其特征在于，所述整流器由二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛伟，刘广文，刘东，
申请(专利权)人：中冶京诚工程技术有限公司，北京京诚瑞达电气工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11