【技术实现步骤摘要】
本公开涉及供电，尤其涉及一种交流电弧炉柔性供电设备及其控制方法。
技术介绍
1、交流电弧炉以废钢铁料为主要原料，利用电极与炉料间产生的电弧的高温来加热和熔炼炉料。传统的交流电弧炉通过变压器将交流电降压后，通过串联电抗器限制正常运行和短路工况下的电弧炉电流，通过控制电极的升降来稳定电弧，具有灵活控制温度、热效率高、设备简单可靠、工艺流程短等优点。
2、但是，随着交流电弧炉单体容量的不断增大，交流电弧炉对供电系统的干扰问题也日益突出：当电弧熄灭时，取自电网的有功无功功率为零；而当电极同炉料短路时，交流电弧炉消耗的无功功率达到最大值。在炉料熔化期，由于电弧长度的随机变化和快速波动，交流电弧炉会在供电系统中引起强烈的闪变、不对称以及高次谐波电流。
3、为解决交流电弧炉对供电系统的干扰问题，业界常规采用statcom动态无功补偿的方法降闪变，但这种方法需要很大容量的statcom设备，而且闪变抑制效果有限。业界也有采用网侧多绕组移相变压器连接的多个电力电子变流器并联的方法，在为电弧炉供电的同时将交流电弧炉的波动与供电系统相隔离，但该方法需要在电网侧接入多绕组移相变压器，系统复杂，成本很高；另外现有的大量交流电弧炉都是通过变压器降压后为电弧炉供电，上述方法直接输出了低电压大电流电源，不能用于现有交流电弧炉系统的改造。
4、业界也采用模块化多电平换流器，可以直接实现高压交流/高压直流的变换，适用于为交流电弧炉提供柔性供电。为了降低换流器成本，考虑到交流电弧炉负载是纯粹的有功消耗负载，不存在任何能量回馈的可能
技术实现思路
1、本公开提供了一种交流电弧炉柔性供电设备及其控制方法，解决了交流电弧炉对供电系统的干扰问题。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种交流电弧炉柔性供电设备，包括：整流桥、逆变桥、电弧炉变压器、整流桥控制器、逆变桥控制器、电极位置控制器；所述整流桥连接交流电网；所述逆变桥连接交流电弧炉变压器；其中，所述整流桥包括三相整流桥臂；所述逆变桥包括至少一相逆变桥臂；所述三相整流桥臂和所述至少一相逆变桥臂依次排列，通过正负直流母线并联；所述各相整流桥臂结构相同，分别包括整流上桥臂、整流中桥臂和整流下桥臂和两个二极管桥臂，整流上桥臂、整流中桥臂和整流下桥臂依次串联，两个二极管桥臂同向串联后，并联在整流中桥臂的两端，两个二极管桥臂的连接点与交流供电电网各相相连；所述至少一相逆变桥臂结构相同，分别包括逆变上桥臂和逆变下桥臂，所述逆变上桥臂和逆变下桥臂串联，连接点与电弧炉变压器的对应相相连。
3、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述逆变桥包括三相逆变桥臂；所述三相逆变桥臂中逆变上桥臂和逆变下桥臂的连接点分别与电弧炉变压器各相相连。
4、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述整流上桥臂、整流下桥臂、逆变上桥臂和逆变下桥臂的结构相同，由电抗器和至少2个功率模块串联而成；所述整流中桥臂由至少2个功率模块串联而成；所述功率模块为半桥模块和/或全桥模块。
5、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述功率模块的数量根据桥臂两端的最大电压和功率模块的电容电压确定。
6、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极位置控制器与交流电电弧炉电极操纵机构连接。
7、根据本公开的第二方面，提供了一种交流电弧炉柔性供电设备的控制方法，所述方法包括：所述整流桥控制器负责整流桥的控制并稳定整流桥直流电压；所述逆变桥控制器负责逆变桥控制并稳定交流电弧炉一次侧电流；所述电极位置控制器负责交流电弧炉的电极操纵机构控制并稳定三相电弧阻抗。
8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述整流桥控制器负责整流桥的控制并稳定整流桥直流电压包括：
9、检测整流桥网侧电压并通过锁相环锁定电网相位；
10、基于整流桥直流电压udc与整流桥直流电压指令值udc*的关系，通过直流电压控制器生成整流桥有功电流指令值id*；
11、基于整流桥有功电流指令值id*，计算其在网侧阻抗上消耗的无功，并生成整流桥无功电流指令值iq*以补偿网侧阻抗上消耗的无功；
12、将所述整流桥有功电流指令值id*、整流桥无功电流指令值iq*经过电流调节器生成整流桥dq电压指令值ud*、uq*，经过2/3变换生成整流桥交流调制指令值ua*、ub*、uc*；
13、计算整流桥直流调制指令值ucom*：其中un为功率模块电容电压；
14、将整流桥交流调制指令值和整流桥直流调制指令值相加减，并根据交流电流方向采用最近电平逼近方法得到各相整流桥臂的触发脉冲。
15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述逆变桥控制器负责逆变桥控制并稳定交流电弧炉一次侧电流包括：
16、根据逆变桥有功电流指令值id*、逆变桥无功电流指令值iq*经过电流调节器实现id电流、iq电流的控制，并生成逆变桥dq电压指令值ud*、uq*，经过2/3变换生成逆变桥交流调制指令值ua*、ub*、uc*；其中，逆变桥有功电流指令值id*为预设值，逆变桥无功电流指令值iq*预设为0；
17、计算逆变桥直流调制指令值ucom*：其中un为功率模块电容电压；
18、将逆变桥直流调制指令值与逆变桥交流调制指令值相减，得到逆变桥上桥臂调制信号；将逆变桥直流调制指令值与逆变桥交流调制指令值相加，得到逆变桥下桥臂调制信号；最后通过最近电平逼近方法得到逆变桥各相桥臂的触发脉冲。
19、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极位置控制器负责交流电弧炉的电极操纵机构控制并稳定三相电弧阻抗包括：检测交流电弧炉变压器二次侧电压和电流；根据所述电压和电流计算交流电弧炉当前的三相电弧阻抗；根据所述三相电弧阻抗与电弧阻抗指令值的关系，生成并发送控制指令操纵电弧炉电极操纵机构调整电极位置。
20、根据本公开的第三方面，提供了一种交流电弧炉柔性供电设备的工作方法，所述方法包括：
21、通过整流桥控制器控制整流桥稳定直流电压并降低交流电网闪变，使得能量从交流电网通过整流桥流向直流母线；
22、通过逆变桥控制器稳定电弧炉变压器一次侧电流，使得能量从直流母线通过逆变桥流向电弧炉；
23、通过电极位置控制器实现对交流电弧炉的电极操纵机构的控制并稳定三相电弧阻抗。
24、应当理解，
技术实现思路
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
【技术保护点】
1.一种交流电弧炉柔性供电设备，包括：
2.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
3.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
4.根据权利要求3所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
5.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，所述电极位置控制器与交流电电弧炉电极操纵机构连接。
6.根据权利要求1-5任一交流电弧炉柔性供电设备的控制方法，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述整流桥控制器负责整流桥的控制并稳定整流桥直流电压包括：
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述逆变桥控制器负责逆变桥控制并稳定交流电弧炉一次侧电流包括：
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电极位置控制器负责交流电弧炉的电极操纵机构控制并稳定三相电弧阻抗包括：
10.根据权利要求1-5任一交流电弧炉柔性供电设备的工作方法，所述方法包括：
【技术特征摘要】
1.一种交流电弧炉柔性供电设备，包括：
2.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
3.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
4.根据权利要求3所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，
5.根据权利要求1所述的交流电弧炉柔性供电设备，其中，所述电极位置控制器与交流电电弧炉电极操纵机构连接。
6.根据权利要求1-5任一交流电弧炉柔性供电设备的控制方法，所述方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文龙，翁海清，保罗·安东尼奥·保丁格诺，张海涛，张瑜，牛颖，王鑫，
申请(专利权)人：荣信汇科电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。