关键词：电弧炉；PSCAD；SVC；File Reader元件

Abstract: The electrical system of some arc furnace load containing sites is complex. Limited by the site condition in which sound commissioning environment cannot be provided for SVC, relevant control parameters can only be configured on the basis of experience.People try to use simulation software such as EMTDC and MATLAB to build the simulation model, and perform simulation analysis on the SVC operation performance. In this regard, how to build an arc furnace load model becomes a key element. The data reading element carried by EMTDC is used to read the actual data during an arc furnace load production, convert the data to a load model, perform SVC compensation effect simulation research and correct the control parameter. The parameter has been verified by the site and achieved sound compensation effect.

Key words: Arc furnace; PSCAD; SVC; File reader element

1  引言

电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼，因此很多冶炼厂家都在使用。由于电弧炉在运行过程中有功功率和无功功率剧烈变化，故对所在电网造成剧烈冲击，直接影响附近其它用电设备的稳定运行。多年来大量实践证明，SVC是目前最可靠最有效的抑制电弧炉对电网冲击的动态无功补偿装置。

人们已经逐渐摸索出了一套针对电弧炉类负荷设计补偿方案的方法：先进行工程计算，再进行仿真验证，根据仿真结果修改相关参数后再仿真，直至取得最优补偿效果。这种方法的好处是不耽误用户的生产，提高调试工作效率，降低调试过程中的风险。而如何搭建更贴近现场实际工况的负荷模型是此类仿真的关键点和难点，人们也想出了很多方法，比如将受控电压源、负电阻、二极管搭建组成模拟电弧炉V-I特性部分，利用随机函数搭建电弧炉变化弧长部分，再将两者组合在一起，通过设置弧长和参考电压，达到模拟电弧炉在不同冶炼时期的状态和对电网的影响的目的。但是，这种方法搭建的模型还是和现场实际模型有一定的误差。

本文将电弧炉运行时的各种状态归结为系统中无功电流的变化，在对某电弧炉现场电能质量测试仪的测试数据进行处理后输入到已经搭建好的SVC系统模型中进行SVC补偿效果的仿真研究，缩小仿真模型和实际负荷之间的误差。

2  电弧炉对电网的污染

电弧炉的冶炼过程分两个阶段，熔化期和精炼期。在熔化初期以及熔化的不稳定阶段，电流波形不规律，谐波含量较大，主要是第2、3、4、5、6、7次谐波电流。据某现场实测数据，第2、3、5次谐波电流含有率常达5%~6%及以上，严重时可达20%以上。在熔化期，三相不平衡电流含有较大的负序分量。当一相熄弧另两相短路时，电流的基波负序分量与谐波的等值负序电流可达正序的50%~70%。总的来说，电弧炉作为非线性及无规律负荷接入电网，会对电网和其他负载产生一系列的不良影响： 导致电网严重三相不平衡，产生负序电流；产生高次谐波、其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化；功率因素降低，因此需要加以解决。

3  PSCAD调用外部数据

这里所指的PSCAD调用外部数据是将现场录波数据读取并转化为模型中电弧炉负荷的实时输出数据，目的是验证SVC的实际补偿效果，一般按图1中的步骤进行。

图1  PSCAD调用外部数据原理框图

特别指出，在完成了第一、二步后，还要将专业解析软件转化过录波数据按照File Reader元件设定好的格式进行“预处理”，本文中经过“预处理”的数据如下：

Domain,ILFA A MXL(ILFA A MXL),ILFB B MXL(ILFB B MXL),ILFC C MXL(ILFC C MXL)

-5.000000,-4.300000,-3.740000,8.570000

-4.999500,-3.040000,-4.860000,8.660000

………………………….

其中数据中的第一行为空或者为声明。

整个过程中PSCAD读取外部数据是基础，这个工作由PSCAD中的File Reader元件完成。在配置File Reader元件时的，配置参数选项中“sampling frequency”一定要和现场采样频率一致。File Reader元件及配置界面如图2所示。

图2  File Reader元件及配置界面

当File Reader元件顺利读取外部数据后，可将数据导出，并根据需要现场测试情况进行数据还原。File Reader元件的数据输出及还原处理界面如图3所示。

图3  File Reader元件的数据输出及还原处理界面

经过还原后的数据通过可控电流源转化成为相应的电流信号，也就是电弧炉模型的输出电流信号。由外部数据和可控电流源组成的电弧炉模型如图4所示。

图4  由外部数据和可控电流源组成的电弧炉模型

最终，电弧炉模型输出的三相电流波形如图5所示。

图5  PSCAD中电弧炉模型输出的三相电流波形

可以看到，模型输出的电流信号完全复现了现场电弧炉负荷的原始波形，较人为模拟出的电弧炉电流信号更真实、准确。

4  SVC在恒功率模式下的补偿效果分析

    本仿真模型中，SVC安装在35kV侧（电弧炉也安装在35kV侧），其TCR部分的补偿容量为30Mvar,滤波通道3组，补偿容量为30MVar。控制器的比例调节器增益0.6，积分调节器的时间常数为10ms,触发角限制为5°~144°。

可见，利用电弧炉现场的录波数据整定控制参数后，该套SVC可有效治理某现场电弧炉负荷生产时所带来的功率因数偏低的问题。

5  结论

运用PSCAD/EMTDC自带的数据读取软件将电弧炉负荷实际数据输入到搭建好的模型中，直接进行补偿效果仿真研究的方法，解决了以往搭建的负荷模型不准确，而现场调试条件不足导致SVC装置补偿效果差的老问题。经过某现场SVC装置长期稳定运行，验证了该方法的可行性和正确性。

参考文献：

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