一种基于角接SVG装置抑制电弧炉电压闪变的新方法与流程

本发明涉及svg装置及控制技术领域，特别涉及一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法。

背景技术：

随着经济和科学技术的发展，钢铁冶炼技术也在不断进步，目前电弧炉冶炼技术是国内外冶金行业中最有发展前景的冶炼技术。与传统的中频炉和工频炉冶炼技术相比，电弧炉以其灵活性、可靠性、较快的冶炼速度、较优的冶炼质量和较少的投资费用等优势正在冶金行业中得到越来越广泛的应用。

另外随着国家对钢铁行业去产能政策的不断推进，生产“地条钢”的中频炉和工频炉等项目由于生产工艺落后、产品质量差、消耗能源高等劣势将会被全面关停，因此在未来的几年内中频炉或工频炉改造为电弧炉的项目也会越来越多，导致电弧炉冶炼项目在未来几年内将会显著增加。

电弧炉冶炼技术与中频炉和工频炉相比优势明显，但其在冶炼的过程中会对供电电网产生频繁而急剧的有功功率和无功功率冲击，导致供电电网出现谐波超标、功率因数严重偏低、电压波动和闪变等一系列的电能质量问题。当供电电网容量较小时，公共电网的谐波和闪变等电能质量问题可能使周边自动化程度较高的工业用户遭受干扰甚至出现生产事故。因此电压波动和闪变等电能质量问题可能是制约电弧炉冶炼技术发展的关键因素，也是电弧炉发展过程中必须解决的关键技术。

为了减小电弧炉生产过程中导致的公共电网电压波动和闪变等问题，目前较为传统的补偿方式是利用静止无功补偿器(以下简称svc)设备补偿电弧炉的无功冲击，从而抑制电网电压波动和闪变，但由于svc响应速度较慢，因此其补偿效果不显著，一般补偿前后的闪变抑制比在2:1以下。而基于全控型器件的静止无功发生器(以下简称svg)设备由于能够快速平滑的跟踪电弧炉无功功率变化，因此正成为国内外电弧炉闪变抑制研究的热点。

针对电弧炉引起的电网电能质量问题，决定研究利用svg装置补偿电弧炉生产过程中对供电电网产生的无功功率冲击和谐波注入，实现对电弧炉生产过程中功率因数严重偏低、电压波动和闪变等电能质量问题的有效抑制，最终达到稳定供电电网电压的目的，以保证公共电网电能质量和周边其他电力用户用电安全。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法，可以快速、实时、准确的实现电网电压闪变抑制、电网电压不平衡补偿、电网电流谐波补偿、电网功率因数补偿。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法，所述的svg装置的控制部分由d轴、q轴两个基波电流控制环组成；两个基波电流控制环的参考值id_ref和iq_ref由以下四个部分输出的分量形成：

(1)由直流侧电压控制外环输出的电流参考值id_ref1；

(2)由谐波电流检测部分输出的负载电流谐波有功分量指令值id_har与负载电流谐波无功分量指令iq_har；

(3)由有功比例微分控制部分输出的负载电流有功微分分量dv/dt；

(4)由电压与平均无功控制部分输出的顶层电网电压控制分量u_pi_out和平均无功电流分量指令值q_pi_out；

由id_ref1与id_har加和后得出d轴基波电流控制环的参考值id_ref，由iq_har与ip+ist、u_pi_out、q_pi_out加和后得出q轴基波电流控制环的参考值iq_ref；

将d轴基波电流控制环的参考值id_ref输入有功电流控制内环，将q轴基波电流控制环的参考值iq_ref输入无功电流控制内环，分别得到电压有功分量md与电压无功分量mq，经过dq/abc变换后输出ma、mb、mc，在基波旋转坐标系下实现spwm调制。

所述的谐波电流检测部分具体为：负载电流ix经abc/dq变换得到电流有功分量ild与无功分量ilq，分别减去有功分量与无功分量的平均值，得到负载电流谐波有功分量指令值id_har与负载电流谐波无功分量指令iq_har。

所述的电压与平均无功控制部分具体为：

(1)平均无功电流分量检测：实时电压ux与电流ix通过无功计算模块得到电网的无功功率，无功功率经过200ms的平均滤波得到电网无功的平均功率，通过与无功指令值qref闭环实现电网功率因数控制功能,得到平均无功电流分量指令值q_pi_out；

(2)电压闭环低频闪变分量检测：电网电压ux经abc/dq变换得到电压有功分量ud与无功分量uq，经过电压幅值求取模块得到电网电压幅值，电网电压瞬时幅值分量与经过低通滤波的电网电压平均值做差得到电网电压低频分量u_pi_out。

所述的直流侧电压控制外环部分具体为：直流侧电压参考值udcref与直流侧电压反馈值udcfdb的平均值做差，经过pi调节器后输出电流参考值id_ref1。

所述的有功比例微分控制部分具体为：负载电流有功分量ild、负载电流无功分量ilq、电网等效电阻rs、电网等效电抗xs通过有功电流比例微分控制算法得到有功比例微分指令值ip+ist。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)电压与平均无功控制部分中，平均无功电流分量检测实现电网功率因数控制功能；电网闭环低频闪变分量的检测，消除了由快速变化负载引起的电网电压幅值变化，通过向电网注入/吸收无功电流实现，电网电压瞬时幅值分量与经过低通滤波的电网电压平均值做差得到电网电压低频分量，实现电网电压闪变抑制功能。

2)谐波电流检测部分中，实现低频电流分量与谐波电流分量检测,通过电流闭环实现谐波电流抑制与闪变抑制功能。

3)svg指令电压加入了谐波电流检测部分、电压与平均无功控制部分、有功比例微分控制部分，在基波旋转坐标系中实现spwm调制，最终实现svg设备电网电压闪变抑制、电网电压不平衡补偿、电网电流谐波补偿、电网功率因数补偿效果。

附图说明

图1为本发明的svg闪变抑制装置拓扑结构图；

图2为本发明的svg闪变抑制控制方法原理框图；

图3为本发明的谐波分量及低频闪变分量检测原理框图；

图4为本发明的平均无功电流分量检测原理框图；

图5为本发明的电压闭环低频闪变分量检测原理框图；

图6为本发明的有功比例微分控制原理框图；

图7为本发明的svg闪变抑制前电网电压有效值波形；

图8为本发明的svg闪变抑制后电网电压有效值波形；

图9为本发明的svg闪变抑制前电网电压瞬时闪变值、短时闪变值波形；

图10为本发明的svg闪变抑制后电网电压瞬时闪变值、短时闪变值波形。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法中的基于角接svg装置包含：系统电源1、电网电压pt2、电网电流ct3、角接svg装置4、svg输出电流ct5、svg控制器6、滤波支路7、滤波支路电流ct8、电弧炉及精炼炉等负载9。

图1中，角接svg装置4并联连接与系统电源1上，启动svg装置，svg控制器6通过采样单元直流侧电压、svg装置输出电流实现补偿装置的直流电压控制；svg控制器6通过采样电网电压、电网电流、svg装置输出电流、滤波支路电流实现无功指令计算、谐波电流指令计算；同时采用电流闭环实现电流指令的快速跟踪从而实现电网电压闪变抑制、电网电压不平衡补偿、电网电流谐波补偿、电网功率因数补偿功能。观察svg设备性能；通过svg补偿装置的投入与退出，通过标准电能质量检测装置检测svg设备电网电压闪变抑制、电网电压不平衡补偿、电网电流谐波及电网功率因数补偿效果。

如图2所示，本发明的一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法，所述的svg装置的控制部分由d轴、q轴两个基波电流控制环组成；两个基波电流控制环的参考值id_ref和iq_ref由以下四个部分输出的分量形成：

(1)由直流侧电压控制外环输出的电流参考值id_ref1；

(2)由谐波电流检测部分输出的负载电流谐波有功分量指令值id_har与负载电流谐波无功分量指令iq_har；

(3)由有功比例微分控制部分输出的负载电流有功微分分量ip+ist；

(4)由电压与平均无功控制部分输出的顶层电网电压控制分量u_pi_out和平均无功电流分量指令值q_pi_out；

由id_ref1与id_har加和后得出d轴基波电流控制环的参考值id_ref，由iq_har与ip+ist、u_pi_out、q_pi_out加和后得出q轴基波电流控制环的参考值iq_ref；

将d轴基波电流控制环的参考值id_ref输入有功电流控制内环，将q轴基波电流控制环的参考值iq_ref输入无功电流控制内环，分别得到电压有功分量md与电压无功分量mq，经过dq/abc变换后输出ma、mb、mc，在基波旋转坐标系下实现spwm调制。

如图3所示，所述的谐波电流检测部分具体为：负载电流ix经abc/dq变换得到电流有功分量ild与无功分量ilq，分别减去有功分量与无功分量的平均值，得到负载电流谐波有功分量指令值id_har与负载电流谐波无功分量指令iq_har。

所述的电压与平均无功控制部分具体为：

(1)平均无功电流分量检测：如图4所示，实时电压ux与电流ix通过无功计算模块得到电网的无功功率，无功功率经过200ms的平均滤波得到电网无功的平均功率，通过与无功指令值qref闭环实现电网功率因数控制功能,得到平均无功电流分量指令值q_pi_out；

(2)电压闭环低频闪变分量检测：如图5所示，电网电压ux经abc/dq变换得到电压有功分量ud与无功分量uq，经过电压幅值求取模块得到电网电压幅值，电网电压瞬时幅值分量与经过低通滤波的电网电压平均值做差得到电网电压低频分量u_pi_out。

如图6所示，所述的有功比例微分控制部分具体为：负载电流有功分量ild、负载电流无功分量ilq、电网等效电阻rs、电网等效电抗xs通过有功电流比例微分控制算法得到有功比例微分指令值ip+ist。

如图2所示，所述的直流侧电压控制外环部分具体为：直流侧电压参考值udcref与直流侧电压反馈值udcfdb的平均值做差，经过pi调节器后输出电流参考值id_ref1。

如图2所示，无功电流控制内环中：(1)将d轴基波电流控制环的参考值id_ref输入有功电流控制内环，(2)id_ref与svg反馈电流有功分量id做差后输入acr调节器，(3)acr调节器输出的电压ud*与经maf处理后的svg控制器的有功指令信号usd以及解耦后的svg反馈电流无功分量iq做差，得到电压有功分量md。

如图2所示，有功电流控制内环中：(1)将q轴基波电流控制环的参考值iq_ref输入无功电流控制内环，(2)iq_ref与svg反馈电流无功分量iq做差后输入acr调节器，(3)acr调节器输出的电压uq*与经maf处理后的svg控制器的有功指令信号usq做差，得到电压有功分量mq。

电压有功分量md与电压无功分量mq，经过dq/abc变换后输出ma、mb、mc，在基波旋转坐标系下实现spwm调制。

本发明提供一种基于角接svg装置抑制电弧炉电压闪变的新方法，可以快速、实时、准确的实现电网电压闪变抑制、电网电压不平衡补偿、电网电流谐波补偿、电网功率因数补偿，图7和图8为电网220kv侧线电压有效值补偿前后的的对比波形；图9-10为电网220kv侧线瞬时电压闪变值和短时闪变值的对比波形。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。