Имитационная модель комплекса дуговой сталеплавильной печи со статическим тиристорным компенсатором и измерителями показателей качества электроэнергии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Электротехника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

А.В. Фомин, (4872) 35−14−82,
mpf-tula@rambler.т. (Россия, Тула, ТулГУ)
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСА ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ СО СТАТИЧЕСКИМ ТИРИСТОРНЫМ КОМПЕНСАТОРОМ И ИЗМЕРИТЕЛЯМИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Рассматривается имитационная модель комплекса дуговой сталеплавильной печи (ДСП) со статическим тиристорным компенсатором (СТК) и измерителями показателей качества электроэнергии (ПКЭ), выполненная в программе ЫайаЪ 2008а в соответствии с ГОСТ 13 109–97.
Ключевые слова: имитационная модель, дуговая сталеплавильная печь, компенсаторы.
В предложенной имитационной модели в качестве генерирующего источника используется синхронный генератор вместе с турбиной, автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) и регулятором скорости (РС), что позволяет более точно оценить переходные процессы, происходящие в электросистеме при работе ДСП и избежать резонансные явления между ДСП и генерирующими источниками. При точном математическом описании АРВ и РС синхронных генераторов данная имитационная модель комплекса поможет оптимизировать уставки защит генерирующих источников, системы: управления (СУ) СТК и избежать ложных срабатываний этих защит при работе ДСП со СТК.
Также к достоинствам модели следует тажеотнести разработанные измерители ПКЭ по ГОСТ 13 109–97. Эти измерители позволяют обрабаты: -вать реальный сигнал (при осциллографировании на физической модели) и вычислять ПКЭ по ГОСТ 13 109–97 исследованного объекта. Мгновенные значения ПКЭ могут быть использованы: пи построении современных систем управления различных устройств (например, системы: управления на основе нечеткой логики, нейронных сетей и т. д.).
Основные ПКЭ, предопределяемые ГОСТ 13 109–97, характеризуют:
— колебания напряжения-
— несимметрию напряжения-
— отклонение напряжения-
— несинусовдальность напряжения-
— отклонение частоты: напряжения.
Имитационная модель ДСП была рассмотрена автором в работе [1]. Моделирование производилось в среде Matlab2008a Simulink. Структурна схема предлагаемой имитационной модели комплекса ДСП со СТК и разработанными измерителями ПКЭ представлена на рис. 1.
Нарис. 1 даті:
— блоки Generator, ARV, SR, моделирующие синхронный генератор с АРВ и РС-
— блок VL AC, моделирующий ЛЭП-
— блоки Three phase transformer моделирующие силовые транс-
форматоры-
— блок SVC (рис. 2) моделирующий СТК-
— блок DSP моделирующий ДСП-
— блок Load 6kV, моделирующий нагрузку на стороне низшего напряжения-
— остальные блоки являются вспомогательными и служат для получения необходимых сигналов.
p-g-к™]
* и,-МП
¦==.
Three-Phase 13. е/115 kV
Л
S'-
«««4 ««, 41 ««, 4 … 4і … 4і
-IMHJ-'-tJ-U-l'-
-1 1
1 > <- Ibin 1
Л».* т I
1
Load7. I LoadS, Loade. I
№ 43 № 43
Рис. 1. Имитационная модель комплекса ДСП со СТК и измерителями ПКЭ в соответствии с ГОСТ 13 109–97 на примере
СТК для ДСП-120
Обозначения на рис. 2:
— ТРГ (тиристорно-реакторная группа) — блок TRG. Реакторы, соединенные треугольником и управляемые при помощи тиристоров, являются потребителями реактивной мощности-
— ФКЦ (фильтрокомпенсирующие цепи) — блоки filter (3H), filter (4H), filter (5H), состоящие из конденсаторных батарей и фильтровых реакторов (резонансный контур, настроенный на необходимую частоту), на основной частоте (50Гц) являются источниками реактивной мощности-
— система управления — Control System-
— остальные блоки являются вспомогательными и служат для получения необходимых сина лов.
Измерение показателей качества осуществляется в нижеописанных блоках (см. рис. 1).
& lt-т>-
А
& lt-1>-
В
& lt-1>-
Рис. 2. БлокЗУС (СТК)
Колебание напряжения
Колебание напряжения характеризуется дозой фликера и измеряется в блоках FHckermeter 110кУ и FHckermeter 35кУ (внутренняя структура блоков представлена на рис. 3), соответственно на напряжениях 110 кВ и 35 кВ.
Рис. 3. Блок-схема блоков Flickermeter 110^ и П1скегте1ег 35кУ
По данным [2] фликерметр можно логически разделить на несколько смысловых частей.
Блок 1 (на рис. 3 обозначен зеленым цветом) приводит усредненное среднеквадратичное значение входного напряжения основной частоты к внутреннему опорному уровню напряжения прибора. Преобразование напряжения обеспечивается умножением мгновенных значений входного на-
пряжения на 230 В и делением на мгновенное амплитудное значение входного напряжения.
Блок 2 (обозначен синим) воспроизводит колебания напряжения путем возведения в квадрат входного напряжения, приведенного к внутреннему опорному напряжению прибора, для имитации характеристик лампы и перводит значения колебаний напряжения в проценты.
Блок 3 (обозначен фиолетовым) состоит из нескольких взвешивающих фильтров, которые предназначены:
— для подавления постоянной составляющей и составляющей двойной частоты напряжения сети, присутствующих на выходе демодулятора (амплитуды составляющих более высоких частот пренебрежимо малы) —
— для взвешивания колебаний напряжения в соответствии с чувствительностью цепи «лампа — глаз — мозг».
Блок 4 (обозначен желтым) состоит из устройства квадратичной обработки сигналов и низкочастотного фильтра первого порядка. На выходе блока 4 формируется мгновенное значение фликера.
Мгновенные значения фликера Pf измеряются с помощью осциллографов Pfl1o и Pf35. Полученные результаты сохраняются в «рабочий области» (workspace) с помощью блоков Po5W и Pfrnw, где в даьнейшем обрабатываются с помощью m-файла путем статистического анаиза. Данный m-файл представляет собой блок 5 в соответствии с раделением фликермет-ра на смысловые части. Результатом обработки является получение значений кратковременной и длительной дозы фликера.
Несимметрия напряжения
Несимметрия напряжения характеризуется коэффициентом несим-метрии напряжения по обратной последовательности. Действующее значение напряжения прямой и обратной последовательности основной частоты при i-м измерении (ит. и UZ1) t соответственно) вычисляются в блоках
Knsin 110 kV и Knsin 35 kV, каждый из которых состоит из алгебраического контура, реализующего следующие выражения:
U 1(1& gt- =
112
AB (1)i
2
BC (1)i
fU2
BC (1)i
-U,
2
CA (1)i
U
U
AB (1)i
AB (1)i
fU2
BC (1) i
-U
2
CA (1)i
U
AB (1) i
(8)
U2(1) i —
]_
112
^ - UAB (1) i — I4 '- UBC (1)i
U2 -U2
^ BC (1) i CA (1) i
U
AB (1)i
¦U,
AB (1)i
J
U2 -U2
^ BC (1) i CA (1)i
U
AB (1)i
(9)
Где UAB (1)i
UBC (1)i, UCA (1)i — действующие значения междуфаных напряже-
ний соответственно межд фазами А-В, В-С, С-А основной частоты прим измерении.
Значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности основной частоты в процентах (и2и) определяем как результат і-го измерения по следующей формуле
Вычисленные мгновенные значения измеряются с помощью осциллографов knsin110 и knsin35 и сохраняются в «рабочей области» (workspace) c помощью блоков knsin110w и knsin35w, где в даьнейшем обрабатываются с помощью m-файла. Результатом обрабокл является получение
нормльно и предельно допустимые значения, соответствующие требованиям ГОСТ 13 109–97 на интервле времени 24 ч.
Отклонение напряжения
Отклонение напряжения характеризуется значением установившегося отклонения напряжения. Действующее значение напряжения прямой
последовательности основной частоты при i-том измерении (U1(1)i) вычисляется в составе блоков Knsin 110kV и Knsin 35kV, в соответствии с формулой (8).
Вычисленные мгновенные значения измеряются с помощью осциллографов u110 и u35 и сохраняются в «рабочую область» (workspace) с помощью блоков u110w и u35w, где в дльнейшем обрабатываются с помощью т-файла. Результатом обработки является получение суммарной относительной продолжительности времени выхода bUy за нормльно и
предельно допустимые значения, соответствующие требованиям ГОСТ 13 109–97 на интервале времени 24 ч.
Несинусоидальность напряжения
Несинусолдльность напряжения характеризуется значением коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения KU (n),
n = 2 — 40 и значением коэффициента искажения синусолдльности кривой напряжения ku. Значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряженл и коэффициента искаженл синусоидльности кривой напряжения в процентах как результат i-го наблюденл вычисляются в блоках Kunsin 110kV и Kunsin 35kV, которые состоя из алгебраических контуров, реализующих следующие выражения:
(10)
суммарной относительной продолжительности времени выхода к2U за
Ku (n)i -U (n)L -100, u (n)i U 1(i)
K
Ui
Z u
n =2
2 (n)i
U1(i)
•100
(15)
где U10) — действующее значение напряжения основной частоты на i-м наблюдении.
Вычисленные мгновенные значения сохраняются в «рабочей области» (workspace) с помощью блоков ku35, ku110 и kui35, kui110, i=2… 40, входящих в состав блока kunsin, где в дальнейшем обрабатываются с помощью m-файла. Результатом обработки является получение суммарной относительной продолжительности времени выходаKv и K
U (n)
п=2… 40 за нормально и предельно допустимые значения, соответствующие требованиям ГОСТ 13 109–97 на интервале времени 24 ч.
Отклонение частоты
Отклонение частоты напряжения измеряется по действующему значению частоты. Действующее значение частоты в герцах для каждого /-го наблюдения за установленный период времени измеряется в блоках Б^шеїег 110кУ и Б^шеїег 35кУ. Внутренняя структура блоков представлена на рис. 5.
Рис. 5. Имитационная модель частотомера
Идея построения частотомера заключается в следующем:
1. Необходимо получить одновременно два временных отсчета -начало текущего периода измеряемого сигнала и начало предыдущего периода измеряемого сигнала.
2. Разность этих временных отчетов даёт период измеряемого сигнала — Т.
3. Находим значение частоты как обратную к период величину
1/Т.
Вычисленные мгновенные значения сохраняются в «рабочей области» (workspace) c помощью блоков f35w и f110w, где в дальнейшем обрабатываются с помощью m-файла. Результатом обработки является получение суммарной относительной продолжительности времени выхода А/ за нормаьно и предельно допустимые значения, соответствующие требованиям ГОСТ 13 109–97 на интервале времени 24 ч.
Сравним некоторые ПКЭ при работе ДСП без СТК и со СТК при помощи предложенной обобщенной модели. В качестве примера рассмотрим ДСП-120 и СТК-65Мвар. ДСП работает в стадии рафинирования. На рис. 6−8 представлены ПКЭ без СТК.
Рис. 6 Мгновенные действующие значения напряжения прямой последовательности, полученные при моделировании при работе
ДСП-120 без СТК
Мгновенные значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности, Ки2%
Рис. 7. Мгновенные значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности, полученные при моделировании при работе ДСП-120 без СТК
Display FFT window Selected signal: 320.6 cycles. FFT window (in red) — 69 cycles
— FFT analysis-
0. 1
0. 08
0. 06
0. 04
0. 02
0
Fundamental (50Hz) = 1. 321 e+005, THD= 0. 76%
Util
40 50 60
Freauencv (Hz'-!
Рис. 8. Плотность гармонического распределения напряжения (нижняя чать графика), полученная при моделировании при работе ДСП-120 без СТК
Рис. 9. Мгновенные действующие значения напряжения прямой последовательности, полученные при моделировании при работе
ДСП-120 со СТК-65Мвар
Рис. 10. Мгновенные значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности, полученные при моделировании при работе ДСП-120 со СТК-65Мвар
Display FFT window Selected signal 15B.1 cycles FFT window (in red) B9 cycles
О 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Time (s)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Frequency (Hz)
Рис. 11. Плотность гармонического распределения напряжения (нижняя часть графика), полученная при модлироеании при работе
ДСП-120 со СТК-65Мвар
Как видно из рис. 6−11 СТК улучшает ПКЭ. При подключении
СТК:
— напряжение повышается за счет компенсации реактивной мощности, потребляемой ДСП в процессе плавки (рис. 6, 9) —
— уменьшаются амплитуды колебаний напряжения (рис. 6, 9) —
— уменьшается коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности (рис. 7−10) —
— уменьшается значение дозы фликера (рис. 8, 11). Наибольшее значение дозы фликера, кк известно, приходится на частоту напряжения 9−10Гц [3].
Библиографический список
1. Фомин А. В. «Обоснование рационаьных параметров устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий: автореф. дис… кнд. техн. наук. Тула, 2009.
2. ГОСТ 51 317.4. 15−99. Совместимость технических средств электромагнитна. Фликерметр. Технические требования и методы испытаний
3. Wanner E. Kompensationsanlagen fur die Industrie // Brown Boweri Mitteilungen. № 9/10. P. 330−340.
Fomin A. V.
Imitating model o/ a complex o/ the arc steel-smelting furnace with static the jack and measuring instruments o/ indicators o/quality o/ the electric power
The imitating model o/ a complex o/ the arc steel-smelting/urnace with static тиристорным the jack and measuring instruments on-kazatelej qualities o/ the electric power, executed in program Matlab 2008a according to GOST 13 109−97 is considered.
Получено 05. 08. 09
Fundamental (50Hz) = 1. 37 7е-Ю05. THD= 0. 15%

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой