[發明專利]一種超高功率電弧爐模型的構建方法

有效

• 申請號: 202010516489.3
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111639440B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 張逸;林才華;邵振國;劉雄飛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種超高功率電弧爐模型的構建方法，包括以下步驟：步驟S1:根據能量守恒定律，建立超高功率電弧爐的功率平衡方程式；步驟S2:根據超高功率電弧爐的功率平衡方程式，構建電弧爐的確定性電弧模型；步驟S3:采用基于不對稱非線性電阻蔡氏電路產生的低頻混沌信號對靜態電弧電壓進行調制，構建反映電弧爐負載運行隨機性的不確定性模型;步驟S4:根據電弧爐的確定性電弧模型和反映電弧爐負載運行隨機性的不確定性模型，構建得到用于低頻非平穩間諧波研究的新型交流電弧爐仿真模型。本發明能夠準確地反映實際工業用途下超高功率電弧爐的運行特性，能揭示超高功率電弧爐低頻非平穩間諧波的發射特性，體現超高功率電弧爐設備運行時對配電網穩定性的影響。

技術領域

本發明涉及超高功率電弧爐研究領域，具體涉及一種用于低頻非平穩間諧波研究的超高功率電弧爐模型的構建方法。

背景技術

隨著現代電弧冶煉和超高功率供電技術的快速發展，超高功率電弧爐在冶金行業得到了越來越廣泛的應用。超高功率電弧爐的應用雖然能縮短熔化時間，提高生產效率，降低能量損耗，節約生產成本，但該類負荷產生的非平穩間諧波和大功率沖擊對配電網電能質量的影響日趨嚴重。如某超高功率電弧爐用戶(100噸電弧爐)在生產時，不僅會導致接在同一35kV母線上的精密鑄件公司設備損壞，發電企業發電機發生定子振動、局部發熱異常等問題，還會造成所接入的110kV變電站多套保護頻繁啟動，主變在帶負載時產生嚴重的噪聲。

目前，國內外針對超高功率電弧類設備低頻非平穩間諧波發射特性所開展的研究分析還較少，國內外的一些專家學者針對用于電壓波動研究的電弧爐模型、間諧波與電壓波動相互影響機理開展了研究分析，大都從電弧的隨機性出發，基于隨機理論或者混沌理論來建立電弧爐的相關模型，然而，現有電弧爐模型基本只適用于電壓波動的研究，是否適用于超高功率電弧類設備低頻非平穩間諧波發射特性的研究還有待商議，并且現有模型難以體現電弧類設備對配電網穩定運行影響的模型，而且未揭示典型非平穩間諧波干擾源發射特性及其影響因素。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于低頻非平穩間諧波研究的超高功率電弧爐模型的構建方法，能夠準確地反映實際工業用途下超高功率電弧爐的運行特性，能揭示超高功率電弧爐低頻非平穩間諧波的發射特性，體現超高功率電弧爐設備運行時對配電網穩定性的影響。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超高功率電弧爐模型的構建方法，包括以下步驟：

步驟S1:根據能量守恒定律，建立超高功率電弧爐的功率平衡方程式；

步驟S2:根據超高功率電弧爐的功率平衡方程式，構建電弧爐的確定性電弧模型；

步驟S3:采用基于不對稱非線性電阻蔡氏電路產生的低頻混沌信號對靜態電弧電壓進行調制，構建反映電弧爐負載運行隨機性的不確定性模型；

步驟S4:根據電弧爐的確定性電弧模型和反映電弧爐負載運行隨機性的不確定性模型，構建得到用于低頻非平穩間諧波研究的新型交流電弧爐仿真模型。

進一步的，所述功率平衡方程式，具體為：

p＝p₁+p₂(1)

式中：p為電弧爐的輸入功率；p₁為電弧爐能量轉換功率；p₂為電弧爐冶煉過程中的耗散功率。

進一步的，所述步驟S2具體為：

步驟S21:電弧爐的輸入功率p與電弧電導的數學表達式為

p＝i²/g (2)

式中：i為電弧瞬時輸入電流；g為超高功率電弧爐的電弧電導；