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矿热炉三相不平衡的对称分量分析方法研究

作　者: 曹玺
导　师: 贾文超
学　校: 长春工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 矿热炉电流检测对称分量法 i_p-i_q法电流互感器补偿
分类号: TM933.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

矿热炉是从矿石中提取有用元素的电炉。在铁合金的冶炼生产过程中,电弧电阻的强非线性和随机性使得矿热炉的工作情况不稳定,短网电流会发生许多复杂的变化,产生大量谐波、负序电流,造成功率因数下降。传统的对称分量法在分析电力系统故障方面起到了很大作用,但对于矿热炉这种强非线性设备,单纯应用对称分量法分析短网电流三相不平衡状态难以实现。本文对比分析了一些当前冶金、电力系统中常用的三相电流检测方法,其中基于瞬时无功功率不变原理的ip-iq法算法简单、可靠性强,将其结合对称分量法,作为矿热炉短网谐波、无功和负序电流准确检测的新方法。从2007年开始,课题组成员依托国家科技支撑项目“铁合金电炉综合节能控制技术应用研究”,开展了各方面的研究工作,其中对电炉短网谐波、无功和负序电流的检测是短网无功补偿设计的重要组成部分,本文就是在这样的背景下选题并进行研究的。针对本文的主要研究内容,进行以下几个方面的研究工作：首先,简要介绍矿热炉系统的组成,三相功率不平衡的影响,以及一些专家对矿热炉电极系统参数、模型的求解方法,目的是让读者对矿热炉系统有一定的初步了解。其次,对现有的三相不平衡电流检测算法进行对比分析,说明各种检测算法的优缺点。对其中适合于矿热炉短网电流检测的离散傅立叶法和基于瞬时无功功率不变原理的ip-iq法进行重点论述和仿真研究。通过仿真试验得到以下结论：(1)上述两种方法均能够对矿热炉短网谐波、无功和负序电流进行检测。(2)ip-iq法需要进行3-2和2-3的坐标变换,计算量适中,延时小。离散傅立叶法计算量大,占用大量工控机资源,延时大。(3)ip-iq法容易与对称分量法结合,共同分析不平衡电流问题。然后,设计波动滤除环节,解决短网电流存在的电流幅值波动问题。波动滤除环节以数字带通滤波器为核心,在不过多增加工控机的计算量的前提下,最大程度的提高电流检测的精度。最后,应用匝数补偿法和相似补偿法,对短网电流检测用互感器进行精度补偿,使铁合金厂现行使用的电流互感器精度从0.5级提高到0.2级,进一步提高了检测数据的精度。本文上述的各部分工作既相互独立又相互联系,核心是对短网谐波、无功和负序电流的准确检测。Matlab仿真结果表明,结合对称分量法和ip-iq法优点的不平衡检测算法精度高、可靠性强。满足对矿热炉短网谐波、无功和负序电流检测的要求。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-10
  1.1 本文的研究背景  7
  1.2 本文的研究内容  7-8
  1.3 本文的研究意义  8
  1.4 国内外研究现状  8-10
    1.4.1 谐波监测系统的发展现状  8-9
    1.4.2 谐波和基波无功的检测方法现状  9-10
第二章矿热炉电气系统分析  10-22
  2.1 矿热炉系统组成  10-11
  2.2 矿热炉的三相功率不平衡现象  11-14
    2.2.1 各相电极功率不平衡对冶炼操作的影响  11
    2.2.2 影响电炉功率平衡的因素  11-14
  2.3 矿热炉的参数和模型  14-20
    2.3.1 炉内电流回路解析  14-15
    2.3.2 反应区模型  15-16
    2.3.3 电炉功率分布模型  16-17
    2.3.4 埋弧电炉参数的数学模型  17-20
  2.4 本章小结  20-22
第三章现有电流检测方案的对比分析  22-34
  3.1 几种检测算法的对比分析  22-30
  3.2 不平衡电流检测方法的对比分析仿真实验  30-33
    3.2.1 滑窗迭代DFT检测方法的仿真  31-32
    3.2.2 i_p-i_q检测方法的仿真  32-33
    3.2.3 实验结果分析与总结  33
  3.3 本章小结  33-34
第四章短网三相不平衡电流检测算法的改进  34-45
  4.1 电流幅值波动问题的处理  34-39
    4.1.1 波动滤除环节的设计  35-38
    4.1.2 数字带通滤波器模型仿真实验  38-39
  4.2 对称分量法在短网不平衡状态分析中的应用  39-41
  4.3 短网电流检测方法的仿真  41-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章电流互感器精度补偿  45-53
  5.1 低压冶炼用大电流互感器的特点  45
  5.2 电流互感器补偿方法研究  45-50
    5.2.1 补偿方法的理论基础  45-46
    5.2.2 电流互感器补偿方法  46-50
  5.3 感器补偿方法的应用举例  50-52
    5.3.1 待补偿互感器的参数计算  50-51
    5.3.2 匝数补偿法效果的理论计算  51-52
    5.3.3 相似原理补偿法参数的整定  52
  5.4 本章小结  52-53
结论与展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58-63
攻读硕士学位期间研究成果  63-64

矿热炉三相不平衡的对称分量分析方法研究

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