铁合金电炉供电品质分析及节能预测控制方法研究

【摘要】：随着冶金工业的进步,铁合金企业也得到了快速发展。然而,铁合金企业是一个高能耗用户,节能降耗是铁合金企业发展必须面对和要解决的问题。铁合金电炉的节能是一项很重要的技术,主要是节约电力,降低电能消耗。本文以吉林某铁合金厂的电炉节能控制项目为背景,提出了用静止无功补偿器补偿无功功率和混合滤波器治理谐波的铁合金电炉综合节能控制方法。 本文首先介绍了铁合金电炉的工作原理及特点,分析了铁合金电炉的功率因数低和谐波污染的两个供电品质问题对铁合金电炉生产的影响。分析得知,电炉的功率因数较低和谐波污染成为铁合金电炉能耗高的主要因素,所以电炉节能的关键在于无功补偿和谐波污染的治理。无功补偿和谐波治理之前,需要准确地检测出电炉供电系统中存在的谐波与无功电流,本文在ip-iq谐波检测法基础上,采用了更适用于铁合金电炉不对称负载的谐波和无功电流检测方法。 接着,介绍了电炉无功补偿和谐波治理的方法。电炉的无功补偿采用了TCR静止无功补偿器与FC并联电容器相结合的方法,克服了并联电容器固定补偿的缺点,TCR+FC型静止无功补偿装置对电炉的无功补偿具有更好的适用性和实用性；电炉的谐波治理方法采用了有源滤波器与无源滤波器相结合的混合型滤波器,混合型滤波器克服了有源滤波器费用高与无源滤波器动态性能差的缺点,更适用于电炉的谐波治理。 然后,采用无功补偿和谐波治理的方法综合设计了电炉的节能控制系统。分别进行了电炉无功补偿系统和滤波器系统的设计,包括相关参数、控制系统、结构原理图、硬件的设计；设计中考虑了滤波器对无功补偿系统自身产生的谐波的吸收。最后使用MATLAB软件进行节能控制方案仿真,仿真结果证实了该节能预测控制方案的正确性和有效性,为其应用于铁合金电炉供电系统实现节能控制提供了理论依据。 【关键词】：电炉 谐波检测 静止无功补偿 谐波抑制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM924;TM714.3
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 论文选题的背景8-9
• 1.2 铁合金电炉的国内外现状9-11
• 1.3 本文的研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 铁合金电炉供电品质的分析13-21
• 2.1 铁合金电炉的工作原理及特点13-14
• 2.1.1 电炉的原理及结构13
• 2.1.2 电炉的工作特点13-14
• 2.2 铁合金矿热电炉的功率分析14-17
• 2.3 铁合金矿热电炉的谐波污染与危害17-20
• 2.3.1 谐波的概念17-18
• 2.3.2 供电系统谐波电流产生的原因18
• 2.3.3 矿热电炉的谐波与危害18-19
• 2.3.4 我国公用供电网谐波的规定19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 无功电流和谐波电流的检测方法21-32
• 3.1 基于功率不变条件下的坐标变换基础21-23
• 3.2 基于瞬时无功功率的p-q检测法23-24
• 3.3 基于瞬时无功功率的i_p-i_q检测法24-27
• 3.3.1 i_p-i_q检测法24-25
• 3.3.2 改进的i_p-i_q检测方法25-27
• 3.4 改进的i_p-i_q检测方法的MATLAB仿真27-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 静止无功功率补偿器32-39
• 4.1 TCR的基本工作原理32-35
• 4.1.1 TCR的结构32-33
• 4.1.2 TCR的补偿原理33-35
• 4.2 TCR的连接方式35-36
• 4.3 TCR与并联电容器的配合使用36-37
• 4.4 TCR的控制系统37-38
• 4.5 本章小结38-39
• 第五章 谐波的治理方法39-48
• 5.1 无源滤波器39-42
• 5.1.1 单调谐滤波器39-40
• 5.1.2 双调谐滤波器40
• 5.1.3 高通滤波器40-42
• 5.2 有源电力滤波器42-46
• 5.2.1 有源电力滤波器的主电路形式42-43
• 5.2.2 有源电力滤波器的常用形式43-44
• 5.2.3 有源电力滤波器的电流检测44-45
• 5.2.4 有源电力滤波器的控制方法45-46
• 5.3 铁合金电炉的谐波治理46-47
• 5.4 本章小结47-48
• 第六章 节能预测控制系统的设计与实验48-64
• 6.1 电炉无功补偿系统的设计48-52
• 6.1.1 系统无功补偿容量的确定48-49
• 6.1.2 TCR电抗器参数的确定49-50
• 6.1.3 FC每相电容器的电容值50
• 6.1.4 TCR+FC控制系统50-52
• 6.1.5 电炉TCR+FC无功补偿的结构图52
• 6.2 电炉滤波器系统的设计52-57
• 6.2.1 滤波器的设计原则和设计步骤52-53
• 6.2.2 无功功率的确定和分配53
• 6.2.3 无源滤波器参数的设计53-55
• 6.2.4 有源滤波器的硬件设计55-56
• 6.2.5 电炉混合滤波器的结构图56-57
• 6.3 电炉节能预测控制的整体结构图57
• 6.4 系统的硬件设计57-59
• 6.4.1 数据处理模块57-58
• 6.4.2 模拟量输入模块58
• 6.4.3 A/D转换模块58
• 6.4.4 锁相模块58-59
• 6.5 仿真实验59-63
• 6.5.1 TCR模块59
• 6.5.2 有源滤波器模块59-61
• 6.5.3 节能控制整体仿真61-63
• 6.6 本章小结63-64
• 结论64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间研究成果69-70

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