基于三相平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶煉用礦熱爐的二次低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三相 平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦熱爐是一種耗電量巨大的工業(yè)電爐，主要由電源、變壓器（爐變）、短網(wǎng)、爐膛及 其他各種電器設(shè)備組成。一般礦熱爐的功率達(dá)幾千千伏安，甚至達(dá)幾萬(wàn)千伏安。由于礦熱爐 是一個(gè)感性負(fù)載，它在工作時(shí)會(huì)消耗很大部分的無(wú)功功率。礦熱爐的系統(tǒng)電抗的70%是由 短網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的，而短網(wǎng)是一個(gè)大電流工作的系統(tǒng)，最大電流可以達(dá)到上萬(wàn)安培，因此短網(wǎng) 的性能決定了礦熱爐的性能。由于這個(gè)原因，礦熱爐的自然功率因數(shù)很難達(dá)到0.85以上， 絕大數(shù)的爐子的自然功率因數(shù)都在〇. 7-0. 8之間，較低的功率因數(shù)不僅使變壓器的效率下 降，消耗大量的無(wú)功，而且還會(huì)被電力部門加收額外的電力罰款。同時(shí)由于三相短網(wǎng)布置不 對(duì)稱和電極的人工控制以及堆料的工藝，導(dǎo)致三相間的電力不平衡加大，最高不平衡度可 以達(dá)到20%以上。傳統(tǒng)的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)往往單一注重功率因數(shù)的補(bǔ)償效果，而忽視 了三相不平衡度的補(bǔ)償，因此并沒有很好解決整個(gè)供電系統(tǒng)諧波含量大、三相功率不平衡 等電能質(zhì)量問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于三相平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法，該方法能很好 的解決礦熱爐系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中二次側(cè)三相電流不平衡的問(wèn)題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開的一種基于三相平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法， 其特征在于，它包括如下步驟：
[0005] 步驟1:利用對(duì)稱分量法，將礦熱爐電極端負(fù)荷分作正序負(fù)荷和負(fù)序負(fù)荷兩個(gè)部 分，相應(yīng)的礦熱爐電極端負(fù)荷三相導(dǎo)納也分為兩個(gè)部分，一部分三相導(dǎo)納是平衡的，在正序 對(duì)稱電壓下僅產(chǎn)生三相正序電流；另一部分三相導(dǎo)納是不平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn) 生三相負(fù)序電流；
[0006] 其中：三相正序電流ial、ibl、U由如下公式⑴求出；
[0007]
[0008] 三相負(fù)序電流ia2、ib2、ic2由如下公式（2)求出；
[0009]
[0010] 公式⑴中I1A礦熱爐電極端負(fù)荷三相正序電流有效值，為礦熱爐電極端負(fù) 荷三相正序電流相位，CO為正序?qū)ΨQ電壓角頻率；公式（2)中I2f為礦熱爐電極端負(fù)荷三相 負(fù)序電流有效值，為礦熱爐電極端負(fù)荷三相負(fù)序電流相位，《為正序?qū)ΨQ電壓角頻率， JT為圓周率；
[0011] 步驟2)將礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償裝置分作正序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)兩部分，正序 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三相電納是平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生正序電流，用來(lái)提供礦熱爐電極 端負(fù)荷所需的正序電流；負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三相電納是不平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生 負(fù)序電流，用來(lái)抵消不平衡礦熱爐電極端負(fù)荷引起的負(fù)序電流；
[0012] 步驟3)利用如下常規(guī)的負(fù)荷正、負(fù)序無(wú)功綜合補(bǔ)償算法計(jì)算得出可綜合補(bǔ)償負(fù) 荷正序無(wú)功和負(fù)序無(wú)功分量的補(bǔ)償容量：
[0014] 其中：
[0015] qlf為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的無(wú)功 功率；
[0016] P2f為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的有功 功率；
[0017] q2f為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的無(wú)功 功率；
[0018] Piel為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中AB相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0019] 試^為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中BC相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0020] Ct為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中CA相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0021] 步驟4)利用如下的負(fù)荷正序和負(fù)序有功、無(wú)功功率算法計(jì)算得到礦熱爐系統(tǒng)三 相主電路電壓基波正序分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的有功功率Pif、礦熱爐系統(tǒng)三相主電 路電壓基波正序分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的無(wú)功功率qlf，以及礦熱爐系統(tǒng)三相主電路 電壓基波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的有功功率P2f、礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基 波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的無(wú)功功率q2f:
[0022]
[0024] 其中，q>i:f為礦熱爐電極端負(fù)荷三相正序電流相位，q>2f為礦熱爐電極端負(fù)荷三 相負(fù)序電流相位，Ulf為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量，Ilf為礦熱爐電極端負(fù)荷 三相正序電流有效值；'為礦熱爐電極端負(fù)荷三相負(fù)序電流有效值；
[0025] 步驟5)最后將步驟4)的公式4和公式5計(jì)算所得礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基 波正序分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的有功功率Plf、礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序 分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的無(wú)功功率qif，以及礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分 量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的有功功率P2f、礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電 流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的無(wú)功功率q2f代入到步驟3)的常規(guī)的負(fù)荷正、負(fù)序無(wú)功綜合補(bǔ)償算 法，即公式3中，最終得到公式6,通過(guò)如下公式6能得到礦熱爐系統(tǒng)主電路各相所需的無(wú) 功補(bǔ)償量：
[0026]
[0027] 其中：
[0028] Ulf為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量；
[0029] 11￡為礦熱爐電極端負(fù)荷三相正序電流有效值；
[0030] '為礦熱爐電極端負(fù)荷三相負(fù)序電流有效值；
[0031] 9If為礦熱爐電極端負(fù)荷三相正序電流相位；
[0032] 92f為礦熱爐電極端負(fù)荷三相負(fù)序電流相位；
[0033] 為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中AB相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0034] 您1為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中BC相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0035] g?為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中CA相所需的無(wú)功補(bǔ)償量。
[0036] 本發(fā)明的有益效果：
[0037] 傳統(tǒng)的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法是三相同等補(bǔ)償，沒有考慮礦熱爐負(fù)荷的三相不平衡 特性，一方面三相同等補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)比較容易，另一方面，電力部門只考核系統(tǒng)高壓側(cè)的功率因 數(shù)是否達(dá)標(biāo)來(lái)決定是否罰款，而并不考核系統(tǒng)本身的三相不平衡度指標(biāo)。而對(duì)于礦熱爐生 產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，三相不平衡度指標(biāo)和功率因數(shù)指標(biāo)是同等重要的。本發(fā)明設(shè)計(jì)的上述基于三 相平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法是基于對(duì)稱分量法的補(bǔ)償方法，它將負(fù)荷分為平衡負(fù)荷和不 平衡負(fù)荷分別進(jìn)行補(bǔ)償，第一步先補(bǔ)償負(fù)序電流，將三相功率補(bǔ)償平衡，再在此基礎(chǔ)上，將 三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)侥繕?biāo)值，因此在提高礦熱爐系統(tǒng)功率因數(shù)的同時(shí)，很好的解決了礦熱 爐系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中二次側(cè)三相電流不平衡的問(wèn)題，改善了整個(gè)系統(tǒng)的電能質(zhì)量，對(duì)于提高 電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性以及節(jié)能降耗都具有重要的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0039] 本發(fā)明的基于三相平衡的礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償方法，包括如下步驟：
[0040] 步驟1 :利用對(duì)稱分量法，將礦熱爐電極端負(fù)荷（礦熱爐系統(tǒng)共有三個(gè)部分，變壓 器、短網(wǎng)和電極，變壓器可以算電源系統(tǒng)，短網(wǎng)是傳輸系統(tǒng)，電極是負(fù)荷）分作正序負(fù)荷和 負(fù)序負(fù)荷兩個(gè)部分，相應(yīng)的礦熱爐電極端負(fù)荷三相導(dǎo)納也分為兩個(gè)部分，一部分三相導(dǎo)納 是平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生三相正序電流；另一部分三相導(dǎo)納是不平衡的，在正序 對(duì)稱電壓下僅產(chǎn)生三相負(fù)序電流；
[0041] 其中：三相正序電流ial、ibl、U由如下公式⑴求出；
[0045] 公式⑴中I1A礦熱爐電極端負(fù)荷三相正序電流有效值，:(Plf為礦熱爐電極端負(fù) 荷三相正序電流相位，co為正序?qū)ΨQ電壓角頻率；公式（2)中I2f為礦熱爐電極端負(fù)荷三相 負(fù)序電流有效值，為礦熱爐電極端負(fù)荷三相負(fù)序電流相位，co為正序?qū)ΨQ電壓角頻率， JT為圓周率；
[0046] 步驟2)將礦熱爐無(wú)功補(bǔ)償裝置分作正序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)兩部分，正序 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三相電納是平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生正序電流，用來(lái)提供礦熱爐電極 端負(fù)荷所需的正序電流；負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三相電納是不平衡的，在正序?qū)ΨQ電壓下僅產(chǎn)生 負(fù)序電流，用來(lái)抵消不平衡礦熱爐電極端負(fù)荷引起的負(fù)序電流，稱作負(fù)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；
[0047] 步驟3)利用如下常規(guī)的負(fù)荷正、負(fù)序無(wú)功綜合補(bǔ)償算法計(jì)算得出可綜合補(bǔ)償負(fù) 荷正序無(wú)功和負(fù)序無(wú)功分量的補(bǔ)償容量：
[0049] 其中：
[0050] qlf為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波正序分量產(chǎn)生的無(wú)功 功率；
[0051] P2f為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的有功 功率；
[0052] q2f為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路電壓基波正序分量與電流基波負(fù)序分量產(chǎn)生的無(wú)功 功率；
[0053] 為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中AB(第一相和第二相）相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0054] Ct1為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中BC(第二相和第三相）相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0055] It1為礦熱爐系統(tǒng)三相主電路中CA(第三相和第一相）相所需的無(wú)功補(bǔ)償量；
[0056] 步驟4)利用如下的負(fù)荷正序和負(fù)序