Серия «Энергетика»

В настоящее время большое количество металлургических заводов в России и за рубежом имеют в своем составе электросталеплавильные комплексы на базе дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и установок ковш-печь (УКП). Данные агрегаты являются мощными электроприемниками с нелинейной вольтамперной характеристикой и резкопеременным, несимметричным характером изменения нагрузки, поэтому при работе печи наблюдаются нарушения показателей качества электрической энергии и повышение коэффициента реактивной мощности на границе балансовой принадлежности предприятия и внешней питающей сети. Для улучшения показателей качества электрической энергии и обеспечения стабилизации напряжения в точке подключения печного трансформатора электродуговой печи дополнительно применяют устройства компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день более 85 % от общего количества компенсирующих устройств для ДСП и УКП используют статический тиристорный компенсатор (СТК), состоящий из тиристорно-реакторной группы и фильтров высших гармоник. Анализ номинальных параметров СТК различных фирм-производителей показал отсутствие универсальной методики выбора параметров фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ) компенсаторов. В связи с этим актуальной задачей является разработка комплексного подхода определения оптимальной конфигурации фильтров высших гармоник при их известной суммарной мощности. Цель работы – разработка усовершенствованной методики выбора параметров ФКЦ СТК электродуговой печи, учитывающей различные критерии оптимальности, такие как стоимость ФКЦ, потери активной мощности в фильтрах высших гармоник, коэффициент фильтрации, суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения. Используемые методы: для проведения исследований использовались экспериментальные массивы электрических параметров, полученные на действующих электротехнических комплексах «ДСП-СТК», а также известные методы математического моделирования электродуговых печей и СТК. Новизна: разработанная методика расчета параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК отличается от известных тем, что распределение мощности между фильтрами высших гармоник осуществляется с использованием группы критериев оптимальности, что позволяет достичь наилучших технико-экономических параметров ФКЦ с учетом особенностей конкретного электросталеплавильного агрегата и его системы электроснабжения. Данная методика обладает повышенной точностью анализа электрических режимов ФКЦ за счет возможности использования реальных токов электродуговых печей разного класса и мощности. Полученные результаты: 1) выполнен анализ параметров действующих СТК различных фирм-произ­водителей; 2) проанализированы существующие методики распределения мощности между фильтрами; 3) разработана усовершенствованная математическая модель комплекса «ДСП-СТК», позволяющая проводить детальные исследования режимов работы ФКЦ СТК с учетом реального гармонического состава токов ДСП; 4) на основании математической модели установлены закономерности изменения коэффициента фильтрации ФКЦ при различных вариантах распределения суммарной мощности между фильтрами; 5) разработана усовершенствованная методика расчета параметров ФКЦ СТК, обеспечивающая оптимальное распределение мощности между фильтрами высших гармоник с учетом совокупности различных критериев оптимальности. Практическая ценность: полученные результаты исследований имеют большую практическую значимость при проектировании и расчете параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК, функционирующих в системах электроснабжения электросталеплавильных комплексов.

Nikolaev A.A., Kornilov G.P., Yakimov I.A. [Study of Operating Modes of Electric arc Furnaces Together with Static var Compensators. Part 1]. Elektrometallurgiya [Electrometallurgy], 2014, no. 5, рр. 15–22. (in Russ.)

Nikolaev A.A. Povyshenie effektivnosti raboty elektrotehnicheskogo kompleksa “dugovaya staleplavil'naya pech' – staticheskiy tiristornyy kompensator”: monografiya [Improving the Efficiency of Work of Electrotechnical Complex “Electric arc Furnace – Static Var Compensator”: Monograph]. Magnitogorsk, No-sov Magnitogorsk State Technical University Publ., 2017. 318 p.

Nikolaev A.A. Povyshenie effektivnosti raboty dugovykh staleplavil'nykh pecheyi ustanovok kovsh-pech' za schet primeneniya usovershenstvovannykh algoritmov upravleniya elektricheskimi rezhimami: monografiya

[Improving the Efficiency of Work of Electric Arc Furnaces and Ladle Furnaces by Using of More Effective Methods of Electrical Regimes’ Control: Monograph]. Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical Uni-versity Publ., 2015. 161 р.

Nikolayev A.A., Russo Zh.Zh., Stsymansky V., Tulupov P.G. [An Experimental Study of Electric Arc Cur-rent Harmonics in Electric Arc Furnaces with Different Power Characteristics]. Vestnik Magnitogorskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical Universi-ty], 2016, no. 3, рр. 106–120. (in Russ.)

Hingorani N.G., Gyugyi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. IEEE Press Book, 2000. 429 p.

Kashani M.G., Babaei S., Bhattacharya S. SVC and STATCOM Application in Electric Arc Furnace Effi-ciency Improvement. Proceedings of the 4th IEEE International Symposium “Power Electronics for Distributed Generation Systems” (PEDG). Rogers, AR, USA, 2013, pp. 1–7. DOI: 10.1109/PEDG. 2013.6785641

Morello S., Dionise T.J., Mank T.L. Installation, Startup and Performance of a Static Var Compensator for an Electric Arc Furnace Upgrade. Proceedings of the Industry Applications Society Annual Meeting. Addison, TX, USA. IEEE, 2015, рp. 1–9. DOI: 10.1109/IAS.2015.7356881

Kochkin V.I., Nechaev O.P. Primenenie staticheskikh kompensatorov reaktivnoy moshhnosti v elektrich-eskikh setyakh energosistem i predpriyatiy [Implementation of Static Var Compensators in Electrical Grids of Electrical Power Systems and Industrial Enterprises]. Moscow, SC ENAS Publ., 2002. 247 p.

Gibo N., Yukihira K., Deno K., Nagasaka Y. Reduction of SVC Capacity by Flicker Control Using Parallel Band-Pass Filters. Proceedings of the 14th International Conference “Harmonics and Quality of Power” (ICHQP). Bergamo. Italy, 2010, pp. 1–6. DOI: 10.1109/ICHQP.2010.5625333

Gildong K., Lee H. Optimal Capacity of SVC to Compensate Flicker induced by Electric Arc Furnace. Proceedings of the International Conference “Information and Multimedia Technology”. Jeju Island, South Ko-rea, 2009, pp. 43–46. DOI: 10.1109/ICIMT.2009.36

Zhu X.H., Chen H.K., Hu P., Chen R.N. Reactive Compensation for AC Electric Arc Furnace Considering Power Quality Constraints. Proceedings of the 17th International Conference “Harmonics and Quality of Power” (ICHQP). Belo Horizonte. Brazil, 2016, pp. 919–924. DOI: 10.1109/ICHQP.2016.7783453

Fomin A.V. [The Analysis of Methods of Power Justification of Static Var Compensator for Electric Arc Furnaces]. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. [Izvestiya of the Tula State University. Technical Sciences], 2010, iss. 4, part. 2, pp. 35–46. (in Russ.)

Tropin V.V. Analiz i sintez bystrodeystvuyushchikh sistem kompensatsii reaktivnoy moshchnosti v el-ektricheskikh setyakh s rezkoperemennymi nagruzkami metodom chastotnykh kharakteristik. Diss. dokt. tekhn. nauk [Analysis and Synthesis of Fast-Acting Reactive Power Compensation Systems. Doct. Sci. Diss.], Krasnodar, 1998. 523 p.

Fomin A.V. Obosnovanie racional'nykh parametrov ustroystv poperechnoy kompensatsii el-ektrotekhnicheskikh sistem elektrotekhnologij. Diss. kand. tekhn. nauk. [The Justification of Rational Parameters of Shunt Compensating Devices for Electrotechnical Systems. Cand. Sci. Diss.]. Tula, 2009. 161 p.

Abdel-Rahman M.H., Youssef F.M., Saber A.A. New Static Var Compensator Control Strategy and Co-ordination with Under-Load Tap Changer. IEEE Transaction on Power Delivery, 2006, vol. 21, no. 3,

pp. 1630–1635. DOI: 10.1109/TPWRD.2005.858814

Son K.M., Moon K.S., Lee S.K., Park J.K. Coordination of an SVC with a ULTC Reserving Compensation Margin for Emergency Control. IEEE Transaction on Power Delivery, 2000, vol. 15, no. 4. pp. 1193–1198. DOI: 10.1109/61.891502

Nikolayev A.A., Polozyuk P.Yu., Pelagein T.E, Kornilov G.P. [Power Choosing of Static Var Compensa-tors for Ultra High-Power Electric Arc Furnaces]. Elektrotekhnicheskiye sistemy i kompleksy [Electrotechnical Sys-tems and Complexes], 2011, vol. 19, pp. 80–84. (in Russ.)

Nikolayev A.A., Kornilov G.P., Zaytsev A.S., Skakun S.V., Urmanova F.F. [The Justification of Choosing of Power of Filtering and Compensation Device for Electric Arc Furnace]. Glavnyy energetik [Chief Electrician], 2015, no. 8, pp. 49–56. (in Russ.)