АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ СТАБИЛИЗАЦИИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ПОМОЩЬЮ СТАТИЧЕСКОГО ТИРИСТОРНОГО КОМПЕНСАТОРА

A.A. Nikolaev; V.V. Anokhin

doi:10.14529/power190306

Authors

A.A. Nikolaev Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation
V.V. Anokhin PJSC “Magnitogorsk Iron and Steel Works”, Magnitogorsk, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.14529/power190306

Keywords:

quality of electricity, static var compensator, control modes of thyristor-controlled reactor, electric arc furnace, voltage deviation, flicker, reactive power factor

Abstract

The paper presents the key findings of studying the quality of electricity at the buses of an electric steelmaking complex as affected by a static var compensator (SVC) running a novel control algorithm designed to improve the electric performance of an electric arc furnace (EAF) by stabilizing its active power at an optimal value. Analysis of how an SVC runs this algorithm reveals a considerable degradation of voltage quality compared to experiments with conventional algorithms. For detailed evaluation of SVC effects on the quality of electricity (QE), the research team ran an SVC in active-power mode and computed the QE values characterizing slow voltage deviations, non-sinusoidality, imbalance, and fluctuation; the values were compared against those attained by the reactive power- or voltage-controlled compensator. Experimentation used the mathematical model of an existing EAF-120-SVC unit, which was developed and run in MATLAB Simulink. To enable the SVC to sustain a constant active EAF power while also keeping the QE values sufficiently high, the paper proposes a structure of additional voltage and reactive power coefficient constraints, voltage balancing, and flicker suppression.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Research on the calculation of the influence of arc furnace reactive impact loads on power system and the method of compensation / H. Yu, Y. Yue, C. Zhifei, X. Ling // 2010 Conference Proceedings IPEC. – Singapore, 2010. – P. 1052–1055. DOI:

1109/IPECON.2010.5696970

Ustariz-Farfan, A.J. Electric arc furnaces influence in power systems area / A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, S. Arias-Guzman // 2017 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. – Cincinnati, OH (USA), 2017. – P. 1–6. DOI: 10.1109/IAS.2017.8101813

Dionise, T.J. Assessing the Performance of a Static Var Compensator for an Electric Arc Furnace / T.J. Dionise // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2014. – Vol. 50, iss. 3. – P. 1619–1629. DOI: 10.1109/TIA.2013.2282762

Ненахов, А.И. Особенности построения систем управления статическими тиристорными компенсаторами / А.И. Ненахов, С.И. Гамазин, Д.С. Мологин // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2014. – № 1. – С. 36–42.

Николаев, А.А. Повышение эффективности работы электротехнического комплекса «дуговая сталеплавильная печь – статический тиристорный компенсатор»: моногр. / А.А. Николаев. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2017. – 318 с.

Kawamura, A. An Optimal Control Method Applied for the Compensation of the Fundamental VAR Fluctuations in the Arc Furnace / A. Kawamura // IEEE Transactions of Industry Applications. – 1983. – Vol. 1A-19, iss. 3. – P. 414–423. DOI: 10.1109/TIA.1983.4504217

Николаев, А.А. Сравнительный анализ режимов регулирования статического тиристорного компенсатора в системе электроснабжения дуговой сталеплавильной печи высокой мощности / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, В.В. Анохин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2016. – Т. 16, № 2. – С. 35–46. DOI: 10.14529/power160205

ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Стандартинформ, 2014. – 20 с.

О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии: Приказ Министерства энергетики РФ от 23 июня 2015 г. № 380 // Зарегистрирован в Минюсте России 22 июля 2015 г.

№ 38151.

Uz-Logoglu, E. Online Characterization of Interharmonics and Harmonics of AC Electric Arc Furnaces by Multiple Synchronous Reference Frame Analysis / E. Uz-Logoglu, O. Salor, M. Ermis //IEEE Transaction on Industry Applications. – 2016. – Vol. 52, iss. 3. – P. 2673–2683. DOI: 101109/TIA.2016.2524455

Grünbaum, R. Powerful Reactive Power Compensation of a Very Large Electric Arc Furnace / R. Grünbaum, P. Ekström, A.A. Hellström // Proceedings of the 2013 Fourth International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. – Istambul (Turkey), 2013. – P. 277–282. DOI: 10.1109/ PowerEng.2013.6635619

Николаев, А.А. Разработка математической модели электротехнического комплекса «дуговая сталеплавильная печь – статический тиристорный компенсатор» / А.А. Николаев, В.В. Анохин, П.Г. Тулупов // Электротехнические системы и комплексы. – 2016. – № 4 (33) . – С. 61–71. DOI: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-61-71

Guygui, L. Principles and applications of static, thyristor-controlled shunt compensators / L. Guygui, R.A. Otto, T.H. Putman // IEEE. Transaction on Power Apparatus and Systems. – 1978. – Vol. PAS-97, no. 5. – P. 1935–1945. DOI: 10.1109/tpas.1978.354690

Гамазин, С.И. Математическая оценка подавления фликера с помощью СТК / C.И. Гамазин, М.А. Кулага, А.И. Ненахов // Энерго- и ресурсосбережение – XXI век: сб. материалов XI междунар. науч.-практ. интернет-конф. – Орел: Изд-во ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК», 2013. – С. 60–62.

Вагин, Г.Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике / Г.Я. Вагин, А.Б. Лоскутов, А.А. Севостьянов. – М.: Издат. центр «Академия», 2010. – 244 с.

Исследование взаимосвязи показателей качества электроэнергии и надежности электроснабжения / Ю.В. Шаров, И.И. Карташёв, В.Н. Тульский, О.В. Большаков // Энергоэксперт. – 2011. – № 6. – С. 78–83.

ГОСТ Р 51317.4.15–2012. Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Функциональные и конструктивные требования. – М.: Стандартинформ, 2014. – 38 с.

Patent 6114841 United States of America, Int. Cl. G05F 1/70. Method and a device for compensation of reactive power / J-P Hasler, T. Johansson, L Angquist; Assignee Asea Brown Boveri AB (Vasteras, Sweden). – Appl. No. 08/874,035; decl. 12.06.1997; publ. 5.09.2000.

Патент № 2488204 РФ, МПК H02J 3/18. Датчик реактивной мощности резкопеременной нагрузки для управления статическим компенсатором реактивной мощности / В.В. Тропин, В.А. Кузьменко, Д.С. Мологин, О.С. Панова; заявители и патентообладатели: ЗАО «Совместное предприятие «АО Ансальдо-ВЭИ», В.В. Тропин, В.А. Кузьменко, Д.С. Мологин, О.С. Панова. – № 2012100347/07; заявл. 10.01.2012; опубл. 20.07.2013, Бюл. № 20.

Сорокин, Г.А. Фильтры нижних частот / Г.А. Сорокин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». – 2015. – Т. 15, № 1. – С. 100–107.

Wang, F. The Exact and Unique Solution for Phase-Lead and Phase-Lag Compensation / F. Wang // IEEE Transactions on Education. – 2003. – Vol. 46, no. 2. – P. 258–262. DOI: 10.1109/te.2002.808279