[发明专利]一种电弧炉建模和谐波分析方法及系统

说明书

本发明提供了电弧炉建模和谐波分析方法及系统。其中，电弧炉建模方法包括：对电弧炉冶炼过程各个阶段的实测电压和电流数据设置合理的采样时间，分别进行采样，得到电压和电流的波形与各次谐波向量值，获取电弧电压、电弧的实际分布；建立电弧电阻的非线性时变电阻模型，也即静态模型；基于粒子群算法，对电弧炉非线性时变电阻模型中的参数进行辨识，计算出电弧等效电阻模型的参数；由于弧长的快速不规则变化是电弧炉电压、电流畸变的主要因素，依据调制原理，将随机信号、高斯噪声信号及混沌信号等三种小信号与电弧弧长静态模型叠加，调整各个信号的调制参数，推导出可反应电弧炉冶炼外特性的仿真模型。

技术领域

本发明涉及电气控制领域，更具体地，涉及电弧炉建模和谐波分析方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成现有技术。

交流电弧炉是现代钢铁企业的重要设备之一，经济效益突出，在金属冶炼行业中广泛存在。在电弧炉冶炼过程中，受其自身的运行特性,导致运行过程中电弧电流变化很不规则，电网中三相电流畸变严重且出现明显的三相不平衡现象，电弧短路、短路频繁发生，引起电流冲击，产生大量的谐波电流，有功功率和无功功率剧烈变化，对电力系统安全稳定运行产生负面影响。随着电弧炉容量和数量的不断增加，电弧炉已成为常见的谐波源，导致电网电能质量恶化，影响设备的工作效率，使设备损耗增大，因此电弧炉的精确建模对谐波分析评估及谐波电流抑制具有重要意义。

目前关于电弧炉谐波建模已有所研究，常见方法可归纳为将可控电源模型和负载模型两大类，前者是将电弧炉用一个波形与电弧电压相同的电压源替代，后者致力于研究电弧炉负载的外部阻抗特性，在欧姆定律和能量平衡方程等理论的基础上求推导到处出电弧电阻解析表达式。发明人发现，工业中应用的电弧炉类型较多且吨数各异，较难精准确定其仿真模型的参数；并且，现有模型难以精确反映电弧炉冶炼中表现出的时变性、混沌性和随机性等外特性。交流电弧炉是现代钢铁企业的重要设备之一，广泛存在于金属冶炼行业中，电弧炉作为一种重要的非线性谐波源，冶炼过程中会向电网注入大量非平稳随机性谐波，导致电网电压畸变加剧，引发电压闪变等电能质量问题，不仅威胁到电力系统的安全稳定运行，也给用户带来了不可估量的经济损失。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供一种电弧炉建模方法，其建立了可以考虑电弧弧长的快速不规则变化对电弧电压、电流畸变的影响，通过实测数据进行电弧炉模型参数辨识的模型，提高了仿真模型的精确性，提出了通用性较强的模型确定方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电弧炉建模和谐波分析方法，包括如下步骤：

S1：对电弧炉冶炼过程各个阶段的电压和电流数据设置采样时间，分别进行采样，得到电压和电流的波形与各次谐波向量值，获取电弧电压、电流的实际分布；

S2：建立电弧电阻的非线性时变电阻模型；

S3：基于粒子群算法，对电弧炉非线性时变电阻模型中的参数进行辨识，计算电弧炉非线性时变电阻模型中的模型参数，得出电弧时变电阻表达式，拟合出该电弧炉冶炼过程中的电弧等效电阻的变化曲线；

S4：将随机信号、高斯噪声信号及混沌信号等三种小信号与电弧弧长静态模型叠加，调整各个信号的调制参数，得到经调制的弧长随机波动模型；

S5：根据以上步骤，建立基于PSO算法与弧长调制的电弧炉模型；

S6：计算电弧炉冶炼过程中的各次谐波电压、电流值，进行谐波分析。

为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种电弧炉谐波建模系统，包括：

数据获取模块，其用于对电弧炉冶炼过程各个阶段的实测电压和电流数据进行采样，进而分别进行傅里叶分析，得到电压和电流的波形分布和各次谐波向量值；