一种超高功率电弧炉模型的构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111639440A(43)申请公布日2020.09.08(21)申请号202010516489.3(22)申请日2020.06.09(71)申请人福州大学地址350108福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学(72)发明人张逸林才华邵振国刘雄飞(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人陈明鑫蔡学俊(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种超高功率电弧炉模型的构建方法(57)摘要本发明涉及一种超高功率电弧炉模型的构建方法，包括以下步骤：步骤S1:根据能量守恒定律，建立超高功率电弧炉的功率平衡方程式；步骤S2:根据超高功率电弧炉的功率平衡方程式，构建电弧炉的确定性电弧模型；步骤S3:采用基于不对称非线性电阻蔡氏电路产生的低频混沌信号对静态电弧电压进行调制，构建反映电弧炉负载运行随机性的不确定性模型;步骤S4:根据电弧炉的确定性电弧模型和反映电弧炉负载运行随机性的不确定性模型，构建得到用于低频非平稳间谐波研究的新型交流电弧炉仿真模型。本发明能够准确地反映实际工业用途下超高功率电弧炉的运行特性，能揭示超高功率电弧炉低频非平稳间谐波的发射特性，体现超高功率电弧炉设备运行时对配电网稳定性的影响。CN111639440ACN111639440A权利要求书1/2页1.一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:根据能量守恒定律，建立超高功率电弧炉的功率平衡方程式；步骤S2:根据超高功率电弧炉的功率平衡方程式，构建电弧炉的确定性电弧模型；步骤S3:采用基于不对称非线性电阻蔡氏电路产生的低频混沌信号对静态电弧电压进行调制，构建反映电弧炉负载运行随机性的不确定性模型；步骤S4:根据电弧炉的确定性电弧模型和反映电弧炉负载运行随机性的不确定性模型，构建得到用于低频非平稳间谐波研究的新型交流电弧炉仿真模型。2.根据权利要求1所述的一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，所述功率平衡方程式，具体为：p＝p1+p2(1)式中：p为电弧炉的输入功率；p1为电弧炉能量转换功率；p2为电弧炉冶炼过程中的耗散功率。3.根据权利要求1所述的一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：步骤S21:电弧炉的输入功率p与电弧电导的数学表达式为p＝i2/g(2)式中：i为电弧瞬时输入电流；g为超高功率电弧炉的电弧电导；p1为超高功率电弧炉能量转换功率，其大小与电弧积累能量有关，即p1＝dQ/dt(3)式中：Q为电弧弧柱中所积累的能量；t为时间；步骤S22:由萨哈方程式推导可得βdQ＝k2gdg(4)p2表示超高功率电弧炉对外的耗散功率，其大小与电弧电导有关，即αp2＝k1g(5)式中：k1、α为定系数，其大小与电弧炉种类有关。步骤S23:将式(4)-(7)代入式(3)，整理可得微分方程描述的确定性电弧模型为式中：k1、k2、m和n为待确定参数，n＝α-β，m＝β-1。4.根据权利要求3所述的一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，所述待确定参数k1、k2、m、n和η，通过最小二乘法、遗传算法或粒子群算法，以实测电流数据为输入，电弧炉仿真电压为输出，将仿真电压与实测电压进行对比来确定。5.根据权利要求1所述的一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：采用基于不对称非线性电阻蔡氏电路产生的低频混沌信号vchoat对静态电弧电压u进行调制，即2CN111639440A权利要求书2/2页式中：uarc为电弧电压仿真计算值；η为混沌信号电压与电弧静态电压之间的比例系数；vchoat为不对称非线性蔡氏电路的输出电压。6.根据权利要求1所述的一种超高功率电弧炉模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S4在Matlab/Simulink环境下，建立用于低频非平稳间谐波研究的新型交流电弧炉仿真模型。3CN111639440A说明书1/4页一种超高功率电弧炉模型的构建方法技术领域[0001]本发明涉及超高功率电弧炉研究领域，具体涉及一种用于低频非平稳间谐波研究的超高功率电弧炉模型的构建方法。背景技术[0002]随着现代电弧冶炼和超高功率供电技术的快速发展，超高功率电弧炉在冶金行业得到了越来越广泛的应用。超高功率电弧炉的应用虽然能缩短熔化时间，提高生产效率，降低能量损耗，节约生产成本，但该类负荷产生的非平稳间谐波和大功率冲击对配电网电能质量的影响日趋严重。如某超高功率电弧炉用户(100吨电弧炉)在生产时，不仅会导致接在同一35kV母线上的精密铸件公司设备损坏，发电企业发电机发生定子振动、局部发热异常等问题，还会造成所接入的110kV变电站