ПОДАВЛЕНИЕ ФЛИКЕРА НА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2020 года по МПК F27B3/08 F27B3/28 H05B7/148 H02J3/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящая заявка относится в общем к электродуговым печам и более конкретно к подавлению фликера на таких печах.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Электродуговая печь является устройством, шихту в котором можно нагревать посредством электрической дуги. Электродуговые печи используют в разных отраслях в широком интервале масштабов, от нескольких десятков граммов до сотен тонн. Одной областью применения электродуговых печей является ковшовая металлургия.

[0003] В производстве стали изменения в нагрузке, испытываемые электрической сетью, которая подает электричество на электродуговую печь, приводят к явлению, называемому "фликер электрической сети". К сожалению доказано, что фликер в электрической сети вызывает неисправности в чувствительном освещении. Кроме того, доказано, что фликер электрической сети может нарушать работу других потребителей в той же электрической сети. Даже больше, чрезмерный фликер электрической сети может приводить к нарушению контракта, заключенного оператором электродуговой печи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Теперь для примера будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых показаны примеры осуществления и на которых:

[0005] Фиг. 1 - известная система, включающая электродуговую печь переменного тока с тремя электродами вместе с устройством подавления фликера в форме статического компенсатора реактивной мощности (SVC) и регулируемого реактора последовательного включения (VSR);

[0006] Фиг. 2 - система с Фиг. 1, в которой компенсатор SVC и реактор VSR дополнены системой управления;

[0007] Фиг. 3 - система управления мощностью для электродуговой печи как альтернатива системе управления с Фиг. 2;

[0008] Фиг. 4 - система управления мощностью с Фиг. 3 более детально, причем система управления мощностью включает управляющие устройства для устройств переменного реактивного сопротивления, устройство прогноза и оценки отклонения и контроллер ручной коррекции;

[0009] Фиг. 5 - примеры этапов способа прогнозирования фликера устройством прогноза и оценки отклонения;

[0010] Фиг. 6 - примеры этапов способа определения контроллером ручной коррекции поправок в рабочие электрические и технологические переменные для электродуговой печи;

[0011] Фиг. 7 - примеры этапов способа эксплуатации одного из управляющих устройств для устройств переменного реактивного сопротивления в ответ на команды корректировки, полученные от контроллера ручной коррекции; и

[0012] Фиг. 8 - график контролируемого угла зажигания против времени для устройства переменного реактивного сопротивления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0013] Обычно фликер электрической сети (или просто "фликер") может быть снижен путем установки шунтирующего оборудования для компенсации реактивной мощности. Примеры оборудования для компенсации реактивной мощности включают известный статический компенсатор реактивной мощности (SVC) или более современный преобразователь мощности на базе статического синхронного компенсатора (STATCOM). Еще одним хорошо опробованным устройством для подавления фликера является интеллектуальный прогнозный линейный контроллер (SPLC), который может быть подключен последовательно с переменной нагрузкой.

[0014] При передачи и распределении электрической мощности вольт-ампер реактивный (ВАр) является единицей, которой выражается реактивная мощность в системе электрической мощности переменного тока. Реактивная мощность существует в цепи переменного тока, когда ток и напряжение не совпадают по фазе.

[0015] Статический компенсатор реактивной мощности (SVC) состоит из параллельно подключенного банка фильтров гармоник и параллельно подключенного реактора, управляемого тиристором. Банк фильтров и реактор, управляемый тиристором, работают в согласовании, чтобы понизить фликер напряжения или поддерживать коэффициент мощности печи постоянным. Компенсатор SVC работает путем параллельного подвода емкостной или индуктивной реактивной мощности, этим поддерживая постоянное напряжение за счет поддержания полной реактивной потребляемой мощности (МВАр) печи около нуля (т.е., ни индуктивной, ни емкостной). Компенсатор SVC обычно имеет временную задержку в половину цикла из-за требований к коммутации тиристоров. Пример известного компенсатора SVC можно найти в патенте США 3,936,727.

[0016] Контроллеры дуговой печи на базе компенсатора SVC динамически подают реактивную мощность путем управляемого суммирования постоянной емкостной МВАр и переменной индуктивной МВАр. Контроллер сравнивает реактивную мощность нагрузки с заданным значением реактивной мощности, полученным из заданного значения коэффициента мощности, и динамически регулирует суммированные МВАр до заданного значения. Если в электродуговой печи часто происходят короткие замыкания и размыкания в каналах электродов печи, реактивная мощность печи изменяется от нуля до 200% номинала трансформатора печи. Компенсатор SVC обычно рассчитан на 125% - 150% номинала печи и обычно снижает фликер приблизительно на 40% - 50%. Некоторые компенсаторы SVC используют заданное значение напряжения и регулируют шунтирующий реактор так, чтобы подаваемое напряжение соответствовало заданному напряжению.

[0017] Контроллер SPLC состоит из управляемого тиристором реактора, подключенного последовательно электроду электродуговой печи. Контроллер SPLC работает как динамически управляемый последовательно подключенный реактор, который использует прогнозное программное обеспечение для стабилизации активной мощности или тока на электродуговой печи. Контроллер SPLC снижает фликер, уменьшая колебания тока дуги на системах мощности. Когда колебания тока дуги выровнены, фликер напряжения снижается. Пример контроллера SPLC можно найти в патенте США 5,991,327, выданном 23 ноября 1999 г.

[0018] На Фиг. 1 показан пример трехэлектродной электродуговой печи (ЭДП) 140 переменного тока. Трехфазная энергия подается на электродуговую печь 140 с локальной шины питания 110. Шина питания 110 подключена так, чтобы получать энергию из коммунальной системы по линии передачи через понижающий трансформатор (не показан) или, альтернативно, с местной генерирующей станции (не показана). Электродуговая печь 140 включает три электрода 142 (отдельно не показаны), при этом каждый из трех электродов 142 связан с одной из трех фаз. Дугообразующие концы электродов 142 расположены в рабочем пространстве 144 печи, чтобы, например, плавить загруженный материал, такой как металлический лом, и могут быть установлены так, чтобы их положение в рабочем пространстве 144 можно было регулировать. Электроды 142 соединены на стороне печи (вторичные обмотки) печного трансформатора 106 с отводами.

[0019] Регулируемый последовательный реактор 132 подключен последовательно между электродуговой печью 140 и шиной питания 110. Каждая из трех фаз регулируемого последовательного реактора 132 (показана только одна фаза) включает последовательное сочетание регулируемого реактора 134 и фиксированного реактора 136, которое соединяет соответствующую фазу на стороне подачи (первичные обмотки) печного трансформатора 106 с соответствующей фазой шины питания 110. В показанном варианте осуществления представительный регулируемый реактор 134 включает первую катушку индуктивности 137, подключенную параллельно последовательному сочетанию второй катушки индуктивности 138 и тиристорного переключателя 139. Каждый тиристорный переключатель 139 предпочтительно включает пару тиристоров, или пары групп тиристоров, установленные в противоположной полярности друг к другу. Регулируемый последовательный реактор 132 имеет диапазон управления. Тиристорный переключатель 139 может считаться специфической реализацией того, что может быть названо статическим переключателем электроники мощности.

[0020] На Фиг. 1 также показан компенсатор SVC 120, соединенный с шиной питания 110. Как часть компенсатора SVC 120, индуктивный шунтирующий реактор подключен на шине питания 110 параллельно последовательному сочетанию дуговой печи 140 и регулируемого последовательного реактора 132. Индуктивный шунтирующий реактор включает три регулируемых реактора, подключенных по схеме дельта. На Фиг. 1 показан как пример только один их трех регулируемых реакторов, который обозначен ссылочным номером 122. Каждый из регулируемых реакторов 122 включает пару последовательно соединенных катушек постоянной индуктивности 123А, 123В с тиристорным переключателем 124 переменного тока, подключенным между катушками постоянной индуктивности 123А, 123В. Каждый тиристорный переключатель 124 предпочтительно включает пару тиристоров или пары групп тиристоров, установленных в противоположной полярности друг к другу. Компенсатор SVC 120 имеет диапазон управления.

[0021] Как часть компенсатора SVC 120 установлен банк фильтров гармоник 126, который может быть реализован с использованием параллельно подключенной емкости. Банк фильтров гармоник 126 соединен с шиной питания 110, чтобы работать как источник компенсации реактивного тока и удаления гармонических искажений, происходящих в результате процесса образования дуги, который известен в данной области техники. В одной конфигурации банк фильтров гармоник 126 включает по меньшей мере один банк конденсаторов постоянной емкости 129, соединенных с шиной питания 110 по схеме звезда через подстраиваемую катушку индуктивности 127 и гасящий резистор 128. Обычно подключают больше одного банка конденсаторов постоянной емкости 129, хотя для примера показан только один.

[0022] При эксплуатации банк фильтров гармоник 126 может быть подстроен на доминирующие гармонические частоты, генерируемые в процессе дугообразования в электродуговой печи 140, чтобы предотвратить попадание этих гармоник в сеть электропитания. Банк фильтров гармоник 126 и регулируемый индуктивный шунтирующий реактор 122 в компенсаторе SVC 120 используются совместно, чтобы противодействовать отбору реактивной мощности электродуговой печью 140 и регулируемым последовательным реактором 132.

[0023] Как показано на Фиг. 2, система управления 220 может быть применена для управления работой регулируемого последовательного реактора 132 и компенсатора SVC 120, чтобы подавлять фликер напряжения. Система управления 220 в одном варианте осуществления управляет четырьмя элементами, чтобы снизить фликер напряжения и уменьшить колебания активной мощности. Эти управляемые элементы включают: значение регулируемых реакторов 134 регулируемого последовательного реактора 132; значение регулируемых реакторов 122 компенсатора SVC 120; положение отвода печного трансформатора 106 и высоту электродов 142. В одном варианте осуществления система управления 220 включает главный контроллер 212, стабилизатор реактивной мощности 204, стабилизатор тока 206, стабилизатор активной мощности 205, контроллер отводов 216 и контроллер электродов 214.

[0024] При эксплуатации главный контроллер 212 координирует работу компонентов системы управления 220. Главный контроллер 212 включает измеритель фликера (не показан), который подключен через преобразователь напряжения 242 к шине питания 110, чтобы пофазно контролировать напряжения в линиях подачи (VL-G). Измеритель фликера использует известную технологию вывода сигнала, который представляет магнитуду и частоту колебаний в напряжении линии подачи. Например, измеритель фликера может выводить сигнал или сигналы, которые соответствуют известному стандарту 61000-4-15 Международной электротехнической комиссии (МЭК). Главный контроллер 212 также включает соответственно конфигурированное логическое устройство для автоматической интерпретации выходных сигналов измерителя фликера и посылки рабочих сигналов для координации работы других компонентов системы управления 220, которая описана ниже.

[0025] Стабилизатор тока 206 можно использовать для подавления фликера напряжения главным образом на стадии "ввода в канал" и на последующей стадии "длительного дугового плавления" цикла эксплуатации печи, когда возможны колебания напряжения низкой частоты и большой магнитуды. В этой связи стабилизатор тока 206 предназначен для отпирания тиристоров 139 регулируемого последовательного реактора 132, чтобы соответствовать току, потребляемому электродами 142 печи, до заданного значения, чтобы поддерживать относительно постоянным импеданс нагрузки печи во время периодов, в течение которых происходят большие колебания дугового импеданса. Стабилизатор тока 206 может быть подстроен так, чтобы реагировать на колебания подаваемого тока, только в определенных интервалах, например, на низкочастотные колебания, которые происходят на стадии ввода электродов. Кроме того, значение подстройки можно изменять в течение всего технологического цикла дуговой печи, чтобы сосредоточить работу стабилизатора тока 206 на разных диапазонах колебаний в разное время технологического цикла.

[0026] В одном варианте осуществления система управления 220 включает переключатель 222, которым управляет главный контроллер 212, чтобы выборочно подключать или стабилизатор тока 206, или стабилизатор активной мощности 205 для управления тиристорами 139 регулируемого последовательного реактора 132. Например, главный контроллер 212 может быть предназначен для переключения тиристоров 139 на управление стабилизатором активной мощности 205 с управления стабилизатором тока 206, если измеритель фликера покажет, что фликер уменьшился ниже заданного порога.

[0027] Говоря в широком смысле, стабилизатор тока 206 предназначен для реагирования на колебания тока в диапазонах колебаний, определенных главным контроллером 212, чтобы соответствовать току, подаваемому на печь до заданного значения подаваемого тока, определенного главным контроллером 212. Стабилизатор тока 206 может быть реализован в разных конфигурациях, например, одного или нескольких промышленных компьютерах, запрограммированных соответствующим образом и работающих в реальном времени, или других программируемых логических контроллеров, и может быть использован вместе с имеющимися в продаже цифровыми подстраиваемыми фильтрами, чтобы реализовать стабилизатор тока 206.

[0028] Стабилизатор реактивной мощности 204 может эксплуатироваться для подавления фликера напряжения главным образом после стадии введения электродов технологического цикла печи, а именно во время частей стадии длительного дугового плавления и стадии длительного дугового нагрева пенящегося шлака, когда колебания напряжения меньшей магнитуды и более высокой частоты доминируют в фликере. В этой связи стабилизатор реактивной мощности 204 может быть предназначен для отпирания тиристорного переключателя 124 компенсатора SVC 120, чтобы поддерживать совокупный отбор реактивной мощности по существу постоянным и сбалансированным на низком значении (предпочтительно близким к нулю). Совокупный отбор реактивной мощности может быть связан с печью 140 (включая регулируемый последовательный реактор 132), банком фильтров гармоник 126 и регулируемым реактором 122.

[0029] Стабилизатор реактивной мощности 204 может быть реализован в нескольких разных конфигурациях, например, как один или несколько соответственно запрограммированных и работающих в реальном времени промышленных компьютеров или других программируемых логических устройств и может быть использован вместе с имеющимися в продаже подстраиваемыми цифровыми фильтрами. В одном варианте осуществления стабилизатор реактивной мощности 204 может контролировать, используя преобразователь тока 244, ток, протекающий через регулируемый реактор 122 компенсатора SVC 120.

[0030] В одном варианте осуществления контроллер электродов 214 может контролировать, используя преобразователи тока 254, ток на каждом электроде 142. Помимо этого, контроллер электродов 214 может контролировать, используя преобразователь напряжения 252, напряжение на вторичной стороне трансформатора 106. Кроме того, стабилизатор активной мощности 205 может контролировать, используя преобразователи тока 256, ток, протекающий через регулируемый последовательный реактор 132.

[0031] Стабилизатор активной мощности 205 можно эксплуатировать вместе с контроллером электродов 214, чтобы поддерживать постоянный отбор активной мощности (МВт) печью 140 после окончания стадии введения электродов и стадии длительного дугового плавления. Стабилизатор активной мощности 205 может регулировать регулируемый последовательный реактор 132 после того, как переключатель 222 будет переключен на него главным контроллером 212, так что при потреблении активной мощности печью 140 отслеживается желательное заданное значение мощности в присутствии колебаний импеданса дуги. Предпочтительно, углы зажигания тиристоров регулируемого последовательного реактора 132 периодически регулируют, по меньшей мере один раз в каждой половине цикла напряжения в линии переменного тока, когда стабилизатор активной мощности 205 эксплуатируется.

[0032] Разные модули в стабилизаторе активной мощности 205 могут быть легко реализованы с использованием соответственно запрограммированного промышленного ПК, однако специалисты в данной области техники поймут, что функциональность таких модулей может быть реализована с использованием ряда других возможных устройств аппаратного обеспечения и/или конфигураций программного обеспечения.

[0033] Наличие фиксированного реактора 136, подключенного последовательно с регулируемым реактором, 134 на каждой фазе помогает поддерживать средний коэффициент мощности печи в пределах конкретного диапазона, причем измерения выполняют на шине подачи напряжения, особенно в ситуации, когда реактивное сопротивление 137 полностью закорочено. При установленном фиксированном реакторе 136 изменение в сопротивлении дуги можно компенсировать путем изменения реактивного сопротивления регулируемого реактора 134 на величину, которая равна или меньше чем величина изменения сопротивления дуги. В этих условиях можно видеть, что получаемый в результате отбор реактивной мощности с шины питания 110 минимизирован. Вторая катушка индуктивности 138, которая может быть установлена по желанию, служит для защиты тиристорного переключателя 139 от повреждения током короткого замыкания. В некоторых случаях катушка индуктивности 138 может быть подключена после тиристорного переключателя 139.

[0034] Теперь рассмотрим регулировку положений электродов. Система управления 220 включает контроллер электродов 214 для регулировки системы движения электродов (не показана), чтобы регулировать высоту электродов 142 относительно рабочего пространства 144 печи. Как будет сказано более подробно ниже, контроллер электродов 214 предназначен для контроля на постоянной основе разных условий работы печи, таких как напряжение на электродах, токи на электродах, потребление мощности и движения электродов. Контроллер электродов 214 может эксплуатироваться в режиме управления напряжением, управления током или управления импедансом. Контролируемые переменные процесса и изменения в контролируемых переменных процесса сравниваются с сохраненными значениями и моделями изменений, которые заданы как указывающие на ряд неполадок печи разных типов. На основании сигнатур характеристик в изменениях технологических переменных печи контроллер электродов 214 может прогнозировать наступление одного из некоторого числа разных возможных условий неполадок печи и может регулировать высоту электродов 142 так, чтобы это подходило для конкретного условия неполадки. Недостаточное пенообразование шлаком может рассматриваться как пример условия неполадки печи. Посредством специфической регулировки условия неполадки контроллер положений электродов пытается снизить колебания мощности, при этом также поддерживая энергетический КПД процесса, целостность конструкции печи и электрический баланс в энергетической системе. Система движения электродов может быть реализована как система с приводом от лебедки или система с приводом от гидроцилиндра среди прочих альтернативных систем.

[0035] В настоящей заявке предложено применять углы зажигания тиристоров в качестве быстрого прогноза фликера. Также предложено активно модифицировать рабочие переменные для электродуговой печи, чтобы поддерживать фликер ниже заданного порога. Аспекты настоящей заявки используют углы зажигания тиристоров в сочетании с диапазонами управления устройств переменного реактивного сопротивления, чтобы прогнозировать уровень фликера, создаваемого электродуговой печью 140 с управляемыми тиристорами устройствами переменного реактивного сопротивления. На основе прогнозируемого уровня фликера по меньшей мере одна рабочая переменная электродуговой печи 140 может быть изменена, если потребуется, для поддержания фликера на приемлемом уровне. Помимо этого, фликер также можно поддерживать на приемлемом уровне посредством управления рабочими переменными компенсатора SVC 120 и реактора VSR 132.

[0036] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен способ эксплуатации электродуговой печи. Способ включает прием указаний по некоторому множеству рабочих переменных электродуговой печи, прием указаний по углам зажигания в устройстве переменного реактивного сопротивления, управляемом некоторым множеством тиристорных переключателей, причем устройство переменного реактивного сопротивления имеет диапазон управления и определяет на основе этого прогнозируемый фликер, рабочие переменные, углы зажигания и диапазон управления. Способ также включает определение того, что прогнозируемый фликер превышает заданный порог, определение корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной из множества рабочих переменных и передачу контроллеру этой по меньшей мере одной рабочей переменной и команд для корректировки этой по меньшей мере одной рабочей переменной.

[0037] Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, предложена система управления мощностью. Система управления мощностью включает измерительное оборудование, предназначенное для контроля некоторого множества рабочих переменных электродуговой печи и управляющее устройство для устройства переменного реактивного сопротивления, управляемого некоторым множеством тиристорных переключателей, причем управляющее устройство предназначено для контроля углов зажигания тиристорных переключателей, и причем устройство переменного реактивного сопротивления имеет некоторый диапазон управления. Система управления мощностью также включает анализирующее устройство, предназначенное для определения прогнозируемого фликера на основе: рабочих переменных, углов зажигания и диапазона управления. Анализирующее устройство предназначено для определения того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог и передачи указания на то, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог. Система управления мощностью также включает контроллер ручной коррекции, предназначенный для: приема такого указания, определения корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной из множества рабочих переменных и передачи команд, представляющих такую корректировку.

[0038] Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, предложен способ эксплуатации электродуговой печи. Способ включает прием указаний по некоторому множеству рабочих переменных электродуговой печи, прием указаний по схеме переключения в устройстве, управляемом биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), причем устройство имеет диапазон управления и определяет на его основе прогнозируемый фликер, рабочие переменные, схему переключения и диапазон управления. Способ также включает определение того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог, определение корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной из множества рабочих переменных и передачу контроллеру этой по меньшей мере одной рабочей переменной команд для корректировки этой по меньшей мере одной рабочей переменной.

[0039] Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, предложена система электродуговой печи. Система включает электродуговую печь, устройство переменного реактивного сопротивления, управляемое тиристорными переключателями и имеющее некоторый диапазон управления, управляющее устройство для устройства переменного реактивного сопротивления, причем управляющее устройство предназначено для контроля углов зажигания для тиристорных переключателей, измерительное оборудование предназначено для контроля некоторого множества рабочих переменных электродуговой печи, анализирующее устройство и контроллер ручной коррекции. Анализирующее устройство предназначено для определения прогнозируемого фликера на основе: рабочих переменных, углов зажигания в общем смысле и диапазона управления. Анализирующее устройство также предназначено для определения того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог, и передачи указания на то, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог. Контроллер ручной коррекции предназначен для приема указания, определения корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной из множества рабочих переменных и передачи команд, представляющих такую корректировку.

[0040] Другие аспекты и признаки настоящего раскрытия станут очевидны для средних специалистов в данной области техники после изучения следующего описания конкретных реализаций раскрытия со ссылками на прилагаемые чертежи.

[0041] На Фиг. 3 показана система управления мощностью 302 как альтернатива системе управления 220 с Фиг. 2. Система управления мощностью 302 может эксплуатироваться для управления эксплуатацией регулируемого последовательного реактора (VSR) 132 и статического компенсатора реактивной мощности (SVC) 120 для подавления фликера напряжения. Система управления мощностью 302 в одном варианте осуществления управляет разными рабочими электрическими переменными, чтобы снизить фликер напряжения и уменьшить колебания активной мощности. Управляемые рабочие электрические переменные включают: значение регулируемых реакторов 134 регулируемого последовательного реактора 132, значение регулируемых реакторов 122 компенсатора SVC 120, положение отвода печного трансформатора 106 и высоту электродов 142. В одном варианте осуществления система управления мощностью 302 включает (подобно системе управления 220 с Фиг. 2) стабилизатор реактивной мощности 304, стабилизатор тока 306, контроллер отводов 316 и контроллер электродов 314. Вместо главного контроллера 212 системы управления 220 с Фиг. 2 система управления мощностью 302 с Фиг. 3 включает измеритель фликера 308, устройство прогноза и оценки отклонения 310 и контроллер ручной коррекции 312. Измеритель фликера 308 подключен через преобразователь напряжения 242 к шине питания 110.

[0042] В одном варианте осуществления контроллер электродов 314 может контролировать, используя преобразователи тока 254, ток на каждом электроде 142. Помимо этого, контроллер электродов 314 может контролировать, используя преобразователи напряжения 252, напряжение на вторичной стороне трансформатора 106. Кроме того, стабилизатор тока 306 может контролировать, используя преобразователи тока 256, ток, протекающий через регулируемый последовательный реактор 132.

[0043] На Фиг. 4 показана система управления мощностью 302 с Фиг. 3 более детально. В частности, измеритель фликера 308 показан как включающий устройство для измерения фликера 414. Кроме того, устройство прогноза и оценки отклонения 310 показано как включающее устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412, которое передает выходные данные в контроллер ручной коррекции 312. Устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 показано как принимающее входные данные от трех устройств прогнозирования: устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC, устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC и устройство 410 прогнозирования отклонения фликера. Устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC принимает входные данные от фильтра углов 402 компенсатора SVC. Устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC принимает входные данные фильтра углов 406 SPLC.

[0044] Говоря в общем, углы зажигания тиристоров и диапазоны управления устройств переменного реактивного сопротивления можно использовать для прогнозирования уровня критичности фликера, создаваемого электродуговой печью 140 с управляемыми тиристорами устройствами переменного реактивного сопротивления. На основе прогнозируемого уровня фликера по меньшей мере одна рабочая переменная электродуговой печи 140 может быть изменена, если необходимо, для поддержания фликера на приемлемом уровне.

[0045] При эксплуатации можно контролировать некоторое множество рабочих электрических переменных электродуговой печи 140 посредством электрического измерительного оборудования, включающего измеритель фликера 308, оборудование для измерения напряжения 242, 252 и оборудования для измерения тока 244, 254, 256. Указания по некоторым из множества рабочих электрических переменных могут поступать в устройство прогноза и оценки отклонения 310 через контроллер электродов 314, контроллер ручной коррекции 312 и преобразователи напряжения 252.

[0046] Помимо этого, стабилизатор реактивной мощности 304 может контролировать углы зажигания в тиристорном переключателе 124 компенсатора SVC 120, и стабилизатор тока 306 может контролировать углы зажигания в тиристорном переключателе 139 регулируемого последовательного реактора 132. Говоря в общем, стабилизатор реактивной мощности 304 может считаться управляющим устройством для компенсатора SVC 120, и стабилизатор тока 306 может считаться управляющим устройством для регулируемого последовательного реактора 132. Эти управляющие устройства передают указания по углам зажигания в устройство прогноза и оценки отклонения 310. В одном варианте осуществления стабилизатор реактивной мощности 304 может контролировать, используя преобразователь тока 244, ток, протекающий через регулируемый реактор 122 компенсатора SVC 120.

[0047] На Фиг. 5 показаны примеры этапов способ прогнозирования отклонения фликера. Устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 может сначала принимать (этап 502) показания по рабочим переменным. Эти рабочие переменные могут включать, как было сказано, электрические переменные, такие как представительные переменные токов и напряжений. Рабочие переменные также могут включать химические переменные, относящиеся к эксплуатации электродуговой печи 140.

[0048] Рабочие электрические переменные могут включать: ток, отбираемый каждым из трех электродов электродуговой печи 140, напряжение на каждой из трех фаз электродуговой печи 140 и прогноз отклонения фликера от устройства 410 прогнозирования отклонения фликера.

[0049] Рабочие химические переменные могут, как только несколько примеров, включать: мощность горелки, расход кислорода, расход природного газа, расход загружаемого углерода и расход загружаемого известняка.

[0050] Устройство 410 прогнозирования отклонения фликера подключено через преобразователь напряжения 242 к шине питания 110 для ее контроля. Более конкретно, устройство для измерения фликера 414, может, например, быть выполнено согласно Разделу 15 стандарта IEC 61000-4. Раздел 15 стандарта IEC 61000-4 содержит функциональные и конструкционные спецификации для устройств для измерения фликера, предназначенных для указания точного уровня восприятия фликера для всех практических форм волны колебаний напряжения. Раздел 15 стандарта IEC 61000-4 также описывает способ оценки критичности фликера.

[0051] Устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 также может непрямо принимать (этап 504) указания по углам зажигания от управляющих устройств.

[0052] При эксплуатации устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC принимает отфильтрованное указание по каждому углу зажигания компенсатора SVC от каждого из трех угловых фильтров 402 компенсатора SVC (по одному для каждой фазы). Фильтр углов 402 компенсатора SVC принимает показания по углам зажигания SVC от стабилизатора реактивной мощности 304.

[0053] Подобно этому, устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC принимает отфильтрованное показание по каждому углу зажигания контроллера от каждого из трех угловых фильтров 406 контроллера SPLC (по одному для каждой фазы). Фильтр углов 406 контроллера SPLC принимает показания по углам зажигания контроллера SPLC от стабилизатора тока 306.

[0054] Устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 затем может определить (этап 506) прогнозируемый фликер на основании входных данных от устройства 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC, устройства 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC и устройство 410 прогнозирования отклонения фликера. Устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 может также определять (этап 508) представляет ли прогнозируемый фликер вероятное отклонение. Реагируя на определение (этап 508), что прогнозируемый фликер представляет вероятное отклонение, устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 может передавать (этап 510) указание на прогнозируемое отклонение фликера в контроллер ручной коррекции 312 вместе с оценкой критичности прогнозируемого отклонения фликера.

[0055] На Фиг. 6 показаны примеры этапов способа определения корректировок для рабочих электрических и химических переменных для электродуговой печи 140. Контроллер ручной коррекции 312 может принимать (этап 602) указание по прогнозируемому отклонению фликера от устройства прогноза и оценки отклонения 310. После приема (этап 602) указания по прогнозируемому отклонению фликера контроллер ручной коррекции 312 может определить (этап 606) корректировку для по меньшей мере одной рабочей переменной из множества рабочих переменных. Затем контроллер ручной коррекции 312 может передать (этап 608) выходные данные по корректировке, определенной на этапе 606. То есть, контроллер ручной коррекции 312 может передавать (этап 608) команды по корректировке на управляющие устройства устройств переменного реактивного сопротивления. Устройства переменного реактивного сопротивления могут включать компенсатор SVC 120 и регулируемый последовательный реактор 132. Управляющие устройства устройств переменного реактивного сопротивления могут включать стабилизатор реактивной мощности 304 и стабилизатор тока 306. Контроллер ручной коррекции 312 также может передавать (этап 608) команды по корректировке в контроллер электродов 314, контроллер отводов 316 и электродуговую печь 140. Команды по корректировке, направляемые на электродуговую печь 140, могут относиться к разным рабочим химическим переменным.

[0056] Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, ручного изменения заданного значения компенсатора SVC. Контроллер ручной коррекции 312 в данном случае передает (этап 608) данные для ручного изменения заданного значения компенсатора SVC стабилизатору реактивной мощности 304.

[0057] Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, ручного изменения заданного значения контроллера SPLC. Контроллер ручной коррекции 312 в данном случае передает (этап 608) данные для ручного изменения заданного значения контроллера SPLC стабилизатору тока 306.

[0058] Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, ручного изменения отвода. Контроллер ручной коррекции 312 в данном случае передает (этап 608) данные по ручному изменению отвода контроллеру отводов 316.

[0059] Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, команды для корректировки заданного значения напряжения и/или импеданса электрода. Контроллер ручной коррекции 312 в данном случае передает (этап 608) команду для корректировки заданного значения напряжения или импеданса электрода контроллеру электродов 314.

[0060] Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, ручного изменения химической переменной. Контроллер ручной коррекции 312 в данном случае передает (этап 608) данные для ручного изменения химической переменной соответствующему контроллеру электродуговой печи 140 для управления подачей, например, кислорода, природного газа или углерода.

[0061] Известно, что, если установлено, что параметры одного или нескольких электродов 142 электродуговой печи 140 чрезмерные, электроды могут быть незамедлительно удалены из материала. Стабилизатор тока 206 ограничивает чрезмерный ток электрода, так что незамедлительного удаления электрода из материала может не потребоваться. Выходные данные по корректировке могут иметь форму, например, корректировки скорости, с которой электрод 142 удаляют из материала в электродуговой печи 140. Действительно, путем замедления удаления одного или нескольких электродов 142 на основании прогнозируемого фликера потеря дуги в электродуговой печи 140, которая может рассматриваться как один из основных источников фликера, может быть минимизирована.

[0062] На Фиг. 7 показаны примеры этапов способа эксплуатации одного из управляющих устройств (304, 306) для устройств переменного реактивного сопротивления (120, 132). Сначала управляющее устройство принимает (этап 702) команды по корректировке заданного значения от контроллера ручной коррекции 312. На основании принятых команд управляющее устройство определяет (этап 704) способ корректировки заданного значения для соответствующего устройства переменного реактивного сопротивления. Затем управляющее устройство может управлять (этап 706) этим устройством переменного реактивного сопротивления в соответствии с определением, выполненным на этапе 704.

[0063] На Фиг. 8 приведен график контролируемого угла зажигания против времени для устройства переменного реактивного сопротивления. Кривая 802 угла зажигания показана относительно разных порогов. В частности, показаны верхний предел 804 и нижний предел 806. Помимо этого, показаны верхний вероятный порог отклонения 814 и нижний вероятный порог отклонения 816. Кривая 802 может представлять угол зажигания в компенсаторе SVC 120, который угол должен контролироваться устройством 404 прогнозирования отклонения компенсатора SVC. Альтернативно, кривая 802 может представлять угол зажигания в регулируемом последовательном реакторе 132, который угол должен контролироваться устройством 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC.

[0064] При эксплуатации, после определения того, что угол зажигания превысил верхний вероятный порог отклонения 814, устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC или устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC может передать устройству для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 указание на то, что прогнозируется отклонение угла зажигания. Подобно этому, после определения того, что угол зажигания уменьшился и стал ниже нижнего вероятного порога отклонения 816, устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC или устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC может передать устройству для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 указание на то, что прогнозируется отклонение угла зажигания.

[0065] После приема указания на то, что прогнозируется отклонение угла зажигания, устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 может оценить вероятность и критичность события перехода фликером через заданный порог.

[0066] Кроме того, после определения, что угол зажигания превысил верхний предел 804, устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC или устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC может передать устройству для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 указание на то, что произошло отклонение угла зажигания, вместе с указанием наклона кривой 802 в точке 820, где кривая 802 превысила верхний предел 804, и указание по продолжительности такого отклонения. Подобно этому, после определения, что угол зажигания уменьшился и стал ниже нижнего предела 806, устройство 404 прогнозирования отклонения угла компенсатора SVC или устройство 408 прогнозирования отклонения угла контроллера SPLC может передать устройству для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 указание на то, что произошло отклонение угла зажигания, вместе с указанием по наклону кривой 802 в точке (не показана), в которой кривая 802 снизилась ниже нижнего предела 806, и указание по продолжительности отклонения.

[0067] Как сказано выше, после приема указания на то, что произошло отклонение угла зажигания, устройство для оценки вероятности и серьезности отклонения 412 может оценить вероятность и критичность события перехода фликера через заданный порог. Такая оценка критичности события может быть основана на указанном наклоне и указанной продолжительности отклонения.

[0068] Как сказано выше, компенсатор STATCOM обеспечивает компенсацию реактивной мощности и может быть использован вместо компенсатора SVC 120. Стоит сказать, что STATCOM - это устройство на базе преобразователя мощности, в котором не используются тиристоры. Вместо тиристоров в устройствах STATCOM применены биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или другие электронные устройства для быстрого переключения мощности. Соответственно, вместо того, чтобы контролировать углы зажигания в тиристорном переключателе 124 компенсатора SVC 120, стабилизатор реактивной мощности 304 может контролировать схему переключения биполярных транзисторов компенсатора STATCOM.

[0069] Что удобно, аспекты настоящего раскрытия могут быть применены, если электродуговую печь используют в производстве стали вместе с устройствами переменного реактивного сопротивления (компенсатор SVC 120, регулируемый реактор 132 последовательного подключения). Реализация аспектов настоящего раскрытия может рассматриваться как небольшое добавление к существующей системе управления по относительно низкой стоимости и с относительно большим усилением характеристик подавления фликера.

[0070] Вместо добавления аспектов настоящего раскрытия к существующей системе, аспекты настоящего раскрытия может быть выполнена как интегрированная система управления с новыми устройствами, управляемыми тиристорами.

[0071] В этой связи, электродуговая печь 140 была описана как применяемая в производстве стали и имеющая три электрода, по одному для каждой фазы. Следует сказать, что аспекты настоящей заявки могут применяться в ситуациях, где электродуговая печь 140 имеет больше чем три электрода. Например, известны электродуговые печи с шестью электродами, расположенными как три пары. Кроме того, известны электродуговые печи, используемые в производстве цветных металлов, и подавление фликера при использовании таких печей для цветных металлов также входит в объем настоящей заявки.

[0072] Кстати, можно сказать, что реактор VSR 132 уменьшает отклонения МВАр во время коротких замыканий в электродуговой печи 140. В отсутствие реактора VSR 132, такие отклонения МВАр обычно обрабатываются компенсатором SVC 120. При наличии реактора VSR 132 можно считать, что компенсатор SVC 120 освобожден от работы с такими отклонениями МВАр. Соответственно, можно сказать, что при наличии реактора VSR 132 компенсатор SVC 120 имеет повышенную возможность компенсации МВАр. Поскольку компенсатор SVC 120 предназначен для управления балансом фаз, что включает дополнительную возможность компенсации МВАр, реактор VSR 132 может рассматриваться как позволяющий компенсатору SVC 120 лучше функционировать для управления напряжением и управления балансом фаз одновременно.

[0073] Описанные выше варианты осуществления настоящей заявки приведены только как примеры. Специалисты в данной области техники могут внести изменения и модификации в конкретные варианты осуществления, но без нарушения объема заявки, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для подавления фликера на электродуговой печи. Предложено применять углы зажигания тиристоров для быстрого прогнозирования фликера при подаче энергии на электродуговую печь и активно модифицировать рабочие переменные электродуговой печи, чтобы поддерживать фликер ниже заданного порога. Кроме того, используют углы зажигания тиристоров в сочетании с диапазонами управления устройств переменного реактивного сопротивления, чтобы прогнозировать уровень критичности фликера, создаваемого электродуговой печью с устройствами переменного реактивного сопротивления, управляемыми тиристорами. Изобретение позволяет на основании прогнозируемого уровня фликера изменять, если потребуется, по меньшей мере одну рабочую переменную электродуговой печи. 4 н. и 39 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ подавления фликера на электродуговой печи, включающий прием указаний по рабочим переменным электродуговой печи, определение прогнозируемого фликера, определение того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог, определение корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной, передачу контроллеру этой по меньшей мере одной рабочей переменной и команд для корректировки этой по меньшей мере одной рабочей переменной, отличающийся тем, что используют управляемое тиристорными переключателями устройство переменного реактивного сопротивления, имеющее диапазон управления, по углам зажигания которых осуществляют прием указаний по рабочим переменным электродуговой печи, а определение прогнозируемого фликера осуществляют с учетом упомянутых рабочих переменных, углов зажигания и диапазона управления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочие переменные включают рабочие электрические переменные.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочие электрические переменные включают фликер.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочие переменные включают сигналы в виде подаваемых токов, отбираемых каждой фазой электродуговой печи.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочие электрические переменные включают сигналы в виде подаваемого напряжения на каждой фазе электродуговой печи.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочие электрические переменные включают сигналы в виде тока электрода, отбираемого каждой фазой электродуговой печи.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что рабочие электрические переменные включают сигналы в виде фазного напряжения на электродах электродуговой печи.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочие переменные включают рабочие химические переменные.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие химические переменные включают мощность горелки.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие химические переменные включают расход кислорода.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие химические переменные включают расход природного газа.

12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие химические переменные включают расход углерода.

13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что рабочие химические переменные включают расход известняка.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство переменного реактивного сопротивления включает статический компенсатор реактивной мощности.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что статический компенсатор реактивной мощности включает регулируемый реактор.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что регулируемый реактор включает пару соединенных последовательно катушек индуктивности постоянной емкости и тиристорных переключателей, подключенных между катушками индуктивности постоянной емкости.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что контроллер включает стабилизатор реактивной мощности и осуществляет команды для корректировки углов зажигания тиристорных переключателей.

18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство переменного реактивного сопротивления включает регулируемый последовательный реактор.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что регулируемый последовательный реактор включает регулируемый реактор, подключенный последовательно с фиксированным реактором.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что регулируемый реактор включает первую катушку индуктивности, подключенную параллельно последовательной комбинации второй катушки индуктивности и тиристорных переключателей.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что контроллер включает стабилизатор тока и осуществляет команды для корректировки углов зажигания тиристорных переключателей.

22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроллер включает контроллер отводов для трансформатора печи и осуществляет команды для корректировки положения отвода трансформатора печи.

23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроллер включает контроллер электродов и осуществляет команды для корректировки положения электродов в электродуговой печи.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что команды для корректировки положения электродов в электродуговой печи включают указание по скорости регулировки положения.

25. Способ подавления фликера на электродуговой печи, включающий прием указаний по рабочим переменным электродуговой печи, определение прогнозируемого фликера, определение того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог, определение корректировки для по меньшей мере одной рабочей переменной, передачу контроллеру этой по меньшей мере одной рабочей переменной и передачу команд для корректировки этой по меньшей мере одной рабочей переменной, отличающийся тем, что используют управляемое биполярными транзисторами с изолированным затвором или электронными переключателями мощности быстрого переключения устройство переключения, имеющее диапазон управления, по схеме переключения которого осуществляют прием указаний по рабочим переменным электродуговой печи, а определение прогнозируемого фликера осуществляют на основании упомянутых рабочих переменных, схемы переключения и диапазона управления.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что контроллер включает стабилизатор реактивной мощности и осуществляет команды для корректировки схемы переключения.

27. Система для подавления фликера на электродуговой печи, содержащая измерительное оборудование, предназначенное для контроля рабочих переменных электродуговой печи, управляющее устройство, анализирующее устройство и контроллер, отличающаяся тем, что она содержит управляющее устройство для устройства переменного реактивного сопротивления с диапазоном управления, управляемого тиристорными переключателями, причем управляющее устройство предназначено для контроля углов зажигания тиристорных переключателей, анализирующее устройство, предназначенное для определения прогнозируемого фликера с учетом упомянутых рабочих переменных, углов зажигания и диапазона управления, определения того, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог и передачи указания на то, что прогнозируемый фликер превосходит заданный порог, и контроллер ручной коррекции, предназначенный для приема упомянутого указания, определения корректировки по меньшей мере одной рабочей переменной и передачи команд, представляющих корректировку.

28. Система по п. 27, отличающаяся тем, что управляющее устройство предназначено для приема команд от контроллера ручной коррекции, определения, согласно командам от контроллера ручной коррекции, корректировки для устройства переменного реактивного сопротивления и управления устройством переменного реактивного сопротивления согласно определенной корректировки.

29. Система по п. 27, отличающаяся тем, что рабочие переменные включают фликер.

30. Система по п. 27, отличающаяся тем, что рабочие переменные включают сигналы в виде подаваемых токов, отбираемых каждой фазой электродуговой печи.

31. Система по п. 27, отличающаяся тем, что рабочие переменные включают сигналы в виде подаваемого напряжения на каждую фазу электродуговой печи.

32. Система по п. 27, отличающаяся тем, что рабочие переменные включают сигналы в виде тока электрода, отбираемого каждой фазой электродуговой печи.

33. Система по п. 27, отличающаяся тем, что рабочие переменные включают сигналы в виде фазных напряжений электродов электродуговой печи.

34. Система по п. 27, отличающаяся тем, что устройство переменного реактивного сопротивления включает статический компенсатор реактивной мощности.

35. Система по п. 34, отличающаяся тем, что статический компенсатор реактивной мощности включает банк фильтров гармоник.

36. Система по п. 34, отличающаяся тем, что статический компенсатор реактивной мощности включает регулируемый реактор.

37. Система по п. 36, отличающаяся тем, что регулируемый реактор включает соединенную последовательно пару катушек индуктивности постоянной емкости и тиристорных переключателей, подключенных между катушками индуктивности постоянной емкости.

38. Система по п. 27, отличающаяся тем, что устройство переменного реактивного сопротивления включает регулируемый последовательный реактор.

39. Система по п. 38, отличающаяся тем, что регулируемый последовательный реактор включает регулируемый реактор, подключенный последовательно с фиксированным реактором.

40. Система по п. 39, отличающаяся тем, что регулируемый реактор включает первую катушку индуктивности, подключенную параллельно последовательной комбинации второй катушки индуктивности и тиристорных переключателей.

41. Система по п. 27, отличающаяся тем, что она включает контроллер отводов для трансформатора печи, выполненный с возможностью осуществления команды для корректировки положения отвода на трансформаторе печи.

42. Система по п. 27, отличающаяся тем, что она включает контроллер электродов, выполненный с возможностью осуществления команды для корректировки положения электродов в электродуговой печи.

43. Электродуговая печь, содержащая систему для подавления фликера по п. 27.