交流和直流电弧炉数学模型研究

通过对交流和直流电弧炉电弧燃烧模型和工况分析，对产生交流不稳定电弧和直流稳定电弧的机理作了分析研究，从而得出分析计算交、直流电弧炉谐波量是两种不同的数学模型的结论，并导出分析计算直流电弧炉谐波量的数学模型。     

基于MATLAB的交流电弧炉随机模型与仿真

为提出一种简单有效的电弧炉仿真模型,首先按电弧炉能量守恒微分方程,在MATLAB环境下,建立适用于谐波研究的电弧炉确定性模型;然后,将带通高斯白噪声直接叠加于电弧电压上,得到适用于电压波动与闪变研究的电弧炉随机模型。将提出的电弧炉模型以电流控制电压源形式直接接入测试系统,对电弧炉引起的谐波和电压波动问题分别进行仿真分析的结果与实际系统动态特性完全相符,从而验证了模型的有效性。该仿真模型的提出,为电力工作者理解电弧炉非线性时变特性,分析电弧炉导致的电能质量问题,进行谐波治理与闪变抑制研究提供了前提条件。     

电弧炉电气系统谐波分析的频域方法研究

文中对电弧炉电气系统谐波分析的频域方法进行了研究。首先对电弧电压波形进行了傅立叶分析，接着讨论了电弧炉系统谐波分析的思路。从替代定理和叠加原理出发，将三相对称及不对称电弧炉系统简化为单相系统进行求解。经过电路分析，导出了电弧炉系统主电路谐波、注入电网谐波、流过电容器谐波的解析计算公式。分析表明：电弧炉系统的主电路谐波的大小与系统的谐波阻抗、电弧电压波形和电弧炉的平均功率因数有关，电弧炉注入电网的谐波主要为低次谐波。当电弧炉电气系统在串联谐振点和并联谐振点附近时，均会出较大谐波电流，而串联谐振对系统的影响更大一些。     

用于谐波分析研究的电弧炉系统的模型和仿真

为电弧炉系统谐波分析提供了一种新思路,在理论上作了研究,并用实例证明了它的可行性。首先根据电弧电阻的随机性公式,用Matlab仿真得出电弧电阻随时间变化曲线,再用对实际电弧炉系统进行仿真和谐波分析,最终得到电弧炉系统的各次谐波含量,与实际数据比较,误差较小,因此认为此方法是可行的。     

用于谐波分析研究的电弧炉系统的模型和仿真

为电弧炉系统谐波分析提供了一种新思路,在理论上作了研究,并用实例证明了它的可行性.首先根据电弧电阻的随机性公式,用Matlab仿真得出电弧电阻随时间变化曲线,再用对实际电弧炉系统进行仿真和谐波分析,最终得到电弧炉系统的各次谐波含量,与实际数据比较,误差较小,因此认为此方法是可行的.     

PSCAD中基于能量平衡关系的电弧炉负荷模型的参数

介绍了PSCAD中基于能量平衡关系的交流电弧炉负荷模型,仿真研究了其模型参数对电弧V-I特性曲线的形状和电弧电流谐波分布的影响。并结合具体算例,给出了几组典型的电弧炉模型仿真参数,说明根据本文总结的规律调节参数可以得到所需的各种电弧炉模型。     

用于电能质量预测分析的交流电弧炉时变参数模型

基于能量守恒定律建立了一种以微分方程描述的交流电弧炉(EAF)时域模型,模型以电弧导纳作为状态变量,电弧电流和弧长作为输入,进一步根据弧长与电弧电压关系式推导出模型参数与弧长的关系,并给出时变参数的工程估算方法。以实际炼钢交流电弧炉为例,将带通白噪声信号叠加在弧长上模拟实际工况,分别对熔化期和精炼期电弧炉的动态特性以及电网的电压波动和谐波进行仿真研究,仿真结果与实测数据相吻合,证明了模型的有效性和实用性。     

基于电气特性-物理参数耦合的交流电弧炉模型

现有电弧炉模型主要关注电弧内部与外部特性的联系,割裂了电弧内部微观下电气与物理的耦合影响,难以体现电弧的电热物理本质,导致仿真精度有所欠缺。针对上述问题,该文提出一种改进的新型交流电弧炉模型。首先,在电子连续性方程的基础上,构建电弧的电气特性模型;其次,根据弧柱磁压缩力平衡方程和瞬时能量平衡方程分别构建电弧的压强、温度等物理参数模型,推导得到电弧内部的电气特性与物理参数之间的耦合机理,得到两者的耦合模型;然后,基于电弧炉变压器二次侧额定电流和最大电弧温度之间的关系,利用麻雀搜索算法对电弧温度曲线进行辨识,确定物理模型的各个参数;最后,依据50 t、55 t炼钢交流电弧炉的现场实测数据,在Matlab/Simulink平台上搭建模型并验证模型的正确性。仿真结果表明,所提模型更符合交流电弧炉实际运行过程中的物理本质,能更精确地反映其谐波、电压波动特性。     

用于电能质量研究的新型交流电弧炉混沌模型

提出一种用于电能质量研究的新型交流电弧炉混沌模型。首先,基于电弧炉负载U-i特性曲线的分段线性化,依据负载实际消耗的有功功率,得到能精确反映电弧炉稳态特性的静态模型,该模型适用于电弧炉引起的谐波问题研究。然后,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,模拟电弧炉运行的动态过程, 得到电弧炉负载的动态模型,该模型特别适用于研究电弧炉引起的电压波动与闪变问题。在Matlab下,对电弧炉静态、动态模型进行仿真研究。仿真结果与实际测量数据相比较,显示该模型能够精确描述电弧炉引起的谐波和电压波动等电能质量问题。模型有效且易于使用,它的提出为电能质量治理措施研究奠定了基础。     

用于低频非平稳间谐波研究的超高功率电弧炉模型

超高功率电弧炉是现代冶炼的主要设备,但其所产生的低频非平稳间谐波和大功率冲击会严重影响配电网的电能质量。超高功率电弧炉的精确建模对深入理解电弧的时变性和非线性以及实现电能质量问题的针对性研究具有重要的意义。针对现有模型尚未考虑低频非平稳间谐波发射特性的问题,建立了新型的超高功率电弧炉模型。首先,根据能量守恒定律建立电弧静态方程,并结合混沌理论建立超高功率电弧炉的动态数学模型;然后,运用遗传蚁群算法实现动态数学模型的参数辨识;最后,以福建某100吨交流电弧炉作为研究对象,在Matlab/Simulink环境下,验证模型的可行性和正确性。仿真结果表明,提出的模型能较准确地体现超高功率电弧炉实际运行过程中的特性,能用于超高功率电弧炉低频非平稳间谐波发射特性的研究。     

自能式多断口灭弧装置熄灭直流电弧试验研究

直流配网是未来电网的发展方向,但是直流配网防雷形势依旧严峻,不容乐观。文章研究了一种自能式多断口灭弧装置,简述了装置的灭弧原理,分析了自能式多断口灭弧装置熄灭直流电弧机理,论证了“冲击疏导-快速灭弧-阻断重燃”的自能式熄弧方法可快速熄灭闪络后的直流电弧。在直流电弧灭弧试验中,灭弧装置可在3 ms时间内全概率熄灭幅值为0.8 kA直流电弧,并阻断电弧重燃,达到良好的灭弧效果。研究验证了自能式多断口灭弧装置熄灭直流电弧的可行性,为未来装置实际挂网运行提供了重要研究基础。     

基于小波包变换和高阶累积量的电弧故障识别方法

当低压配电系统接入混合负载或在支路中出现电弧故障时,电弧故障识别难度大幅提升。针对此类电弧故障,提出一种基于小波包变换与高阶累积量相结合的电弧故障识别方法。首先采集不同负载、支路电弧故障下的电压、电流数据,建立电弧故障波形数据库;然后利用小波包变换对电弧电流信号进行分析,通过对多种试验数据进行分析,确定了通用电弧特征频带,对电弧电流波形进行重构作为电弧特征信号;通过分析故障电弧特征信号的4阶累积量值,提出了一种能够在时域中识别电弧故障的判据。该判据可以准确、快速地识别单一负载、混合负载以及支路电弧等情况下的电弧故障,且能够较为准确地检测电弧故障发生的时刻,为复杂电弧故障识别及起弧时刻的研究提供参考。     

XZP/XZWP4-160直流绝缘子覆冰闪络电弧特性的研究

在人工气候室内对覆冰XZP/XZWP4-160绝缘子的闪络特性及放电发展过程进行了试验研究。根据试验结果进行分析得出:弧根周围空气的热电离导致了电弧的发展,静电场力对电弧的发展起到了加速作用,电击穿仅发生在闪络最终的跳跃阶段;通过测量闪络过程中的放电电压、泄漏电流、闪络时间、覆冰水电导率、电弧长度及电弧半径等参数,得到电弧的发展速度及临界电弧长度均随覆冰水电导率的增加而减小,弧根电流密度随着气压的降低而增大;与正极性电弧相比,负极性电弧的发展速度快且弧根半径大。进一步分析覆冰绝缘子的闪络过程可知:覆冰绝缘子存在2个不同的闪络路径,即沿冰层外部和内部,这是由于电弧热作用蒸发的Na原子进入弧柱的方式不同造成的。     

用于动态电能质量分析的交流电弧炉的建模与仿真

使用EMTDC软件包能实现一种新的电弧炉模型。与以往基于电弧阻抗的电弧炉模型不同 ,该模型从电弧炉的电弧能量方程出发 ,以电弧半径作为状态变量通过解非线性方程求出电弧半径与电流的关系。考虑到电弧炉冶炼过程中电弧的不稳定性以及频率为 8 8Hz的电压波动对视觉影响最为明显的事实 ,设计一频率范围为 4～ 14Hz的带通高斯白噪声叠加于电弧半径之上 ,并得到电弧电压 -电流的非线性时变特性。随后 ,给出电弧炉负荷的等效电路 ,即用一受加于其上的电流控制的受控电压源等效代替。最后 ,将此电弧炉模型并入一 10kV电网进行仿真。结果表明 ,用该模型仿真得到的电弧炉电弧电压的特性与实测的波形特性完全一致 ;此外 ,通过与传统的电弧炉模型进行比较 ,表明该模型在动态电能质量分析与检测研究中的应用优于传统方法。     

高速电气化铁路中的弓网电弧现象研究综述

高速电气化铁路弓网系统中的电弧已经成为制约我国高速铁路发展的技术瓶颈。笔者论述了电弧对接触导线、受电弓滑板、通讯信号、无线电信号和供电质量等的危害,从电弧产生的机理和特征、电弧模型、电弧能量、电弧侵蚀和载流摩擦磨损方面综述了相关电弧问题的研究现状,为深入开展弓网电弧现象、机理及抑制措施的研究打下了基础。     

小电流接地系统间歇性弧光接地过电压影响因素分析

弧光接地过电压作为小电流接地系统中最常见的内部过电压之一,对电力系统的安全稳定运行产生巨大威胁。弧光过电压的产生往往伴随着间歇性,通过分析间歇性弧光过电压的暂态特征以及影响因素能够为防治该现象提供必要的参考。为此,考虑了包括电弧重燃时刻、燃弧时长、熄弧时长、电弧电阻在内的几个不同影响因素,通过搭建中性点不接地系统的仿真平台分析间歇性弧光接地过电压的暂态特征,并对比各影响因素的作用程度。结果表明在中性点不接地系统的间歇性接地能够产生明显的过电压,并且过电压的幅值主要受重燃时刻和电弧电阻影响,而燃弧时长、熄弧时长对过电压幅值影响较小。     

配电网单相接地电弧建模及仿真分析研究

为选择有效的配电网接地消弧措施及选线方法,有必要进行电弧建模及仿真研究。给出Cassie、Mayr、Schwarz、控制论等四种电弧模型的数学方程,其中Mayr、Schwarz、控制论等三种电弧模型适合描述接地电流较小的电弧的故障特征。建立Schwarz和控制论电弧仿真模型,并利用电弧特性测试电路对这两种模型做仿真对比分析。控制论模型因能直接设置弧长,直观地反映配电线路故障拉弧情况,更适用于谐振接地系统单相弧光接地故障仿真研究。采用ATP-EMTP软件建立谐振接地系统模型和控制论电弧模型,分析了不同电弧长度对电弧阻抗、接地电弧稳态和暂态特性的影响。仿真结果表明,利用控制论电弧模型可较直观且准确地仿真谐振接地系统弧光接地故障。     

New dynamic model, laboratory testing and features of long arc in free air

Contents  In this paper the long arc in free air is investigated. First, arc is initiated under laboratory conditions in the high power test laboratory FGH-Mannheim (Germany). Based on the laboratory obtained data records, the main features of arc are derived. By this arc, voltage and current are processed. An important feature of arc, the variation of arc length, is analyzed. Based on the analysis of arc voltage and current wave forms, the new dynamic arc model, taking into account the arc length variation, is derived. Arc is modeled as a current dependent voltage source with the characteristic distorted rectangular waveform and arc length dependent amplitude. Arc is considered as a source of higher harmonics distorting by this other signals in the network. An example of arc computer simulation using the new model is given. The main features of simulated arc are presented, too. Features of both the real and the simulated arc are given in the time and the spectral domains. Received: 27 July 2000     

压缩气流灭弧条件下配网线路雷击跳闸率计算

压缩气流灭弧防雷间隙是一种冲击电弧诱导型灭弧防雷装置,它通过灭弧管道的特殊排列结构使得冲击电弧能够被优先吸引进入在压缩管道内并形成压力梯度产生自膨胀气流,在各个相邻灭弧管道拐点处粉碎性截断电弧直至电弧熄灭。为了计算在安装压缩气流灭弧防雷间隙后的雷击跳闸率,文中根据并联间隙与绝缘子串的放电电压分布特性得出了灭弧防雷装置的有效保护系数,通过数理统计的方法处理了试验数据,得出了安装压缩气流灭弧防雷间隙后配网线路上的建弧率,同时建立了压缩气流灭弧防雷间隙下的雷击跳闸计算模型。通过算例计算了某线路在安装灭弧装置前后的雷击跳闸率,通过数据分析可知安装压缩气流灭弧防雷间隙后有效降低了雷击跳闸率。     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。