Регулација струје електролучне пећи за једносмерну струју предиктивном методом без коришћења модела електричног лука

Abstract

Електролучне пећи су потрошачи веома велике инсталисане снаге, при чему тренутна снага пећи може да варира у времену са великим амплитудама. Као посљедица ових великих флуктуација активне и реактивне снаге, електролучне пећи великих инсталисаних снага могу да изазову поремећаје у функционисању преносне и дистрибутивне мреже, поготово у случају слабијих мрежа када су ови поремећаји израженији. Најизраженији поремећаји који се појављују у мрежи као посљедица рада електролучних пећи су појава фликера (Flicker) и појава нежељених виших хармоника и интерхармоника који се уносе у преносну мрежу. У предметној дисертацији је анализиран утицај предложеног предиктивног регулатора струје електричног лука на поремећаје који доводе до појаве фликера. С обзиром на то да се електролучне пећи све чешће примјењују у индустрији, њихови негативни утицаји на функционисање преносних мрежа, на које су прикључене, постају све израженији. Због тога је неопходно управљати радом пећи тако да се поменути негативни утицаји потисну у што већој мjери, а да се при томе обезбиједи стабилно и поуздано функционисање пећи. Електролучне пећи за једносмјерну струју данас се најчешће напајају тиристорским исправљачима, при чему се струја електричног лука регулише искључиво PI регулатором којим се регулише вриједност угла управљања тиристорима. Напон лука регулише се подешавањем растојања између катоде и шарже електромеханичким путем или помоћу хидрауличких цилиндара управљаних сервохидрауличким вентилима.Са друге стране, регулација струје и напона електричног лука код пећи за наизмјеничну струју врши се електромеханички: промјеном преносног односа трансформатора и подешавањем растојања између катоде и шарже. Посебан проблем код електролучних пећи за наизмјеничну струју представљају транзијенти до којих долази приликом укључења трансформатора (након пуњења пећи), који су посљедица магнећења Регулација струје електролучне пећи за једносмерну струју предиктивном методом без коришћења модела електричног лука трансформатора. Као и у случају пећи за наизмјеничну струју, и код пећи за једносмјерну струју постоји механичка регулација позиције електроде (код пећи за једносмјерну стрју углавном постоји једна покретна електрода–катода). С обзиром на то да механичка регулација позиције електроде не може да се врши довољно брзо, једини начин за смањење поменутих негативних утицаја електролучних пећи за једносмјерну струју је имплементација брзог, поузданог и робусног регулатора струје електричног лука...

Electric arc furnace (EAF) is a high-power electric load, whose active and reactive power varies significantly during the normal furnace operation. Due to the large active and reactive power variations, electric arc furnace can induce significant unwanted disturbances into the power system network in the form of voltage flicker and the high-order voltage and current harmonics and interharmonics. An influence of the proposed predictive arc current controller on the generated flicker is analyzed in this dissertation. Considering the increasing number of the dc arc furnaces installed, their negative influence on the power system networks becomes an important problem that needs to be addressed. In order to mitigate the unwanted disturbances caused by large electric arc furnaces, the control of the furnace operation needs to be improved. Currently, most of the dc arc furnaces are supplied through high-power thyristor rectifiers, and the arc current control is performed by adjusting the thyristor delay angle. The arc voltage is controlled electromechanically (or with the hydraulic valves) by means of electrode position control. In the case of the ac arc furnaces, both the arc current and the arc voltage are controlled by means of electrode position control, and by changing (online or offline) the furnace transformer tap number. Since the arc furnace voltage control is significantly slower than the current control, the only way to improve the control of the furnace operation is to improve the arc current control by implementing a fast, reliable and robust arc current controller. Since the filtering of the feedback current signal (in order to obtain the dc component of the arc current) produces a time-lag of the feedback signal, the classical PI current controller cannot compensate fast enough for the current overshoots occurring after frequent electrode short-circuits during the bore-in and the melting periods in the furnace cycle. On the other hand, the implementation of the fast modelbased predictive current controller is not feasible, because a precise electric arc model, which at the same time has to be suitable for circuit simulations, is not yet developed. The inability to prevent the current overshoots fast enough and to reduce its amplitudes is the main reason why the electric arc furnaces are still the major source of disturbances leading to the generation of flicker. Therefore, there is a need for the fast current controller which would enable the reduction or the complete elimination of the induced disturbances. The thorough survey of the available literature shows that such a controller is not yet developed. A basic idea behind the predictive arc current controller presented in this dissertation is that the arc current can be controlled by knowing the dc-side inductor voltage-time product, and the instantaneous arc current...