PSCAD中基于能量平衡关系的电弧炉负荷模型的参数

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基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统动态模型仿真

基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统动态模型仿真田书;王泾良;李凯【摘要】为了建立双馈风电系统的动态仿真模型,根据abc-dq坐标变换得到了同步坐标系下双馈电机定、转子解耦数学模型,采用定子侧电压定向矢量控制,转子测定子磁链定向矢量技术,并引入滞环控制环节,研究了风速变化和电网电压跌落情况下双馈风电机组的运行特点.利用PSCAD软件建立了双馈风力发电机组的模型并进行仿真分析,结果表明,通过矢量控制可以改善系统的低电压穿越能力,验证了该控制方案和仿真模型的正确性和有效性.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(033)005【总页数】5页(P655-659)【关键词】双馈风电系统;PSCAD;矢量控制;动态仿真;滞环控制【作者】田书;王泾良;李凯【作者单位】河南理工大学电气工程及其自动化学院,河南焦作454000;河南理工大学电气工程及其自动化学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TG706随着科学技术的飞速发展，风能已成为电力系统中增长最快的绿色可再生能源，风电装机容量和并网容量每年都在大幅度增长.其中，变速恒频双馈异步发电机以其动态响应快，有功和无功功率可独立调节，励磁变频器容量较小等特点，逐步发展成为风力发电的中坚力量.双馈感应风力发电机，定子绕组与电网直接相连，转子绕组经交直交变换器接入电网，以提供发电机交流励磁.由于励磁电流的幅值、相位和频率都是可变的，风速变化使电机转子转速做出相应变化，以实现风能最大利用率.同样，在电网电压跌落情况下，为了满足风电机组不脱网运行，也会引起双馈机组相应的变化即要求其具备低电压穿越能力.因此，如何实现风电机组在风速变化和电网电压跌落时快速平稳地恢复到正常运行状态,则必须对其控制策略进行研究[1-2].目前，双馈电机的动态响应特性及相应的控制策略已取得了一些研究成果.文献[3]提出不同风况下进入低电压穿越时，基于桨距角给定方式的控制策略和有功功率恢复策略；文献[4]研究了双馈风力发电系统转子测PI电流控制策略，对PI控制器参数进行重新计算选择；文献[5]提出了基于全模糊控制器的交流励磁发电机的励磁控制系统，提出了一种不依赖交流励磁发电机精确数学模型的控制方案；文献[6]基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率控制进行研究，与传统直接功率控制相比，不仅简化了控制系统结构而且具有更优的瞬时功率静动态控制特性.本文主要采用电网电压定向控制策略对双馈发电机进行了理论和仿真，以PSCAD 软件作为仿真平台，建立变速恒频双馈风力发电系统的仿真模型，并在此数学模型上运用该控制策略进行仿真，验证当风速变化和电网电压跌落时仿真动态模型和控制策略的有效性.为了分析系统特性，设计控制方法，则必须建立该系统的模型.通过坐标变换，将三相静止abc坐标系下的双馈电机方程转化到两相同步旋转dq坐标系下，得到双馈感应电机d-q轴数学模型.双馈电机电压方程式中：ρ为微分算子；ω1为定子旋转速度；ωr为转子旋转速度；ωs为d-q坐标系相对于转子的转差电气角速度，ωs=ω1-ωr；Rs和Rr为定子、转子绕组电阻；usd，usq，urd，urq为定转子电压d,q轴分量；ψsd，ψsq，ψrd，ψrq为定转子磁链d，q轴分量.双馈电机的磁链方程式中：Lm为定子、转子之间的互感；Ls为自感,Ls=Lsl+Lm；Lr为漏感，Lr=Lrl+Lm.将两相同步旋转dq坐标系下的磁链方程代入电压方程，得双馈电机的电磁转矩方程为式中： Te为发电机电磁转矩；np为双馈电机的极对数.双馈电机输出的有功和无功功率分别为从有功功率Ps 以及无功功率Qs的表达式(5)可知定子、转子在d-q轴上的电压分量、电流分量是耦合的.2.1 PQ解耦为了实现双馈电机定子绕组的PQ解耦控制，采用定子磁链定向的矢量控制技术把双馈电机定子电流分解成相互之间没有耦合的两个分量.通过控制这两个分量，实现有功、无功功率的解耦控制.由于稳态运行时，发电机定子绕组上的压降相对于定子电抗上的压降和电机反电势而言可以忽略不计，因此可以不考虑定子电阻的影响，即Rs=0，定子总磁链与端电压矢量相位相差90°，所以双馈电机就能以定子磁链定向，简化了矢量控制系统.在定子磁链定向情况下，定子磁链在d,q轴上分量为0， d轴和定子磁链ψs方向重合，q轴和定子电压方向重合，即可得将式(6)代入定子磁链方程(2)，式(7)代入定子电压方程(1)，可得到定子绕组的有功功率和无功功率方程为由式(8)可知，Ps和Qs 分别与转子电流q轴分量irq，d轴分量ird成线性关系，由于转子电流有irq和无功分量ird之间不存在耦合关系，因此,通过独立调节irq和ird，就可以对双馈电机输出的有功功率和无功功率进行解耦控制，实现转子侧变换器的控制目标.2.2 滞环控制目前研究中，双馈电机转子测变换器多采用PWM或SVPWM矢量控制技术实现对irq和ird独立调节，该控制过程在得到转子励磁电流指令后转化为转子电压指令然后再进行控制.而使用滞环控制器，电流指令图2)无需再进行电压补偿环节得到电压指令，直接跟踪电流，达到对电流的控制，省略了转子电流指令再解耦和电压补偿的环节，简化了矢量控制环节.滞环控制原理如图1所示.当实测值i<iref+h时，逆变器上桥臂导通，使i增大；反之，当i>iref+h时，逆变器下桥臂导通，使i减小.这样，通过上、下桥臂的轮流开关使实际电流信号在一个滞环带内跟踪指令电流信号，达到对电流的控制，即控制了双馈电机的有功功率和无功功率.2.3 矢量控制ird和irq2个控制通道组成了转子电流的控制，均采用积分比例调节器PI控制.将双馈电机输出的无功功率实际值Q与根据电网功率因数计算得出的参考值Q*比较后的差值送入PI调节器，输出转子电流无功分量的参考值；根据风速模型计算得到的有功功率实际值P与参考值P*比较后的差值送入PI调节器，输出电流有功分量经过2r/3s变换后得到电流参考指令再通过滞环控制，实现对有功功率和无功功率的解耦控制[7-8].其控制框图如图2所示.双馈电机运行状态的变化会引起直流侧电流的变化，从而引起直流侧电压的变化.当风速变化，直流侧电压也发生变化，使整个风电系统的性能恶化.因此，网侧变换器的主要控制目标是保持直流侧电压恒定.采用基于电网电压定向的网侧变换器矢量控制策略：网侧变换器采用双闭环控制，电压外环主要控制变换器的直流侧电压，直流电压给定与反馈的误差，经电压调节器计算有功电流，其值决定有功功率的大小.电流内环按照电压外环输出的电流指令进行电流控制，为实现功率因数为1的整流或逆变，应使无功电流分量为0.同时，电流控制器的输出再与电网电压补偿项计算后得到变换器参考电压，再进行坐标变换，利用该信号进行脉宽调制，产生驱动信号实现网侧变换器的控制[9].双馈电机网侧控制框图如图3所示.为了全面深入研究变速恒频双馈风力发电系统在风速变化和电网电压跌落时的运行特性，利用PSCAD软件建立其动态仿真模型.并针对风速变化和电网电压跌落两种情况分别进行仿真.具体仿真参数如表1所示.4.1 风速变化时的仿真分析初始风速为5 m/s，在4 s时升到8 m/s，然后在8 s时升至13 m/s，之后风速保持不变.仿真结果如图4所示.由图4可知，当风速发生变化时，转子的转速能够相对应地变化以便最大限度地捕获风能.在有功改变的同时，无功功率却基本保持不变为0，引入滞环控制的转子侧控制策略实现了双馈电机的有功和无功功率解耦控制，无功功率得到独立调节；直流侧电压基本保持在稳定状态下，实现了对直流母线电压恒定控制的目标；同时，在整个过程中转子电流的频率发生变化，而定子电流的频率保持不变，实现双馈电机的变速恒频.4.2 电压跌落时的仿真分析在电网故障中，单相对地短路故障是发生概率最高的故障，三相短路故障是危害最大的故障[10].本节主要针对三相对称短路故障造成的电压跌落情况进行仿真分析.故障前，双馈风电机组工作在额定运行状态，故障开始时间为2.5 s，持续0.5 s，整个期间风速保持在12 m/s，在3 s时电网电压恢复.分别对电压跌落10%和70%两种情况进行仿真，其结果如图5所示.由图5和图6可知，当电网发生三相对称短路故障导致电压跌落40%和70%时，在控制策略的作用下均能恢复到正常运行状态；故障时，双馈电机定子与电网直接相连，定子电压随着电网电压的变化而变化,转子电流出现了过电流现象；双馈电机的有功输出随着电压的降低急剧减小，无功输出在整个电网故障期间波动很大，在故障开始时刻，无功功率出现正向尖峰，说明双馈电机向电网输送一定的无功功率支撑系统；在故障结束时刻，无功功率出现负向尖峰，说时双馈电机从电网吸收一定的无功功率.通过图5与图6对比可知，电网电压跌落的幅度越大，电磁转矩、转子电流的瞬时峰值就越大，双馈电机输出的功率波动就越大，对双馈风力发电系统造成的安全威胁就越大.在分析双馈感应电机的数学模型的基础上，转子侧变换器采用引入滞环控制的定子磁链定向矢量控制策略，网侧变换器采用基于电网电压定向矢量控制策略，建立了双馈风力发电系统的动态模型，实现在风速变化和电网电压跌落情况下，对双馈风电系统的有效控制，改善了风电机组的低电压穿越能力.E-mail：************************【相关文献】[1] 凌志刚，李含善，高绢绢.并网型双馈风力发电机组的动态模型仿真研究[J].电气技术,2011(4):31-34.[2] 伍小杰，柴建云，王祥珩．变速恒频双馈风力发电系统交流励磁综述[J]．电力系统自动化，2004，28(23)：92-96.[3] 张永斌,袁海文.双馈风电机组低电压穿越主控系统控制策略[J].电力自动化设备，2012, 32(8)：106-112.[4] 阿布力孜.双馈感应风力发电系统电流控制策略研究[J]. 可再生能源,2013,31(7):33-36.[5] 姚骏,廖勇.基于全模糊控制器的交流励磁发电机励磁控制系统研究[J].中国电机工程学报，2007，27(33)：36-41.[6] 何致远,韦巍.基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率控制研究[J]. 淅江大学学报：工学版，2004，38(12)：1619-1622.[7] 吴国祥，黄建明．变速恒频双馈风力发电运行综合控制策略[J]．电机与控制学报，2008，12(4)： 435-441.[8] 王红燕，任贤．双馈风力发电系统的建模与运行特性研究[J]．电力学报，2012，27(3)： 207-211.[9] 苏平．双馈感应风力发电机低电压穿越的研究与仿真分析[D]．西安：西安理工大学，2010.[10] 王伟，孙明冬，朱晓东．双馈式风力发电机低电压穿越技术分析[J]．电力系统自动化，2007，31(23)： 84-89.。

pscad参数

pscad参数
PScad参数是指在PScad电力系统仿真软件中使用的参数。

这
些参数用于定义电路元件的特性和电路的运行条件，从而进行电力系统仿真和分析。

一些常见的PSCad参数包括：
1. 电路元件参数：这些参数定义了电路元件的电气特性，如电阻、电感、电容等。

通过定义这些参数，可以模拟和分析不同类型的电路元件。

2. 输电线路参数：这些参数用于定义输电线路的参数，如电阻、电感、电容、电导等。

这些参数影响电力系统的传输和损耗特性。

3. 电源参数：这些参数定义了电力系统的电源特性，如电压、电流、频率等。

通过设置这些参数，可以模拟各种电力系统的供电条件。

4. 稳态参数：这些参数用于定义电力系统的稳态运行条件，如负载、电压等级等。

通过设置这些参数，可以模拟和分析电力系统的稳态行为。

5. 软件运行参数：这些参数用于定义PSCad软件的运行条件，如仿真时间步长、仿真模型等。

通过设置这些参数，可以控制仿真的准确性和效率。

需要注意的是，PSCad参数的具体设置和使用方法可能会因软件版本和具体应用而有所差异。

用户在使用PSCad时应参考软件的用户手册和相关文档。

电弧炉负荷的三相综合建模与参数辨识探讨

容易造成电网供电运行中出现三相功率不平衡或者是较
大程度的电压波动变化、电网谐波、电压闪变等问题的产
生，从而对于电网的安全稳定供电运行造成污染和不利影响，成为电力系统工作运行中研究与关注的重点。在进
的，其次，电弧炉的三相交流电主要通过三根电极以及三相电弧、被熔金属等，形成电弧炉三相交流电的三相通路。如图１和图２所示，分别为电弧炉的内部结构以及电
特征，建立了电弧炉负荷变化分析模型，对电弧炉负荷变化参数情况进行辨识，是研究分析电弧炉负荷变化运
行特征的有效措施。关键词：电弧炉非线性负荷变化
在电力系统工作运行中，随着电力事业的发展以及供电需求的日益提升，导致电力系统中的非线性负荷使用
结构组成中，电弧炉的电极是通过电炉变压器以及电抗器、短网等，与电力系统中的高压供电网进行连接实现
题的发生，不仅对于电弧炉自身的工作运行状态造成不
利作用和影响，而且还容易对供电系统中的其他运行负荷造成不利的作用和影响，是电力系统中研究与关注的重点，在进行电弧炉模型构建，以实现对电弧炉工作运行特性分析，主要就是结合电弧炉内部结构组成进行模型设计与构建实现的。

基于pscad的双馈风力发电系统的建模与仿真

风力发电机组监测与控制课程设计说明书基于PSCAD 的双馈风力发电系统的建模与仿真专业新能源科学与工程学生姓名李坤班级能源111学号20指导教师张兰红完成日期2015年1 月10 日摘要电力是国家的支柱能源和工业经济命脉，经济的飞速发展而导致用电量的急剧增加和国内各大型电厂的建设投产将出现大规模的联合供电系统，这样的供电系统的建立将带来巨大的经济和社会效益，但是，如何保证系统安全、稳定、经济的运行以及保障供电质量是摆在电力科技人员面前的一个重大而迫切的问题。

本论文首先介绍了STATCOM具体的工作原理，对STATCOM的电路结构及其无功补偿的原理进行了分析。

然后，通过数学推导建立了STATCOM在abc坐标系以及dq0坐标系下的数学模型，并叙述了本文所采用的常规矢量控制策略的具体控制方法。

分析了双馈型风电场接入输电系统后的暂态特性以及对电力系统暂态稳定性的影响。

基于PSCAD仿真平台建立了风力机模型和双馈型发电机组的动态数学模型，在换流器建模方面，转子侧换流器的矢量控制实现了有功功率和无功功率的解耦控制，网络侧换流器的矢量控制实现了直流母线电压保持恒定以及调节输入系统的无功功率。

关键词:风电场；双馈型发电机；暂态稳定；目录1 引言电力是国家的支柱能源和工业经济命脉，经济的飞速发展而导致用电量的急剧增加和国内各大型电厂的建设投产将出现大规模的联合供电系统，这样的供电系统的建立将带来巨大的经济和社会效益，但是，如何保证系统安全、稳定、经济的运行以及保障供电质量是摆在电力科技人员面前的一个重大而迫切的问题。

由于配电网结构、运行变化等原因，我国配电网损耗、电压合格率等技术指标与发达国家相比有很大差距，由于电压不合格等原因造成用户电器烧毁的现象仍然存在，而网损过高使得生产的宝贵电能白白浪费，而且影响电力企业的经济效益。

在人们日常生活以及工业生产中，感性负载所占据的比例增大，无功功率问题逐渐成为电力系统和电力用户都十分关注的问题，也是近年来各方面关注的热点之一，功率因数也是衡量电能质量三大指标之一，功率因数也是衡量电能质量三大指标之一。

《电力系统继电保护》课程用输电线路PSCAD模型说明

《电力系统继电保护》课程用输电线路PSCAD模型说明山东大学本科继电保护课程 PSCAD 模型（线路保护用）刘世明 2010-7-28由学生上网下载PSCAD 的教学版本，运行本模型，可以演示线路故障前后电流、电压特性，尝试电流保护、距离保护、纵联保护等算法和逻辑。

电流速断保护 PSCAD 建模参数设置电源一参数设置电源一参数正序阻抗（小运行）正序阻抗（大运行）零序阻抗（小运行）零序阻抗（大运行）线电压有效值传输线 T1传输线 T1传输线 T2传输线 T2 由于短路故障发生在 T1T2 之间，因此通过调整 T1 T2 的线路长度值即可模拟在线路任意一点短路故障的情况。

短路故障可以设置的参数有三相、两相、单相、接地与否、接地电阻的阻值。

传输线 T1T2 参数选择贝瑞龙模型传输线 T3传输线 T3传输线 T3 参数选择贝瑞龙模型电源 2 设置正序阻抗（小运行）正序阻抗（大运行）零序阻抗（小运行）零序阻抗（大运行）线电压有效值快速傅里叶转换 FFT 模块 Va 为保护处 A 相电压的原始波形经过快速傅里叶转换后，分成基波、1 次谐波、2 次谐波等共 7 个波形。

经过数据选择器选择第一个波形即基波的波形，基波的有效值输出为MagVa。

Ph 为含有 7 个波形的相位值，同样只选择基波的相位，输出为PhVa。

保护处的其他电压电流的有效值、相角同理可得。

调整T1 T2 线路长度即可调整短路位置处于线路的百分比10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%位置 kV kAUa Ub66.421 76.231117.439 133.557158.686 178.780193.228 215.781222.794 246.931248.617 273.757271.647 297.545293.406 318.053312.623 338.647Ia Ib4.570 4.5444.217 4.1193.921 3.7813.665 3.5003.441 3.2623.242 3.0553.062 2.8732.898 2.7102.749 2.563两相短路接地金属性最小运行方式不同短路位置处的保护安装处电流10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%位置 kV kAUa Ia64.736 6.758117.721 6.135161.981 5.615199.693 5.172232.125 4.790260.640 4.456285.645 4.158310.404 3.894331.921 3.656三相短路接地金属性最大运行方式不同短路位置处的保护安装处电流两种运行方式短路电流曲线零序电流保护Ia Ib Ic 分别为保护处的三相电流此模块的功能是将三个电流波形相加并取其有效值此值便是零序电流有效值单相短路接地金属性 10%故障位置两相短路接地金属性 10%故障位置三相短路接地金属性 10%故障位置两相短路不接地 10%故障位置距离保护上图实现的运算为即的实部即后面接阻抗继电器当复平面上的点在圈内则使得 BRKmho 输出1其中取 0.95（忽略接地电容）则因此 mho 阻抗继电器的圆心为半径为 45.455381420% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%位置R X0.053 5.9123.010 18.9506.180 38.2209.520 57.88013.020 77.98016.670 98.44020.420 119.26024.240 140.54028.045 162.12531.796 183.960A 相单相短路接地金属性不同短路位置处的测量阻抗值位置 kV kA0%10%20%30%40%50%60%70%90%R X1.750 4.8088.770 11.47016.575 22.22023.790 32.65030.540 42.90037.050 53.10043.300 63.28049.485 73.60055.578 84.12061.660 94.890AB 两相短路接地金属性不同短路位置处的 A 相测量阻抗值位置 kV kA0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%R X-1.648 4.901-6.046 15.610-12.170 29.998-18.178 43.595-24.140 56.750-30.060 69.620-35.840 82.140-41.610 94.760-47.340 107.400-53.040 120.160AB 两相短路接地金属性不同短路位置处的 B 相测量阻抗值位置 kV kA0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%R X0 3.85000.2815 9.5680.545 19.1600.850 28.8201.140 38.5401.420 48.4501.710 58.4702.030 68.6702.350 79.1002.690 89.810ABC 三相短路接地金属性不同短路位置处的测量阻抗值纵联电流差动保护实现实现单相接地金属性短路 T1 长度 363KM 短路处于被保护线路外部在保护安装处的前端Ia Ia1 分别表示 Im 和 In 即 M N 侧的电流Ir Ires 差动电流与制动电流短路处于被保护线路外部在保护安装处的后端Ir Ires 差动电流与制动电流短路处于被保护线路外部在保护安装处的后端并且 T1=181.5KM 即相隔保护安装处181.5kmIr Ires 差动电流与制动电流短路处于被保护线路内部调整 T1 T2 距离实现短路位置的变化下列图为在不同短路位置处的 Ir Ires 关系图 0% 10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%。

PSCAD中的发电机模型

1.Synchronous Machine（同步机）本组件有一选项是可以模拟Q轴的两个阻尼绕组，因此它可以作为隐极极或者凸极机使用。

其速度可以由给“w”输入一个正值直接控制，或者将机械转矩输入到“Tm”上。

使用此组件模拟同步机有许多优势。

对于一般应用，那些标注为“Advanced”的参数可以不用修改直接采用默认值，这样做不会改变设备的特性.本组件的这些特点主要是为了初始化仿真以及更快的达到期望的稳态.期望的稳态由潮流可知。

在仿真中一旦达到稳态，可能就要使用故障、扰动等等来看看系统的暂态响应。

2.Squirrel Cage Induction Machine（鼠笼感应电动机）本组件可以运行于“速度控制"或“转矩控制”模式下。

在“速度控制”模式下，电动机按照输入“W”的规定速度运转。

在转矩控制模式下，速度根据设备的惯性、阻尼和输入转矩、输出转矩求得。

通常，此型电动机在启动时采用“速度控制”,输入“W”取值为额定标么转速（0。

98），在电动机最初的暂态结束(过渡到稳态）后采用转矩控制。

本组件可以和“Multi—Mass Torsional Shaft Interface”组件配合使用。

3.Wound Rotor Induction Machine(绕线转子感应电动机）此感应电动机可采用“速度控制”和“转矩控制”模式运行.通常，通常，此型电动机在启动时采用“速度控制”，输入“W”取值为额定标么转速（0.98），在电动机最初的暂态结束（过渡到稳态）后采用转矩控制。

本组件可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”组件配合使用。

4.Two Winding DC Machine（两绕组直流电机）本绕组模拟了两绕组直流电机。

如果外部接线正确的话,电枢绕组两端(right side + and -），磁场绕组两端（top + and —)。

这样可以满足孤立励磁机、并联或串联电机仿真的需要。

基于PSCAD仿真的DSTATCOM无功补偿研究(自己).kdh

第一章绪论1.1 课题研究的意义电力是国家的支柱能源和工业经济命脉，经济的飞速发展而导致用电量的急剧增加和国内各大型电厂的建设投产将出现大规模的联合供电系统，这样的供电系统的建立将带来巨大的经济和社会效益，但是，如何保证系统安全、稳定、经济的运行以及保障供电质量是摆在电力科技人员面前的一个重大而迫切的问题。

容性负载包括计算机、开关电源、电视、输电线路等，虽然所占比例不大，但是对电力系统的影响也不容忽视。

输电线路的电感性无功功率小，由于电容效应，输电线路产生的的容性充电功率大于输电线路吸收的电感性无功功率，必须满足电力系统无功平衡的需要，维持电力系统的电压水平，否则电力系统电压过高，将无法保证安全运行。

无功功率对电网的影响主要有以下几个方面：（1）增加设备容量无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率的增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。

同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。

（2）设备及线路损耗增加无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加。

设线路总电流为I=I P +I Q ,线路电阻为R ，则线路损耗△P 为：()22222pq2P Q P I R I IR RU+∆==+=（1.1）式1.1中，（Q 2/U 2）×R 这一部分损耗就是无功功率引起的。

（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈的波动，使供电质量严重下降。

基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统建模与仿真

2009年11月第16卷第6期控制工程C o n t r o l E n g i n e e r i n g o f C h i n a N o v .2009V o l .16,N o .6文章编号:1671-7848(2009)06-0771-04 收稿日期:2009-06-09;　收修定稿日期:2009-09-03 基金项目:国家博士后基金资助项目(20080440154);江苏省博士后基金资助项目(0802004B ) 作者简介:潘庭龙(1976-),男,江苏建湖人,副教授,博士,主要从事风力发电控制技术、功率变换技术等方面的教学与科研工作。

基于P S C A D 的变速恒频双馈风电系统建模与仿真潘庭龙,纪志成(江南大学电气自动化研究所,江苏无锡　214122)摘要:为研究变速恒频双馈风电系统的各种高性能控制策略提供有效的动态仿真与分析平台,并克服M a t l a b 仿真环境下所建的模型在动态性能方面存在的不足,采用P S C A D 仿真软件建立了变速恒频双馈风电系统的动态仿真模型。

基于P S C A D 的变速恒频双馈风电系统模型由风机、双馈发电机、功率变换器、控制模块构成,在建立的模型基础上,针对电网电压正常情况以及电网电压发生对称、不对称故障时系统的运行特性进行了仿真研究,仿真结果证明了系统模型的正确性。

关　键　词:P S C A D ;变速恒频;双馈风电系统;动态仿真模型中图分类号:T P 27 文献标识码:AM o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n o f V a r i a b l e S p e e d C o n s t a n t F r e q u e n c y D o u b l y -F e d W i n d P o w e r G e n e r a t i o n S y s t e mB a s e d o n P S C A DP a n T i n g -l o n g ,J i Z h i -c h e n g(I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l A u t o m a t i o n ,J i a n g n a n U n i v e r s i t y ,W u x i 214122,C h i n a )A b s t r a c t :T o e s t a b l i s h a ne f f i c i e n t s i m u l a t i o n a n d a n a l y s i s p l a n t o f s t u d y i n g s o m e h i g hp e r f o r m a n c e c o n t r o l s t r a t e g i e s f o r v a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y d o u b l y -f e dw i n d p o w e r g e n e r a t i o ns y s t e m ,ad y n a m i c s i m u l a t i o nm o d e l o f v a r i a b l e s p e e dc o n s t a n t f r e q u e n c yd o u b l ef e d w i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e mw a s e s t a b l i sh e db yP S C A Dsi m u l a t i o ns o f t w a r e .T h ed e s i g n e ds y s t e m m o d e l b a s e do nP S C A Do v e r -c o m e s t h e w e a k p o i n t s o f d y n a m i c p e r f o r m a n c e s o f t h em o d e l b a s e d o nM a t l a b .T h e v a r i a b l e s p e e dc o n s t a n t f r e q u e n c yd o u b l y -f e dw i n d p o w e r g e n e r a t i o ns y s t e mb a s e do nP S C A Dc o n s i s t s o f w i n dt u r b i n e ,d o u b l y -f e dg e n e r a t o r ,p o w e r c o n v e r ,c o n t r o l m o d u l e .B a s e do n t h e d e s i g n e d m o d e l ,s y s t e m o p e r a t i n gp e r f o r m a n c e sa r es t u d i e du n d e r n o r m a l v o l t a g e ,u n s y m m e t r i c a l a n ds y m m e t r i c a l v o l t a g ef a u l t .T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h e c o r r e c t n e s s o f t h e e s t a b l i s h e ds y s t e mm o d e l .K e yw o r d s :P S C A D ;v a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y ;d o u b l y -f e dw i n d p o w e r g e n e r a t i o ns y s t e m ;d y n a m i c s i m u l a t i o n m o d e l1　引　言变速恒频双馈(D F I G )风力机组在风电领域得到了广泛的应用[1-4]。

基于能量平衡关系的电弧炉负荷模

第２４卷第３期２００７年６月现代电力ＭｏｄｅｍＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＶ０１．２４Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２００７文章编号：１００７—２３２２（２００７）０３—００３４—０５文献标识码：Ａ中图分类号ＰＳＣＡＤ中基于能量平衡关系的电弧炉负荷模型的参数申展，朱永强（电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室，北京１０２２０６）ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＡＲＣＦｕｒａｎｃｅＭｏｄｅｌｉｎＰＳＣＡＤＢａｓｅｄｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＳｈｅｎＺｈａｎ，ＺｈｕＹｏｎｇｑｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＤｙｎａｍｉｃＳｅｃｕｒｉｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）摘要：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。

关键词：电弧炉；模型；参数：Ｖ—Ｉ特性曲线；谐波；ＰＳＣＡＤＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＡＣｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｆｕｒｎａｃｅ（ＥＡＦ）ｍｏｄｅｌｉｎＰＳＣＡＤｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙ．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｉｔｓＶ—Ｉｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈａｒｍｏｎｉｃａｒｃｃｕｒｒｅｎｔｉｓａｎａ．１ｙｚｅｄ．ＡｆｅｗｇｒｏｕｐｓｏｆｔｙｐｉｃａｌＥＡＦｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｓｔｉｍｕｌａ—ｔｉｏｎａｒｅｇｉｖｅｎｗｉｔｈｓｏｍｅｓｐｅｃｉｆｉｃｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏａｄｊｕｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｕｌｅｓｉｎｔｒｏ－ｄｕｃｅｄｔｏｇｅｔｖａｒｉｏｕｓＥＡＦｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＡＦ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｆｕｒｎａｃｅ；ｍｏｄｅｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｖ—Ｉｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ；ｈａｒｍｏｎｉｃ：ＰＳＣＡＤ０引言ＰＳＣＡＤ软件由加拿大的ＭａｎｉｔｏｂａＨＶＤＣＲｅ—ｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｒｅＩｎｃ开发，是为电力系统和电力电子研究领域设计的专用大型仿真软件，在世界上很多科研和教育机构有广泛应用。

基于能量平衡的电弧炉模型的仿真与参数辨识

ｔｅｒｔｎｌｙｏｉｍｏｅａｒｖｄＴｅｒｓｌｄｃｔｈｔｈｓｍｅｈｄｏｄｌｇｃｎａｃｒｔｌｅｅｔｈａｍｏｉｓｏＡＦｔｒｄｈａｉａｉｆｈｓｄｌｓｐｏｅ．ｈｅｕｔｉｉａｅｔａｉｏｔｔｗｓｎｔｔｏｆｍｏｅｉａｃｕａｅｙｒｆｅｅｈｒｎｃｆｎｌｔＥｏｇｉ，ａｓｈｔｏｆｐｒｍｅｅｒｄｃｉｎａｅｐｏｅａａｌｆｆｄｎｈｅｓｎｂｅｆｎｓ，ｎｈｓｔｅｒｄｃｎｒｄｃｔｅｌａｌｏｔｅｍｅｈｄｏａａｔｒｐｅｉｔｒｒｖｄｃｐｂｅｏｎｉｇｔｅｒａｏａｌｔｅｓａｄｔｕｏｒｐｏｕｅａｄｐｅｉｔｈｏｄｏｉｉ
ｃｒｃｅｒｓｉｓｏｈａａｔｉｔｃｆＥＡＦ．
ＫｅｒｓｅｃｉａｅｆｒａｅＥＦｌａｄｌｇｐｒｍｔｓｍｔｎｐｒｃａｍｏｔｉｔｎＰＯ）ｙｗｏｄ：ｌｔｃｒ－ｕｎｃ（Ａ）；ｏｄｅｒｍｏｅｉ；ａａｅｒｔａｉ；ａｔｌｓｒｉｚｉ（Ｓｎｅｅｉｏｉｅｗｐｍａｏ
第２卷第４９期２ｌ年４月０２ Nhomakorabea机
电
工
程
Ｖｏ．２Ｎ０４１９．Ａｐｒ．２０１２
ＪｕｎｌｏｃａｉａｏｒａｆＭｅｈｎｃｌ＆ＥｅｔｉａｎｉｅｒｎｌｃｒｃｌＥｇｎｅｉｇ

基于PSCAD的改进型交流电弧炉负荷时域模型的仿真应用

基于PSCAD的改进型交流电弧炉负荷时域模型的仿真应用史永建;曹现华;史建省【摘要】交流电弧炉是电力系统中常见的大功率负荷,它的非线性特性对电力系统产生诸多不利影响,比如电压闪变、电压波动、电流谐波、功率因数偏低等.为准确获得电弧炉对电能质量的影响,必须搭建精确的电弧炉仿真模型.普通电弧炉模型不仅准确度不高,而且由于模型参数意义不够明确导致不易调整,为评估电弧炉引起的电能质量问题带来诸多不便.本文在充分研究电弧炉工作原理以及各类时域、频域模型的基础上使用PSCAD软件搭建了一种新型的简单易行的电弧炉时域仿真模型,仿真了电弧炉引起的电流谐波、电压谐波、电压波动等各类电能质量问题.最后,仿真数据与现场实测结果的比较,证明了该模型的优越性.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】4页(P29-32)【关键词】交流电弧炉;非线性特性;电能质量;时域;频域【作者】史永建;曹现华;史建省【作者单位】国网莒南县供电公司,山东临沂 276699;国网莒南县供电公司,山东临沂 276699;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛 266590【正文语种】中文近年来，电弧炉在冶金行业得到了广泛应用，但它运行时引起的电能质量问题也越来越受到人们重视。

熔化初期，由于炉料的塌陷等原因，电弧极不稳定，产生快速随机变化的电流，导致有功、无功变化剧烈，使供电系统的电压产生波动、闪变。

此外，电弧炉运行时产生大量谐波，这些质量问题互相叠加、互相影响，最终使供电系统电能质量恶化。

评估和改善电弧炉引起的电能质量污染问题，首先要建立准确、实用、简单易行的电弧炉模型，但电弧炉工作过程的复杂性以及电弧炉的强非线性特性使这项变得工作异常艰辛。

对于交流电弧炉负荷仿真模型的研究一直是国内外众多研究人员关注的热点之一，目前已取得大量的研究成果，包括时域模型[1]、频域模型[2]等，但真正使用软件搭建这些模型时却困难重重，最终因模型中参数太少、部分模块内部结构不清楚或研究不具有可行性导致仿真效果不够理想。

用于电能质量分析的电弧炉仿真模型

ｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｆｕｒｎａｃｅ ’ ｓｍｏｄｅｌｏｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｍａｔｌａｂ，ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｉｓ
研究与开发
用于电能质量分析的电弧炉仿真模型
张峰何新２杨丽君
０６７０００）（１．燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛０６６００４；２．承德供电公司，河北承德摘要
基于电弧炉的谐波电压源和谐波电流源模型原理，应用Ｍａｔｌａｂ在频域内搭建了电弧炉
ａｒｃｕｒｆｎａｃｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｈｏｔ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｗａｖｅｗｈｉｃｈｗａｓｇａｖｅｂｙｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｏｖｉｎｇｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｍｏｓｔｓｉｍｐｌｅａｎｄｓｕｉｔａｂｌｅｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
ＦｕｒｎａｃｅＦｏｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＱｕｌｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ

PSCAD简介

Pow erI
Vb Vc
PLL
theta
Modulo * 360.0
Power (pu)
0.40 0.20 0.00 -0.20 -0.40 -0.60
3
-sT e
SEPh
三角波产生模块
16
Thank you!
Prec
G 1 + sT
2.50 2.00
Qpow erR
Qpow erI
Reactive Power (pu)
1.50 1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 Pow erR
定有功功率控制
VRec VRec 1
2 Va
1.20 1.00 0.80 0.60
1 2 3 4 5 6 TrgRon 1 2 3 4 5 6 TrgRoff
通信
变压器
电机
运算
架空线
电缆
表计
保护
录波、存储
操作序列
逻辑运算
耦合线
各元件列表
12
4、元件与模块(以电源为例)
电源名字，不要重名参数修改下拉列表电源阻抗类型电源控制方式零序电抗和正序电抗关系
双击元件，弹出元件参数对话框
阻抗单位，标幺值或有名值单线显示或是三相显示
选择外部控制时，输入角的单位， rad或deg
PSCAD概述与使用教程
主要内容
1
2 3
PSCAD简介
PSCAD工作环境
PSCAD的仿真参数设置元件与模块
4 5 5
PSCAD建模实例
2
1、PSCAD简介
1、PSCAD/EMTDC是什么？ PSCAD/EMTDC是一种世界各国广泛使用的电力系统电磁暂态仿真程序。其主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，电参数随时间变化的规律。广泛应用于高压直流输电、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析及其电力电子仿真。 2、PSCAD/EMTDC仿真软件的组成分为两个主要部分： EMTDC（Electro-Magnetic Transient program for DC）是一个离线的电磁暂态计算程序，是PSCAD/EMTDC仿真的核心。它有精确的直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行直流系统分析和工程研究的有力工具。 PSCAD（Power system computer Aided Design ）作为EMTDC的图形用户界面，完成所要研究系统网络图的构建、仿真运行和结果分析等任务。二者相互关联、交互支持。

基于电弧炉运行数据嵌入技术的无功补偿仿真模型搭建

THE WORLD OF INVERTERS《变频器世界》April,2020基于电弧炉运行数据嵌入技术的无功补偿仿真模型搭建Reactive Compensation Simulation Model Buliding of Based Arc Data Field Data Embedding Tech no l ogy辽宁荣信兴业电力技术有限公司闻航(Wen Hang)洪利(Hong Li)吴思聪(Wu Sicong)摘要：含有电弧炉负荷现场的电气系统较为复杂，加之现场条件限制，无法给SVC提供较好的调试环境，相关控制参数只能依靠经验配置，人们尝试利用仿真软件如EMTDCs MATLAB等搭建仿真模型，预先对SVC投运后的效果进行仿真分析，搭建电弧炉负荷模型成为关键。

利用EMTDC的自带数据读取元件将某电弧炉负荷生产时的实际数据读取后转化为负荷模型，然后对其进行SVC补偿效果仿真研究，修正控制参数。

此参数经过现场实际验证，取得了较好的补偿效果。

关键词：电弧炉；PSCAD;SVC;File Reader元件Abstract:The electrical system of some arc furnace load containing sites is complex.Limited by the site condition in which sound commissioning environment cannot be provided for SVC,relevant control parameters can only be configured on the basis of experience.People try to use simulation software such as EMTDC and MATLAB to build the simulation model,and perform simulation analysis on the SVC operation performance.In this regard, how to build an arc furnace load model becomes a key element.The data reading element carried by EMTDC is used to read the actual data during an arc furnace load product!on,convert the data to a load model,perform SVC compensation effect simulation research and correct the control parameter.The parameter has been verified by the site and achieved sound compensation effect.Key words:Arc furnace;PSCAD;SVC;File reader element【中图分类号】TF806.6【文献标识码】B【文章编号】1561-0330(2020)04-065-031引言电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼，因此很多冶炼厂家都在使用。

CAD中的电力和能源系统设计

CAD中的电力和能源系统设计一、导言随着科技的不断进步和社会的发展，电力和能源系统的设计变得越来越重要。

在现代社会中，电力和能源是推动各个行业和领域发展的关键因素。

为了高效地设计和布局电力和能源系统，CAD（计算机辅助设计）软件成为不可或缺的工具。

本文将介绍CAD中的一些电力和能源系统设计的技巧和方法。

二、电力系统设计在CAD中进行电力系统设计时，我们需要考虑以下几个方面：1. 载荷计算：根据使用者的需求和设备的功率，计算出系统的总载荷。

在CAD中，可以使用相关工具进行载荷计算和分布，确保系统正常运行。

2. 线路设计：根据电力系统的载荷要求和安全标准，设计合适的电线电缆线路。

在CAD中，可以使用绘图工具和线路布线工具进行线路设计与布局。

3. 照明设计：在电力系统设计中，照明系统的设计也是非常重要的一部分。

通过CAD中的灯具设计工具，可以选择合适的灯具类型和布局方案，确保照明效果和能源利用的最佳平衡。

4. 法规遵从：在进行电力系统设计时，要充分遵守国家和地方相关的法规和标准。

通过CAD软件中的电力系统规范库，可以快速找到适用的规范和标准，确保设计的合规性。

三、能源系统设计能源系统设计是为了满足建筑、工厂或其他场所的能源需求。

在CAD中进行能源系统设计时，我们需要考虑以下几个方面：1. 太阳能系统设计：太阳能系统作为一种可再生能源，受到越来越多的关注。

在CAD中，可以使用太阳能模拟工具，分析建筑物的太阳能潜力，并设计合适的太阳能电池板布局。

2. 风能系统设计：风能系统也是一种重要的可再生能源。

通过CAD软件中的风能模拟工具，可以评估风场的风速和方向，设计合适的风能转换设备布局。

3. 能源传输系统设计：能源传输系统包括输电线路、变电站等设施。

在CAD中，可以使用线路设计工具和设备库，设计和布局能源传输线路和设备。

4. 能源管理系统设计：能源的高效管理对于降低成本和保护环境至关重要。

通过CAD中的能源管理工具，可以监控、控制和优化能源系统的运行。

一种采用能量平衡关系的新型交流电弧炉模型

一种采用能量平衡关系的新型交流电弧炉模型廖延涛;张海龙;王恩荣;黄苗玉【摘要】A novel time-domain differential model is proposed for the alternating current electrical arc furnace (EAF) based on the law of conservation energy.The model is established with arc admittance as a state variable,arc length and current as the input,respectively.The chronological arc radius is introduced as a parameter.In addition,the method to estimate the model parameters is given.Moreover,a real EAF is taken to establish the simulation model of the electrical system.The arc characteristics and the shock response of EAF on the power grid in smelting stage are simulated.The re-sults show that the simulated arc volt ampere characteristics are highly identical with actual measurement data,the active and reactive power shock are consistent with the actual working condition.It proves the accuracy and practicability of the proposed models.%基于能量守恒定律，建立一种以微分方程描述的新型交流电弧炉（EAF）时域模型。

用于电能质量分析的电弧炉仿真模型

用于电能质量分析的电弧炉仿真模型张峰;何新;杨丽君【摘要】基于电弧炉的谐波电压源和谐波电流源模型原理,应用Matlab在频域内搭建了电弧炉模型,通过分析发现,此模型可以很好的应用于出电弧炉的波动性研究中.同时提出对原有应用于谐波研究的电弧炉电阻模型的改进.即将原有的电弧炉电阻公式和后来提出的能量关系综合考虑,推倒得出新的关系式,在此公式的基础上,用Matlab仿真出电弧炉电阻随时间变化的曲线.又在Matlab软件基础上,对目前研究较热的混沌电弧炉模型做了仿真,与文献给出的波形对比发现,此模型可以很好的反应实际状况.最后提出最简单,最适合工程实际的仿真方案.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2013(000)007【总页数】5页(P34-38)【关键词】电弧炉;谐波源;电弧电阻;混沌模型;仿真【作者】张峰;何新;杨丽君【作者单位】燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛 066004;承德供电公司,河北承德067000;燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛 066004【正文语种】中文技术的飞速发展也带动了炼钢工业的飞速前进，同时也对炼钢工业提出了更高的要求，因此，作为炼钢工业重中之重的电弧炉就引发了人们越来越多的关注。

由于电弧炉在炼钢过程中所表现出的强烈随机性和时变性，它成为了对电力系统提出更高要求的重要负荷。

尤其是在炼钢的熔化期，因电弧燃烧的过度不稳定，炉料坍塌，以及电极调节器的调节滞后等问题，会引发电力系统的诸多电能质量问题，其中又以电弧炉产生的谐波对电网影响最大，电压波动，电压闪变，三相不平衡等，归根结底都是由于谐波造成的。

因此建立电弧炉谐波仿真模型对于研究电弧炉与电能质量的关系至关重要。

我国在20世纪80年代后期曾经有一段时间对电弧炉的关注度很高，因此也涌现出了非常多的优秀电弧炉模型，但后来因为诸多技术方面的困难以及理论发展的限制，对电弧炉模型的研究逐渐停滞下来。

不过，在科技发展飞速的今天，电网未来必将面临来自各方面的挑战，电弧炉作为对电网影响巨大的非线性时变电阻的一员，对它的研究是不得不进行的一项任务，通过对电弧炉的研究，我们可以了解更多类似于此的严重影响电网工作的各种设备。

电弧炉系统电弧模型的建立与参数辨识

电弧炉系统电弧模型的建立与参数辨识于丰;毛志忠【摘要】分析了电弧辐射散热规律,并在此基础上考虑炉温变化对电弧特性的影响,建立了电弧炉系统电弧模型.针对炉温难以测量的情况,将电弧随炉温变化的特性等效于电弧的时变性,研究了整个冶炼过程中模型参数的时变情况.在使用现场生产数据对模型参数进行辨识的过程中,针对模型中参数存在相关性的情况,使用基于样条变换的偏最小二乘方法对模型参数进行辨识.辨识结果表明,参数随时间的变化符合以前文献的研究结果以及现场情况,所建立的模型可以全面反映整个冶炼过程中的电弧特性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】4页(P178-181)【关键词】电弧模型;时变性;偏最小二乘回归;参数辨识【作者】于丰;毛志忠【作者单位】东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TF345.5一个准确的电弧炉电弧模型是模拟电弧特性及控制、优化电弧炉系统的基础，对炼钢质量的提高、成本的降低起着重要作用[1].在电弧炉冶炼过程中，尤其是炉内环境变化剧烈的穿井期和熔化期，电弧特性会随炉温的变化而改变，而现有电弧模型的研究[2-5]均未考虑电弧的这一特性；因此这些模型不能反映整个炼钢过程中电弧的时变特性，在电弧炉电能的优化及电极调节的控制等应用中，不能确保整个炼钢过程中模型的准确.鉴于此，本文在分析电弧炉电弧辐射散热的基础上，充分考虑炉温变化对电弧特性的影响，将电弧随炉温变化的特性等价于电弧的时变性，建立了电弧炉电弧模型，并采用基于样条变换的偏最小二乘辨识方法对现场数据进行拟合计算，得到各辨识参数序列在冶炼过程中的变化规律.所得结论与文献结果及现场经验相符，为模型的应用及其进一步研究提供依据.1 模型建立1.1 模型描述电弧炉系统中产生的电弧属于大电流电弧，其特性可以使用局部热平衡假设进行简化，即可以将电弧视为径向上温度不变，轴向上半径相等的圆柱形高温等离子体[6].对于交流电弧，电流交变性对电弧半径有效值产生的影响可以忽略[7].对于大电流电弧，其散失能量的90%以上是通过辐射散热完成的[8]，灰体与外界的辐射换热功率由下式计算：(1)式中：Q为辐射散热功率，W；ε为系统灰度；Sarc为电弧表面积，mm2；Tarc 为电弧温度，K；T为环境温度，即炉温，K.式(1)表达了电弧与电弧炉内的辐射换热情况，其中，表示电弧的辐射散热功率，表示炉内环境对电弧的辐射功率.由于Tarc≫T，炉内环境对电弧的辐射可以忽略.考虑到电弧温度轴向分布不同，沿轴向取dl(见图1)，可以得到单位弧长散失的辐射功率如式(2)所示：dQ散(2)式中：k1为常数；z∈(0，l)；l为弧长，mm；rarc为电弧半径，mm.图1 简化电弧模型Fig.1 Simplified arc model由于假设轴向半径不变，全部电弧辐射散热功率可以表示为Q散(3)根据积分中值定理可得Q散(4)式中z′为在(0，l)间的某个值.在电弧炉系统中，变量rarc，l，Tarc均无法测量，需要研究它们与可测变量间的关系.根据文献[9]使用探针法对高温大电流等离子体物理特性的研究结果，在大电流电弧中，电子温度与探针电流有如下近似关系：(5)式中：ne为电子密度，根据文献[10]可认为是常数；Te为电子温度，K；e为单个电子带电量；mi为离子质量，g；Sp为探针表面积，mm2；n为常数.当Sp=Sarc时，有Ip=Iarc，在局部热平衡假设条件下，有Te=Tarc[11]；因此可以认为式中：Iarc为电弧电流，A；β1和τ为模型参数.根据文献[12]对空气中自然燃炽的电弧半径的研究得出的结论，电弧半径与电弧电流有如下近似关系：(7)综合式(4)，式(6)和式(7)，可得Q散(8)式中k2为模型参数.对于电弧炉系统中产生的电弧，由于其散失能量的90%以上是通过辐射散热完成的，因此忽略其他散热方式，根据能量守恒，认为输入电能等于电弧辐射散热量，即(9)式中k3为模型参数.根据文献[13]对不同材料电极电弧伏安特性曲线的实验研究结果，在大电流碳钢电极电弧情况下，电弧伏安特性有如下近似关系：Uarc=a+bl.(10)式中：Uarc为电弧电压，V；a为电弧阴、阳极电压降，根据文献[14]可以认为a 为一常数，约为40 V；b为电弧压降梯度，V/mm，随炉温变化而变化.可以将式(9)改写为式中式(11)将电弧的辐射散热功率表达为以电弧电流和电压为自变量的函数.在电弧炉系统中，这些变量容易获得，为模型中参数k，a，β的辨识提供了方便条件. 1.2 炉内环境对电弧特性的影响在电弧炉冶炼过程中，炉内温度的变化对电弧特性产生一定影响.炉温的上升使电极发射电子及炉内气体电离化能力增强[15]，导致电弧电压梯度随着炉温的升高而减小.这种电弧梯度的变化体现在单位长度电弧电阻的变化上，即单位弧长的电阻不断减小.在目前建立的电弧模型中大都没有提及炉内温度变化对电弧特性的影响，这主要是由于冶炼过程中导致电弧特性变化的主要因素炉温难以测量，无法得到炉温与电弧特性变化的直接关系.为了研究炉温与电弧特性之间的关系，需要对电弧炉系统作适当假设，即由于电弧炉通常使用恒功率冶炼策略，可以近似认为炉内温度匀速升高.这一假设将电弧随炉温的变化特性等价于电弧的时变性，避免了炉温数据的缺失给研究带来的不便.基于此，可以将电弧特性随炉温的变化体现于模型参数随时间的变化上，即将式(11)改写为(12)相对于文献[2-5]，该模型将电弧视为可变负载，更加全面、真实地反映了电弧炉系统中电弧的特性.2 参数辨识为进一步研究电弧的时变特性，需要对模型中参数进行辨识，首先对电弧炉系统进行简单介绍.2.1 电弧炉供电系统在电弧炉系统中，将短网中软电缆、导电横臂及碳电极视为纯电阻，电弧视为耗电负载；考虑到短网自感，电弧炉供电系统单相主回路经过简化后等效为R-L电路，有(13)(14)式中：Up为变压器二次侧电压，V；Rd为短网电阻，Ω；Xd为短网电感，Ω；Pp为变压器二次侧输出功率，W.2.2 模型参数辨识在工业现场，可以得到的数据有变压器二次侧输出功率及电压Up、电流有效值Iarc；短网电阻、电感值可以通过设备手册查询；通过式(13)，(14)可以得到电弧电阻Uarc以及电弧功率Parc.使用数据Iarc，Uarc和Parc，可以辨识模型参数并研究电弧的时变性，对模型结构的合理性进行验证.对于参数辨识策略，由于参数存在时变性，不能使用批量算法对测量数据进行统一辨识；同时考虑到参数的慢时变性以及现场测量数据存在噪声，可以将辨识数据分成时间上等长的若干段，对每段内的数据进行一次参数辨识，由此得到一组辨识参数序列.通过观察各个参数序列的变化趋势研究温度变化对电弧特性的影响.由于自变量电弧电流、电压之间存在严重的相关性，使用最小二乘等仅以估计偏差和最小为目标的辨识方法不能得到正确反映炉温变化对电弧特性影响的参数辨识结果.偏最小二乘(PLS)方法在自变量中逐次提取综合成分，得到对因变量解释能力最强同时又最能概括自变量集合信息且彼此独立的综合变量，避免了电弧电流、电压之间因多重相关性对辨识结果造成的影响，因此本文使用该方法对模型参数进行辨识.式(12)为非线性表达式，不能直接使用PLS方法，先要对其进行处理.将式(12)两边取对数：lgParc=lgk(t)+β(t)lgIarc+lg(Uarc-a)，(15)可见，由于非线性项lg(Uarc-a)的存在，式(12)仍然无法转化成线性形式.令β(t)lgIarc=f(Iarc)，lg(Uarc-a)=g(Uarc)，lgk(t)=λ0，lgParc=y，有y=λ0+f(Iarc)+g(Uarc).(16)对于如式(16)所示的非线性函数辨识问题，采用基于样条变换的偏最小二乘方法，可以将f(Iarc)和g(Uarc)表达为光滑对接的分段样条函数：(17)(18)式中：γi为模型待定参数；Mi为样条函数段数；ξi为样条函数内节点；hi为样条函数宽度；i=I，U.选取Ω3为3次B样条函数.经过PLS方法进行参数辨识后，能得到满意的因变量拟合效果，同时还可以对式(17)和式(18)进行较好的还原，并得到参数λ0以及f(Iarc)和g(Uarc)两项的估计值.辨识参数估计值和使用最小二乘法即可.使用上述方法，选取3个炉次记录的数据对参数进行辨识.将每一炉次记录的数据按时间等分为100段，每段进行一次辨识计算.由此，三相交流电弧炉中A，B，C 相电极在每一炉次可以得到一组参数序列.限于篇幅，这里只给出1炉次辨识结果，如图2所示；各相电极功率拟合均方误差分别为0.010 56，0.013 47，0.024 90. 可见，随着时间的推移，参数k(t)和β(t)序列都表现出相同的变化趋势.根据文献[16-17]以及现场经验，电弧压降梯度b(t)随炉温升高而逐渐减小，其值在冶炼初期与末期相差近10倍.由于k(t)=k3/b(t)，k3为常数，从图中可见k(t)值逐渐增大，且变化范围与b(t)相同，亦约为10倍，符合文献结果及现场经验，体现了电弧压降梯度随炉温变化的特点；参数β(t)值逐渐降低，表明在冶炼初期，电流对电弧特性的影响要大于冶炼末期.参数a序列在40附近浮动，并没有随炉温变化而显著变化，符合文献[10]中a为常数以及在碳、钢电极下约为40的结论.拟合均方误差表明，该模型可以对原数据进行较好的拟合，验证了模型结构的合理性.图2 参数辨识结果Fig.2 Parameter identification r esults×—A相参数；●—B相参数；○—C相参数.3 结论本文建立了一种电弧炉系统中的电弧模型，该模型将炉温对电弧特性的影响体现在各待定参数随时间的变化上.通过使用适当的辨识方法得到的各参数随炉温变化的趋势及范围，完全符合文献结果及现场经验.对电弧功率的拟合结果表明了自变量选取及模型结构选择的合理性以及参数随炉温时变这一建模思路的可行性.该模型的建立更加全面地反映了电弧炉炼钢过程中的电弧特性，对电弧随炉温变化的现象有了更深入的了解.参考文献：[1] Zheng T，Makram E.An adaptive arc furnace model[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2000，15(3)：931-939.[2] Golshan M，Samet H.Updating stochastic model coefficients for prediction of arc furnace reactive power[J].Electric Power Systems Research，2009，79(7)：1114-1120.[3] Hauksdottir A S，Gestsson A，Vesteinsson A.Current control of a 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基于PSCAD的电力系统稳态分析课程设计

基于PSCAD的电力系统稳态分析课程设计摘要随着科技的发展，电力已经和人们的生活密切相关，而建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。

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本设计采用电力系统仿真软件pscad，可以直观地看出电力系统运行时的潮流分布，从而完成课程设计的要求。

关键词：潮流计算；稳态分析；pscad目录摘要.......................................................................................I 1 课题内容要求及目的...............................................................1 1.1课题要求.................................................................................1 1.2课题内容.................................................................................1 1.3 课题目的.................................................................................2 2 牛顿拉夫逊法简介.....................................................................2 2.1牛顿拉夫逊法原理..................................................................2 2.2潮流计算流程图.....................................................................3 3方案设计....................................................................................4 3.1方案概述.................................................................................4 3.2课题设计图........................................................................4 4系统调试与仿真........................................................................5 4.1pscad简介..............................................................................5 4.2仿真调试.................................................................................6 5总结..........................................................................................7 参考文献....................................................................................8 附录 (9)1课题内容要求及目的1.1 课题要求（1）熟悉PSCAD软件；（2）编写潮流计算流程图；（3）建立系统接线图的仿真过程；（4）得出仿真结果。