CN107294109A - 钢铁冶炼智能电网节能补偿系统 - Google Patents

钢铁冶炼智能电网节能补偿系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，所述系统包括电网信号检测装置、系统保护装置、DSP‑FFT处理器、补偿控制装置、并网电感变压器、电力变换控制装置、SPWM变换器、电炉信号检测装置、A/D变换器、吹氧流量控制器、通信报警装置；本发明利用DSP控制SPWM变换器把谐波与无功电力转换为有功电力回送电网，利用SPWM变换器控制智能有源滤波器，对电网谐波与无功电力进行变换与补偿，具有高效率的节能节电节氧效果与高速高质量的电网补偿效果，节能减排，提高电网质量，可以广泛的适用于钢铁铝锰镍钛锌等金属冶炼系统。

Description

钢铁冶炼智能电网节能补偿系统
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域的一种钢铁铝镍锰钛等金属冶炼电力智能有源滤波器系统，具体地说，涉及的是一种钢铁冶炼智能电网节能补偿系统。
背景技术
随着世界能源危机的发展，发明新的能源是世界科学重要命题，同时节约现有能源是科学界当前重要的研究课题。因为发明新能源尚需时日，而节约现有能源却是目前世界当务之急。目前金属冶炼是世界耗电量最大，因此节能减排当从金属冶炼高耗能领域首当做起。我国钢铁冶炼领域是利用高频炉与电弧炉进行电高温溶化与电解冶炼生产。高频炉与电弧炉产生大量的高次谐波与无功电力对电网造成极大的干扰与危害；电炉在初装炉状态电流较小，溶化成铁水状态时电极之间近似于短路状态，两种工作状态负荷电流相差几十或上百倍，使电网电压与电流造成大幅度的浮动，对电网造成极大的冲击，使电网与供电系统产生极大的波动，严重的影响电网的供电质量。
目前，钢铁冶炼系统采用最多的是LC滤波器与分段投切滤波器及SVG与SVC，补偿精度低，易于产生谐振，且体积大、补偿精度低，耗电量大、无法满足电力系统的需要。
经对现有技术的文献检索发现，申请号为201220183143，该专利公开了一种电力有源滤波器，其包括：实时检测电路，通过对负载的电流进行实时检测，得到负载电流波形，根据实时检测电路的分析结果，从而获得需要补偿的谐波电流成分；控制补偿电路对谐波电流的抵消；将需要补偿的谐波电流成分反向，通过IGBT逆变器，将反向电流注入供电系统中；实现滤除谐波功能。但该方式补偿精度低，耐压低，容量小，可靠性差。
检索中还发现，申请号为201020254744的实用新型专利，提出一种混合型有源滤波器。该滤波器包括一次系统部分和二次系统部分，所述一次系统部分包括串联的有源滤波器和无源滤波器。但有源滤波器不能承受电网交流电源的基波电压，装置容量小，不能适用高电压大容量电力系统。
申请人申请的中国专利CN201310492608.6，公开了一种有源电网高次谐波与无功电力补偿节能装置，主要针对电网普遍负荷共同特点所产生的高次谐波与无功电力进行电网谐波与无功电力补偿节能装置。但是因为钢铁冶炼电弧炉与高频炉的特殊结构与工况所产生的谐波与无功电力及电弧炉的频繁的限流断闸对电网冲击的特点，这样的装置不能适用于钢铁冶炼等领域。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，能够满足钢铁冶炼电弧炉与高频炉的特殊结构与工况所产生的谐波与无功电力及电弧炉的频繁的限流断闸对电网冲击、电炉吹氧与炉温以及对电炉吹氧流量控制等特殊性要求。
为实现上述目的，本发明所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，包括：电网信号检测装置、系统保护装置、DSP-FFT处理装置、补偿控制装置、并网电感变压器、电力变换控制装置、SPWM变换器、电炉信号检测装置、A/D变换器、吹氧流量控制器、通信报警装置；其中：
电网信号检测装置，用于检测电网与冶炼电变压器之间的高压输电母线的电压、电流及高压电网运行状态检测，分别把母线高压电压与传输电流转换成低压模拟电压信号输入到A/D变换器；
补偿控制装置，输入端连接DSP-FFT处理装置并受DSP-FFT处理装置控制，补偿控制装置输出端连接控制并网电感变压器，控制并网电感变压器与各次谐振调节控制电感始终工作在最佳谐振状态；
电力变换控制装置，输入端连接DSP-FFT处理装置并受DSP-FFT处理装置控制，电力变换控制装置输出端连接控制SPWM变换器，由SPWM变换器把谐波无功转换为有功电力由并网电感变压器回送电网，产生最大的节电效果；
在钢铁冶炼电炉与冶炼变压器之间的连接母线上连接电炉信号检测装置，电炉信号检测装置检测电炉母线电压、电炉电流、电炉温度与电炉高压吹氧流量，并将信号输出到A/D变换器，由A/D变换器把模拟电压信号转换成数字信号传输到DSP-FFT处理装置；
DSP-FFT处理装置，接受A/D变换器的输出信号，对电力系统的高次谐波与无功电力的成分进行检测与分析，计算出各次高次谐波与无功电力的幅值、频率与相位，计算出补偿控制装置与电力变换控制装置的控制参数与指令，并计算出系统保护装置与通信报警装置的控制指令；由补偿控制装置与SPWM变换器组成各次谐波和无功电力补偿装置，构成输出补偿电压、频率、相位控制可调的智能有源动态补偿装置；由DSP-FFT处理装置控制电力变换控制装置与SPWM变换器，将谐波和无功电力转换为有功电力回送电网；
吹氧流量控制器，检测电炉内吹氧流量，连接DSP-FFT处理装置，由DSP-FFT处理装置控制吹氧流量控制器产生最佳的吹氧量与电炉内温度，由此产生最佳的钢铁质量。
本发明将电网谐波与无功电力转换为有功电力回送电网，节约大量的电力，同时利用高速DSP-PWM变换器产生谐波无功补偿电压，对电网与金属冶炼系统产生的谐波与无功电力进行高速高精度补偿，消除电力系统干扰与波动，提高电网质量，提高电力系统与冶炼系统的稳定性与安全性，具有巨大的节能减排效果，本发明具有体积小，节电节氧效果好，补偿精度高，稳定性与安全性好，适应于各类动态瞬时变化的电力系统与钢铁金属冶炼系统。
优选地，所述DSP-FFT处理器，对电网信号与电炉信号进行计算分析，计算出电网与冶炼变压器及电炉电压与电流的各次高次谐波与无功电力的幅值与相位，并根据计算结果确定出各补偿控制器的参数与控制指令，并将其送到补偿控制装置、电力变换控制装置和吹氧流量控制器。
优选地，所述电网信号检测装置与电炉信号检测装置把电网系统信号与冶炼变压器与冶炼电炉的高电压大电流信号变换为A/D变换器能够接受的低压模拟信号，由A/D变换器变换为数字信号送入DSP-FFT处理器；DSP-FFT处理器经过计算和分析将补偿控制指令送到补偿控制装置，由补偿控制装置控制PWM变换器产生各次谐波补偿电压，对电网中残余谐波电压进行补偿；所述电力变换控制装置控制PWM变换器与并网电感变压器，把电网与冶炼系统所产生的谐波与无功电力转为有功电力回送电网；同时DSP-FFT处理器与电网补偿控制装置、控制SPWM变换器产生谐波与无功补偿电压，由并网电感变压器7输入电网与冶炼变压器，对变换后残余谐波电压与无功电力进行补偿。
优选地，所述并网电感变压器包括隔离开关、高压谐振电感绕组、电感控制绕组、电能回送电感绕组、高压电容、谐振补偿绕组以及变压绕组；并网电感变压器与谐波无功补偿控制装置连接，由补偿控制装置控制电感控制绕组；电感控制绕组调节控制谐振电感绕组的电感量，高压谐振电感绕组与高压电容连接构成各次谐振电路，使其针对各次谐波阻抗为零，始终工作在最佳谐振状态，使各次谐波电力全部流入SPWM变换器的整流器；SPWM变换器将谐波与无功电力转换为与电网同频率同相位的有功电力，由电能回送电感绕组与变压绕组回送电网。
优选地，所述DSP-FFT处理器通过电网信号检测装置与电炉信号检测装置对电网与电炉工作装置实时监控，当电网出现故障时，DSP-FFT处理器控制系统保护装置，操作隔离开关，切离并网电感变压器与整个补偿系统，同时由通信报警装置向上级电网监控系统发出控制与报警信号；同样，当补偿系统发生故障时，DSP-FFT处理器瞬时控制系统保护装置，操作-隔离开关，把整个补偿系统切离电网。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明针对钢铁冶炼电炉、高频炉等金属冶炼电炉系统的瞬时多变特性所产生的高次谐波与无功电力，利用高速DSP控制SPWM变换器，把谐波与无功电力转换为有功电力回送电网，提高功率因数，具有巨大的节能效果，同时对电力系统谐波与无功电力进行高速高精度补偿，消除电网干扰与波动，提高电网质量，提高电网与钢铁冶炼系统的稳定性与安全性。利用DSP控制电炉吹氧流量控制器高效的调控炉温，提高炼钢质量，缩短冶炼时间，节约大量吹氧量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一较优实施例的系统结构框图；
图1中：1为钢铁冶炼电炉，2为冶炼变压器、3为电网信号检测装置、4为A/D变换器、5为DSP-FFT处理器、6为补偿控制装置、7为并网电感变压器，8为电力变换控制装置，9为SPWM变换器，10为电炉信号检测装置，11为系统保护装置，12为吹氧流量控制器，13为通信报警装置；
图2为本发明一较优实施例的并网电感变压器结构图；
图2中：7为并网电感变压器，7-0为隔离开关，7-1为高压谐振电感绕组，7-2为电感控制绕组，7-3为电能回送电感绕组，7-4为谐振补偿绕组，7-5为变压绕组；C1为高压电容；9-0为整流器，9-1为有功转换SPWM变换器，9-2为谐波补偿SPWM变换器，9-3为电感调节SPWM变换器；
图3本发明一实施例的系统原理图；
图4本发明一实施例针对钢铁冶炼电弧炉与高频炉负荷检测装置结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种钢铁及其他金属冶炼智能电网节能补偿系统，该系统对电网与金属冶炼系统产生的高次谐波与无功电力转换为有功电力回送电网，节约大量的电力，同时针对谐波与无功电力进行高速高精度补偿，消除电网干扰与波动，提高电网稳定性和安全性，节能减排，提高电网质量，降低变压器噪音与温度，降低变压器损耗与线路损耗，节约大量的电能，大大增加供电与用电设备的寿命。
如图1所示，为本发明钢铁与金属冶炼智能电网节能补偿系统的结构框图，所述系统包括电网信号检测装置3、A/D变换器4、DSP-FFT处理器5、补偿控制装置6、并网电感变压器7、电力变换控制装置8、SPWM变换器9、电炉信号检测装置10、系统保护装置11、吹氧流量控制器12、通信报警装置13；其中：
电网信号检测装置3，用于检测电网与冶炼变压器2之间的高压输电母线的电压、电流及高压电网运行状态检测，分别把母线高压电压与传输电流转换成低压模拟电压信号输入到A/D变换器4；
补偿控制装置6，输入端连接DSP-FFT处理器5并受DSP-FFT处理器5控制，补偿控制装置6输出端连接控制并网电感变压器7，控制并网电感变压器7与各次谐振调节控制电感始终工作在最佳谐振；
电力变换控制装置8，输入端连接DSP-FFT处理器5并受DSP-FFT处理器5控制，电力变换控制装置8输出端连接控制PWM变换器9，由SPWM变换器9把谐波无功转换为有功电力由并网电感变压器7回送电网，产生最大的节电效果；
在钢铁冶炼电炉1与冶炼变压器2之间的连接母线上连接电炉信号检测装置10，电炉信号检测装置10检测电炉母线电压、电炉电流、电炉温度与电炉高压吹氧流量，并将信号输出到A/D变换器4，由A/D变换器4把模拟电压信号转换成数字信号传输到DSP-FFT处理器5；
DSP-FFT处理器5，接受A/D变换器4的输出的数字信号，对电力系统的高次谐波与无功电力的成分进行检测与分析，计算出各次高次谐波与无功电力的幅值、频率与相位，计算出补偿控制装置6与电力变换控制装置8的控制参数与指令，并计算出系统保护装置11与通信报警装置13的控制指令；由补偿控制装置6与SPWM变换器9组成各次谐波和无功电力补偿装置，构成输出补偿电压、频率、相位控制可调的智能有源动态补偿装置；由DSP-FFT处理器5控制电力变换控制装置8与SPWM变换器9，将谐波和无功电力转换为有功电力回送电网；
吹氧流量控制器12，检测电炉内吹氧流量，连接DSP-FFT处理器5，由DSP-FFT处理器5控制吹氧流量控制器12产生最佳的吹氧量与电炉内温度，由此产生最佳的钢铁质量，节约大量的氧气。
上述的补偿系统，其电网与冶炼变压器2、钢铁冶炼电炉1(如钢铁冶炼电弧炉，高频炉，工频炉，包括精炼加工保温炉与加温炉等)的检测装置由电网信号检测装置3、电炉信号检测装置10、吹氧流量控制器12等构成。
作为一个优选实施方式，电网信号检测装置3包含：电网电压测量变换器3-1；电流互感器3-2；电炉信号检测装置10包含：电炉电压测量变换器10-1；电流互感器10-2，电炉温度传感器10-3，压力传感器10-4，构成对电网与冶炼变压器和冶炼电炉的电压、电流、电炉吹氧流量、炉内温度、压力的测量系统。
具体的，所述电网信号检测装置3，包含高电压检测变换装置3-1与电流传感器3-2，分别把母线电压与电流转换成低压模拟电压信号输入到A/D变换器4。
具体的，如图4所示，所述电炉信号检测装置10包含电炉电压传感器10-1、电炉电流传感器10-2、电炉温度传感器10-3与电炉注氧流量传感器10-4；其中：
电炉电压传感器10-1，把电炉母线电压转换为A/D变换器4所能接受的低压模拟电压信号输入到A/D变换器4，由A/D变换器4把模拟电压信号转换成数字信号传输到高速数据DSP-FFT处理器5；
钢铁冶炼电炉1与冶炼变压器2之间的连接母线电流，通过电炉电流传感器10-2，把母线电流信号转换为电压信号输入到A/D变换器4，由A/D变换器4转换成数字信号传输到高速DSP-FTT处理器5；
电炉温度传感器10-3把电炉内超高温度转换为电压信号输入到A/D变换器4；
电炉注氧流量传感器10-4把电炉吹氧压力与吹氧流量转换为低压模拟电压信号输入到A/D变换器4，由A/D变换器4把模拟电压信号转换成数字信号传输到DSP-FFT处理器5。
上述实施例中：电网信号检测装置3与电炉信号检测装置10将电网与冶炼变压器和电炉状态信号变换为A/D变换器4能够接受的低压模拟信号，由A/D变换器4变换为数字信号送入DSP-FFT处理器5，由DSP-FFT处理器5对电网与电炉信号进行DSP-FFT计算与分析，计算出电网与电炉的电压、电流及各次谐波与无功电力的幅值与相位，计算出各补偿控制器的参数与控制指令；由DSP-FFT处理器5控制电力变换控制装置8；由电力变换控制装置8控制SPWM变换器9与并网电感变压器7，将电网与冶炼系统谐波与无功电力转为有功电力回送电网；同时DSP-FFT处理器5控制补偿控制装置6，谐波补偿SPWM变换器9-2产生谐波补偿电压，补偿电压由并网电感变压器7送入电网，对电网残余谐波电压进行补偿，提高电网质量，消除电网干扰与波动，提高钢铁冶炼系统与电力系统的稳定性与完全性，提高电网质量。
所述电力变换控制装置8控制SPWM变换器9与并网电感变压器7，把电网与冶炼系统所产生的谐波与无功电力转为有功电力回送电网；同时DSP-FFT处理器5与电网补偿控制装置6控制SPWM变换器9产生谐波与无功补偿电压，由并网电感变压器7输入电网与冶炼变压器2，对转换后残余谐波电压与无功电力进行补偿。
作为一个优选实施方式，所述DSP-FFT处理器5包括高速DSP运算器与FFT处理器，其中：DSP-FFT处理器5对电网信号进行FFT分析，计算出电网与电炉的电压电流的各次谐波成分与无功电力幅值与相位，计算出各补偿控制器的参数与控制指令，把补偿控制指令送到补偿控制装置6；利用补偿控制装置6控制SPWM变换器9产生各次谐波与无功电力的补偿电压，由电能回送变压绕组7-5送入电网，对电网中残余谐波与无功电压进行高速高精度补偿，提高电网质量，消除电网干扰与波动，提高钢铁冶炼系统与电力系统的稳定性与完全性，达到高速高精度补偿效果。
作为一个优选实施方式，如图2所示，所述并网电感变压器7，包括隔离开关7-0、高压谐振电感绕组7-1、电感控制绕组7-2、电能回送电感绕组7-3、谐振补偿绕组7-4以及变压绕组7-5；并网电感变压器7与谐波无功补偿控制装置6连接，由补偿控制装置6控制电感控制绕组7-2，电感控制绕组7-2调节控制谐振电感绕组7-1的电感量，高压谐振电感绕组7-1与高压电容C1连接构成各次谐振电路，使其针对各次谐波阻抗为零，始终工作在最佳谐振状态，使各次谐波电力全部流入SPWM变换器9的整流器9-0；SPWM变换器9将谐波与无功电力转换为与电网同频率同相位的有功电力，由电能回送电感绕组7-3与变压绕组7-5回送电网，提高电网功率因数，节约大量的电能。谐振补偿绕组7-4是针对谐波与无功电力转换为有功电力后的残余谐波进行高速高精度补偿，SPWM变换器9输出的补偿电压通过谐振补偿绕组7-4产生各次谐波补偿电压，由谐振补偿绕组7-4与变压绕组7-5构成升压变压器，由变压绕组7-5升压后送入电网或冶炼变压器2。
所述PWM变换器9由整流器9-0、有功转换SPWM变换器9-1、谐波补偿SPWM变换器9-2、电感调节SPWM变换器9-3构成。
本实施例中：由高压谐振电感绕组7-1与高压电容C1连接，构成谐振滤波器，谐波阻抗为零，谐波与无功流入SPWM变换器9的整流器9-0，由有功转换SPWM变换器9-1把谐波与无功电力变换有功电力，由变压绕组7-5升压送入电网。电网谐波与无功电力转换后的残余谐波由谐波补偿SPWM变换器9-2进行谐波补偿，产生各次谐波补偿电压，由变压绕组7-5升压送入电网，对电网残余谐波电压进行高速高精度补偿。
本实施例中：电感控制绕组7-2是高压谐振电感绕组7-1的控制绕组，由补偿控制装置6与电感控制绕组7-2控制调节高压谐振电感绕组7-1的电感量L1，与高压电容C1构成谐振滤波器，使其始终工作在最佳谐振状态，使各次谐波的阻抗为零，使各次谐波全部流入SPWM变换器9的整流器9-0，由电力变换控制装置8控制有功转换SPWM变换器9-1与电能回送电感绕组7-3，把谐波与无功电力转换为与电网同频率同相位的有功电力，由变压绕组7-5回送电网，提高电网功率因数，节约大量的电能。
所述DSP-FFT处理器5控制补偿控制装置6，由补偿控制装置6控制有功转换SPWM变换器9-1把电力系统的无功电力变换为与电网电压同相位同频率的有功电力，由电力回送变压绕组7-5回送电网。
本实施例中，所述电感控制绕组7-2，当电网与生产负载变动或电网谐波频率变化，DSP-FFT处理器5控制补偿控制装置6，由补偿控制装置6谐振电感控制绕组7-2，再由电感控制绕组7-2控制调节高压谐振电感绕组7-1的L1值，由此控制L1与高压电容C1的谐振频率始终工作在最佳谐振点。本发明由DSP-FFT处理器5与补偿控制装置6与SPWM变换器9，控制电感控制绕组7-2，由电感控制绕组7-2控制高压谐振电感绕组7-1的电感L1的值，使智能滤波器L1与C1跟踪电网与负载的动态变化始终工作在各次高次谐波的最佳谐振点，对电网谐波电力产生最佳的吸收转换与补偿效果。
所述隔离开关7-0，当电网发生故障或过电压时，或补偿装置发生故障、过压、过流或短路时，由DSP控制，瞬时断开高压隔离开关7-0，切离补偿系统，起到隔离保护作用。
本发明上述的系统中，由电炉信号检测装置10与吹氧流量控制器12构成吹氧测控系统，由电炉信号检测装置10与吹氧流量控制器12测出电炉温度与吹氧流量，由DSP-FFT处理器5计算出炉温增量与注氧增量，控制吹氧流量控制器12调节电炉的吹氧量和电炉内温度，使冶炼电炉达到最佳的炼钢质量与最佳吹氧量，时期缩短冶炼时间，提高出钢量与炼钢质量，节约大量的电能与氧气。
如图3所示，本发明上述的系统中，由电网信号检测装置3，与电炉信号检测装置10，吹氧流量控制器12，构成系统故障检测装置，当电网或冶炼变压器与冶炼电炉出现短路、过电压、过电流、炉温过高，出现故障，由DSP-FFT处理器5控制高灵敏系统保护装置11控制高压隔离开关7-0，把补偿系统切离电网；同样当本系统出现故障时，由DSP控制系统保护装置11驱动并网电感变压器隔离开关7-0，把本系统即时切离电网，同时由DSP-FFT处理器5与通信报警装置13向相关部门与装置发出报警信号。避免电网与补偿系统相互影响，使补偿装置不受损害。
电网谐波与无功电力转换后的残余谐波，由谐波补偿控制装置6控制PWM变换器9产生各次谐波补偿电压，并由变压绕组7-5升压送入电网，对电网中残余谐波与无功电力进行高速高精度补偿。
当电网出现或本系统出现故障，或出现过电压或过电流问题时，由DSP-FFT处理器5与系统保护装置11驱动隔离开关7-0，断开切出并网电感变压器7，使本系统脱离电网或供电变压器，当故障排除或过电压过电流恢复正常范围时，DSP-FFT处理器5可控制系统保护装置11驱动隔离开关7-0合闸，使本系统自动并网运行，也可手动恢复隔离开关7-0合闸并网运行。
图中14为显示器，用于显示DSP-FFT处理器5的处理结果与电网与钢铁冶炼系统状态与数据。
本发明利用网络谐振控制原理与智能控制技术理论，研究成功智能电网节能补偿系统，并把本发明成功的应用于钢铁冶炼电炉(高频炉与电弧炉等)金属冶炼系统领域。本发明针对钢铁冶炼系统特殊工况特性所产生的浪涌电压与冲击电流进行抑制，对电网与高频炉与电弧炉所产生的高次谐波和无功电力进行高精度补偿，并把高次谐波电力与无功电力转换成有功电力回送电网，节约大量的电力与吹氧量，有效的抑制电力系统浪涌电压和电流对电力系统的冲击，大大降低供电变压器噪音与温度，提高变压器的绝缘强度与使用寿命，减小变压器震动与噪音，节能减排，增加电网的稳定性和安全性，提高电网与供电系统质量。补偿后，提高了炼钢电弧炉冶炼拉弧效果，使炉温稳定，提高了出钢率和产钢量，提高了炼钢质量，缩短每炉钢的冶炼时间，吨钢耗电量与吹氧量大大降低，节约大量的电力与能源。
本发明的系统结构合理、运行性能稳定，补偿精度高，速度快，节能效率高，输出电压高功率大，可以用于220KV以下的各类电网与各类金属冶炼系统，便于组装维护，从而克服了现有技术中的不足，并具有以下特点：
1.采用高速DSP-FFT处理器5对电力系统进行检测与分析，利用高速DSP-FFT处理器计算出各次高次谐波与无功电力的幅值,频率与相位。
2.由DSP-FFT处理器5控制电力变换控制装置与智能补偿系统，组成各次谐波和无功电力补偿装置，构成输出补偿电压、频率、相位控制可调的智能动态补偿装置。
3.由DSP-FFT处理器5控制电力变换控制装置与SPWM变换器，把谐波和无功电力转换为有功电力回送电网，节约大量的电能。
4.具有对电网与电力系统的电流电压和功率因数检测与故障分析。
5.具有过压、过流、过载、雷击等保护与系统故障保护功能。
6.本发明对高次谐波和无功电力高精度补偿，并对电弧炉生产过程中对负荷变化所造成的电流冲击与系统电压进行抑制，减少对电力系统冲击，提高了电网的功率因数,提高电网与冶炼系统的稳定性与安全性，提高电网质量，节能减排，节约大量电力和氧气，具有巨大节能效果和经济效益与社会效益。
本发明与LC滤波器和分段投切补偿装置及SVC与SVG相比，LC滤波器与SVC与SVG对电网冲击电流大，易于产生共振，易爆易损坏，体积大耗电量大。
本发明动态特性好，补偿精度高，提高功率因数，节约大量电能，提高电力系统的稳定性与安全性。在同样补偿容量时，体积仅是LC滤波器与分段投切补偿装置的六分之一，仅是SVC与SVG体积的四分之一。本发明适应于各种钢铁金属冶炼系统、氧化铝与电解铝系统、机械加工与动力系统、风力发电场、炼油厂、电车铁路，发电厂与供电网系统。
本装置针对电网与生产系统所产生的高次谐波与无功电力进行补偿，抑制冶炼系统负荷变化所造成的电网电流冲击，消除电网电压浮动对电网造成的干扰与危害，减少变压器与电力系统噪音与震动，降低设备的温度，提高了电力系统和设备的稳定性与安全性，综合效果显著。
本发明符合国际国内提倡节能降耗的社会发展趋势，具有广阔的发展前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容，并在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述系统包括电网信号检测装置(3)、A/D变换器(4)、DSP-FFT处理器(5)、补偿控制装置(6)、并网电感变压器(7)、电力变换控制器(8)、SPWM变换器(9)、电炉信号检测装置(10)、系统保护装置(11)、吹氧流量控制器(12)、报警通信装置(13)；其中：
电网信号检测装置(3)，用于检测电网与冶炼电变压器(2)之间的高压输电母线的电压、电流及高压电网运行状态检测，分别把母线高压电压与传输电流转换成低压模拟电压信号输入到A/D变换器(4)；
补偿控制装置(6)，输入端连接DSP-FFT处理器(5)并受DSP-FFT处理装置(5)控制，补偿控制装置(6)输出端连接控制并网电感变压器(7)，控制并网电感变压器(7)与各次谐振调节控制电感始终工作在最佳谐振；
电力变换控制装置(8)，输入端连接DSP-FFT处理器(5)并受DSP-FFT处理装置(5)控制，电力变换控制装置(8)输出端连接控制SPWM变换器(9)，由SPWM变换器(9)把谐波无功转换为有功电力由并网电感变压器(7)回送电网；
电炉信号检测装置(10)，连接在钢铁冶炼电炉(1)与冶炼变压器(2)之间的连接母线上，用于检测电炉母线电压、电炉电流、电炉温度与电炉高压吹氧流量，并将信号输出到A/D变换器(4)，由A/D变换器(4)把模拟电压信号转换成数字信号传输到DSP-FFT处理装置(5)；
DSP-FFT处理器(5)，接受A/D变换器(4)的输出信号，对电力系统的高次谐波与无功电力的成分进行检测与分析，计算出各次高次谐波与无功电力的幅值、频率与相位，计算出补偿控制装置(6)与电力变换控制装置(8)的控制参数与指令，并计算出系统保护装置(11)与报警通信装置(13)的控制指令；由补偿控制装置(6)与SPWM变换器(9)组成各次谐波与无功电力补偿装置，构成输出补偿电压、频率、相位控制可调的智能补偿控制装置；由DSP-FFT处理器(5)控制H/P电力变换控制装置(8)与SPWM变换器(9)，将谐波和无功电力转换为有功电力回送电网；
吹氧流量控制器(12)，检测电炉内吹氧流量，连接DSP-FFT处理装置(5)，由DSP-FFT处理器(5)控制吹氧流量控制器(12)产生最佳的吹氧量与电炉内温度。
2.根据权利要求1所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述电网信号检测装置(3)，包含高电压检测变换装置(3-1)与电流传感器(3-2)，分别把母线电压与电流转换成低压模拟电压信号输入到A/D变换器(4)。
3.根据权利要求1所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述电炉信号检测装置(10)，包含电炉母线电压检测变换器(10-1)、电炉电流传感器(10-2)、电炉温度传感器(10-3)与电炉高压吹氧流量传感器(10-4)；其中：
电炉母线电压检测变换器(10-1)，把电炉母线电压转换为A/D变换器(11)所能接受的低压模拟电压信号输入到A/D变换器(11)，由A/D变换器(4)把模拟电压信号转换成数字信号传输到高速数据DSP-FFT处理器(5)；
电炉电流传感器(10-2)，将钢铁冶炼电炉(1)与冶炼电变压器(2)之间的连接母线电流信号转换为电压信号输入到A/D变换器(4)，由A/D变换器(4)转换成数字信号传输到高速DSP-FTT处理器(5)；
电炉高温传感器(10-3)，将电炉内温度转换为电压信号输入到A/D变换器(4)；
电炉高压吹氧流量传感器(10-4)，将电炉吹氧压力与吹氧流量转换为低压模拟电压信号输入到A/D变换器(4)，由A/D变换器(4)把模拟电压信号转换成数字信号传输到DSP-FFT处理器(5)。
4.根据权利要求1所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述DSP-FFT处理器(5)，对电网信号与电炉信号进行计算分析，计算出电网与冶炼变压器及电炉电压与电流的各次高次谐波与无功电力的幅值与相位，并根据计算结果确定出各补偿控制器的参数与控制指令，并将其送到补偿控制装置(6)、电力变换控制装置(8)和吹氧流量控制器(12)。
5.根据权利要求4所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述电网信号检测装置(3)与电炉信号检测装置(10)把电网系统信号与冶炼变压器(2)与钢铁冶炼电炉(1)的高电压大电流信号变换为A/D变换器(4)能够接受的低压模拟信号，由A/D变换器(4)变换为数字信号送入DSP-FFT处理器(5)；DSP-FFT处理器(5)经过计算和分析将补偿控制指令送到补偿控制装置(6)，由补偿控制装置(6)控制SPWM变换器(9)产生各次谐波补偿电压，对电网中残余谐波电压进行补偿；
所述电力变换控制装置(8)控制SPWM变换器(9)与并网电感变压器(7)，把电网与冶炼系统所产生的谐波与无功电力转为有功电力回送电网；同时DSP-FFT处理器(5)与电网补偿控制装置(6)，控制SPWM变换器(9)产生谐波与无功补偿电压，由并网电感变压器7输入电网或冶炼变压器(2)，对转换后残余谐波电压与无功电力进行补偿。
6.根据权利要求1所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述并网电感变压器(7)包括隔离开关(7-0)、高压谐振电感绕组(7-1)、高压电容C1、电感控制绕组(7-2)、电能回送电感绕组(7-3)、谐振补偿绕组(7-4)以及变压绕组(7-5)；并网电感变压器(7)与补偿控制装置(6)连接，由补偿控制装置(6)控制电感控制绕组(7-2)；电感控制绕组(7-2)调节控制谐振电感绕组(7-1)的电感量，高压谐振电感绕组(7-1)与高压电容C1连接构成各次谐振电路，使其针对各次谐波阻抗为零，始终工作在最佳谐振状态，使各次谐波电力全部流入SPWM变换器(9)，由SPWM变换器(9)将谐波与无功电力转换为与电网同频率同相位的有功电力，由电能回送电感绕组(7-3)与变压绕组(7-5)回送电网；谐振补偿绕组(7-4)针对谐波与无功电力转换为有功电力后的残余谐波进行高速高精度补偿，SPWM变换器输出的补偿电压通过谐振补偿绕组(7-4)产生各次谐波补偿电压，由谐振补偿绕组(7-4)与变压绕组(7-5)构成升压变压器，由变压绕组(7-5)升压后送入电网或冶炼变压器。
7.根据权利要求6所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述DSP-FFT处理器(5)通过电网信号检测装置(3)与电炉信号检测装置(10)对电网与电炉生产系统实时监控，当电网出现异常与故障时，DSP-FFT处理器(5)控制系统保护装置(11)，驱动隔离开关(7-0)切离并网电感变压器(7)，同时由通信报警装置(13)向上级电网监控系统发出报警信号；同样，当补偿系统发生故障时，DSP-FFT处理器(5)瞬时控制系统保护装置(11)，驱动隔离开关(7-0)，将整个补偿系统切离电网。
8.根据权利要求6所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述电感控制绕组(7-2)，当电网与生产负载波动或电网谐波频率变化，由DSP-FFT处理器(5)控制补偿控制装置(6)调节谐振电感器(7-2)的电流与电压，以此调节谐振电感器(7-1)的电感值，使电感值与谐振电容器C1的谐振频率跟随电网与负载的动态变化始终工作在各次谐波的谐振点。
9.根据权利要求1-8任一项所述的“钢铁冶炼智能电网节能补偿系统”，其特征在于：所述电炉信号检测装置(10)与电炉吹氧流量控制器(12)构成吹氧测控系统，由电炉信号检测装置(10)测出电炉温度与吹氧流量，由DSP-FFT处理器(5)计算出炉温增量与注氧增量，控制吹氧流量控制器(12)调节电炉的吹氧量，使冶炼电炉达到最佳的炼钢质量与最佳吹氧量。
10.根据权利要求1-8任一项所述的钢铁冶炼智能电网节能补偿系统，其特征在于：所述电网信号检测装置(3)、电炉信号检测装置(10)、电炉吹氧流量控制器(12)构成高速系统故障检测装置，当电力系统或冶炼电变压器与冶炼电炉出现过电压、过电流、短路、炉温过高或出现故障，由DSP-FFT处理器(5)控制系统保护装置(11)，驱动并网电感变压器(7)，将补偿系统切离电网；同样当系统出现故障时，由DSP-FFT处理器(5)控制系统保护装置(11)与并网电感变压器(7)，将系统即时切离电网，同时由DSP-FFT处理器(5)与通信报警装置(13)向相关部门与装置发出报警信号；即无论是电网或本节能装置发生故障时，均由DSP-FFT处理器(5)控制系统保护装置(11)驱动并网电感变压器(7)，及时使电网与补偿系统切离。
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