CN107614996B - 对电弧炉的闪变控制 - Google Patents

Abstract

本文提出了采用晶闸管触发角度作为对电弧炉的电力供应中的闪变的快速预测。进一步提出了主动地修改电弧炉的操作变量以将闪变维持低于预定义阈值。本申请的各方面使用晶闸管触发角度结合可变电抗器件的控制范围来预测由具有晶闸管控制的可变电抗器件的电弧炉产生的闪变严重性水平。基于所预测的闪变水平，如果需要，可以改变电弧炉的至少一个操作变量，以将闪变维持在可接受的界限。

Description

对电弧炉的闪变控制

领域

本申请一般涉及电弧炉，尤其涉及对这些炉的闪变(flicker)控制。

背景

电弧炉是其中带电材料可以借助电弧来加热的设备。电弧炉用于从数十克到数百吨尺度的广泛范围的各种应用中。电弧炉的一个应用是二次炼钢。

在炼钢应用中，向电弧炉提供电力的电网所经受的负载变化引起所谓的“电网闪变”。可惜的是，能够表明电网闪变造成敏感照明中的故障。此外，能够表明电网闪变会干扰相同电网上的其他消费者。甚至进一步，过度的电网闪变会违反电弧炉运营商签订的电力合同。

附图简述

现在将以示例方式参考附图，这些附图示出了示例实现，并且其中：

图1解说了现有技术的系统，其包括三电极AC电弧炉以及具有静态VAR补偿器(SVC)和可变串联电抗器(VSR)形式的闪变控制；

图2解说了增加有控制系统的具有SVC和VSR的图1的系统；

图3解说了电弧炉的功率控制系统作为图2的控制系统的替换方案；

图4更详细地解说了图3的功率控制系统，该功率控制系统包括用于可变电抗器件的致动器、偏移预测器和估计器、以及超驰控制器；

图5解说了在偏移预测器和估计器处预测闪变的方法中的示例步骤；

图6解说了在超驰控制器处确定对电弧炉的操作电和过程变量的调节的方法中的示例步骤；

图7解说了用于响应于从超驰控制器接收的调节指令来操作用于可变电抗器件的各致动器中的一个致动器的方法的示例步骤；以及

图8解说了针对可变电抗器件所监视的触发角度与时间的图表。

详细描述

常规地，可通过安装分路无功功率补偿装备来缓解电网闪变(或简称为“闪变”)。无功功率补偿装备的示例包括常规的静态VAR补偿器(SVC)或者更先进的基于功率转换器的静态同步补偿器(STATCOM)。用于闪变减小的另一已证明的技术是智能预测线路控制器(SPLC)，其可以与波动负载串联连接。

在电力传输和分配中，无功伏安(VAR)是在交流(AC)电力系统中表达无功功率的单位。当电流和电压不同相时，AC电路中存在无功功率。

SVC由分路连接的谐波滤波器组和分路连接的晶闸管控制的电抗器组成。滤波器组和晶闸管控制的电抗器一起操作以降低电压闪变或维持恒定的炉功率因数。SVC通过分路注入电容或电感无功功率来操作，从而通过维持炉的总无功功率(MVAR)在接近零处平衡(即，既非电感性也非电容性)来维持恒定的电压。由于晶闸管换流要求，SVC通常具有半个循环的时间延迟。早期SVC的示例可在美国专利No.3,936,727中看到。

基于SVC的电弧炉控制器通过恒定电容MVAR和可变电感MVAR的受控求和来动态地提供无功功率。该控制器将负载无功功率与从功率因数设定点推导出的无功功率设定点进行比较并将经求和的MVAR动态地控制成设定点。随着电弧炉在炉电极中的孔上频繁地短路和开路，炉的无功功率摆动从零变化到炉变压器额定值的200％。SVC的尺寸通常为炉额定值的125％至150％，并且通常将闪变降低大约40％至50％。一些SVC使用电压设定点并调节分路电抗器以使供电电压与设定点电压匹配。

SPLC由与电弧炉的电弧电极串联连接的晶闸管控制的电抗器组成。SPLC用作动态控制的串联电抗器，其使用预测软件来稳定电弧炉上的有功功率或电流。SPLC通过降低电力系统上的电弧电流波动来减小闪变。当电弧电流波动平坦时，电压闪变减小。SPLC的示例可以在1999年11月23日授权公告的美国专利No.5,991,327中看到。

图1解说了三电极AC电弧炉(EAF)140的示例。从供电总线110向电弧炉140提供三相电力。连接供电总线110以从公用电源通过传输线和降压变压器(未示出)、或者替换地从本地发电站(未示出)接收电力。电弧炉140包括三个电极142(未个体地解说)，其中三个电极142中的每个电极与三个电力相位中的一个相位相关联。电极142的起弧端位于炉容器144中，以便例如熔化工件材料(诸如废金属)，并且可以被安装成使得能够调节它们在炉容器144内的位置。电极142连接到有分接头的炉变压器106的炉侧(次级绕组)。

可变串联电抗器132串联连接在电弧炉140与供电总线110之间。可变串联电抗器132的三相中的每一相(仅解说了其中一相)包括可变电抗器134和固定电抗器136的串联组合，从而将炉变压器106的供电侧(初级绕组)的相应相位连接到供电总线110的对应相位。在所解说的实施例中，代表性的可变电抗器134包括第一电感器137，该第一电感器与第二电感器138和晶闸管开关139的串联组合并联连接。每个晶闸管开关139优选地包括被布置成彼此相反极性的一对晶闸管或者数对晶闸管组。可变串联电抗器132具有控制范围。晶闸管开关139可被视为是可称为功率电子静态开关的特定实现。

图1还解说了连接到供电总线110的SVC 120。作为SVC 120的一部分，电感分路电抗器与电弧炉140和可变串联电抗器132的串联组合并联地连接在供电总线110上。电感分路电抗器包括以Δ电路配置来连接的三个可变电抗器。这三个可变电抗器中的仅一个代表性可变电抗器在图1中解说并与附图标记122相关联。每个可变电抗器122包括串联连接的固定电感器对123A、123B以及连接在固定电感器123A、123B之间的AC晶闸管开关124。每个晶闸管开关124优选地包括被布置成彼此相反极性的一对晶闸管或数对晶闸管组。SVC 120具有控制范围。

同样被安装为SVC 120的一部分的是谐波滤波器组126，其可以使用分路连接的电容来实现。谐波滤波器组126连接到供电总线110以充当补偿无功电流的源并移除由于起弧过程而出现的谐波失真，如本领域已知的。在一个配置中，谐波滤波器组126包括至少一组固定电容器129，固定电容器129通过调谐电感127和阻尼电阻器128以Y形(wye)连接电路关系连接到供电总线110。通常连接一组以上的固定电容器129，尽管仅解说了代表性的一组。

在操作中，谐波滤波器组126可以被调谐为由在电弧炉140中执行的起弧过程所产生的主要谐波频率，以阻止这些谐波进入供电网络。SVC 120的谐波滤波器组126和可变电感分路电抗器122共同用于抵消电弧炉140和可变串联电抗器132的无功功率汲取。

如图2中所解说的，可引入控制系统220来控制可变串联电抗器132和SVC 120的操作以便控制电压闪变。在一个实施例中，控制系统220控制四个元素以便减小电压闪变并降低有功功率波动。所控制的元素包括：可变串联电抗器132的可变电抗器134的值；SVC 120的可变电抗器122的值；炉变压器106的分接头位置；以及电极142的高度。在一个实施例中，控制系统220包括监督控制器212、无功功率稳定器204、电流稳定器206、有功功率稳定器205、分接头控制器216以及电极控制器214。

在操作中，监督控制器212协调控制系统220的各组件的操作。监督控制器212包括闪变计(未示出)，该闪变计通过电压换能器242连接到供电总线110，以便监视每相供电线电压(VL-G)。闪变计使用公知技术来输出表示供电线电压波动的幅度和频率的信号。例如，闪变计可输出符合已知的国际电工委员会(IEC)61000-4-15标准的一个或多个信号。监督控制器212进一步包括适当配置的逻辑器件，其用于自动地解释闪变计的输出并发送可操作信号以协调控制系统220的其它组件的操作，如下文描述的。

电流稳定器206可操作以主要在“孔内(bore-in)”阶段期间控制电压闪变，并且当倾向于发生大幅度低频电压波动时进入炉过程循环的“长弧熔化”阶段。就此而言，电流稳定器206被配置成选通可变串联电抗器132的晶闸管139以使炉电极142的电流汲取与设定点值匹配，以在其间发生长弧阻抗摆动的时段期间维持相对恒定的炉负载阻抗。电流稳定器206可被调谐为仅对落入特定范围内的供电电流波动(例如，在孔内阶段期间发生的低频波动)进行响应。此外，在整个电弧炉过程循环中调谐可以变化，以在过程循环期间的不同时间在不同的波动范围上关注电流稳定器206的操作。

在一个实施例中，控制系统220包括开关222，监督控制器212操作该开关222以选择性地连接电流稳定器206或有功功率稳定器205，进而控制可变串联电抗器132的晶闸管139。例如，监督控制器212可被配置成：一旦闪变计读数指示闪变已下降低于预定阈值，就将晶闸管139从电流稳定器206控制切换到有功功率稳定器205控制。

概括地说，电流稳定器206被配置成：对发生在由监督控制器212指定的波动范围内的电流波动进行响应，以使提供给炉的电流与由监督控制器212指定的设定点供电电流匹配。电流稳定器206可以使用数个不同的配置来实现，例如，一个或多个适当编程的实时工业计算机或者其他可编程逻辑控制器可以结合商业可用的数字调谐滤波器来使用以实现电流稳定器206。

无功功率稳定器204可操作以主要在炉过程循环的孔内阶段之后(即，在长电弧熔化阶段和长电弧泡沫渣加热阶段的各部分期间，此时较低幅度较高频率电压波动主导着闪变)控制电压闪变。就此而言，无功功率稳定器204可被配置成：选通SVC 120的晶闸管开关124，以维持总无功功率汲取基本上恒定并在低值处(优选地接近零)平衡。总无功功率汲取可与炉140(包括可变串联电抗器132)、谐波滤波器组126以及可变电抗器122相关联。

无功功率稳定器204可以使用数个不同的配置来实现，例如，一个或多个适当编程的实时工业计算机或其它可编程逻辑器件可以结合商业可用的数字调谐滤波器来使用。在一个实施例中，无功功率稳定器204可使用电流换能器244来监视通过SVC 120的可变电抗器122的电流。

在一个实施例中，电极控制器214可使用电流换能器254来监视进入每个电极142的电流。另外，电极控制器214可使用电压换能器252来监视变压器106的次级侧的电压。此外，有功功率稳定器205可使用电流换能器256来监视通过可变串联电抗器132的电流。

有功功率稳定器205可操作以结合电极控制器214来工作，以在已发生孔内阶段和长电弧熔化阶段之后维持由炉140进行的一致的有功功率(MW)汲取。一旦已由监督控制器212将开关222切换到可变串联电抗器132，有功功率稳定器205就可以对其进行调整，以使得在存在电弧阻抗波动的情况下炉140的有功功耗跟踪期望的功率设定点。优选地，当有功功率稳定器205进行操作时，在每个AC线路电压半个循环期间至少周期性地调节一次可变串联电抗器132的晶闸管触发角度。

有功功率稳定器205内部的各个模块可以方便地使用适当编程的工业PC来实现，然而本领域技术人员要理解，这些模块的功能性可以使用数个不同的可能硬件和/或软件配置来实现。

在每个阶段中存在与可变电抗器134串联的固定电抗器136有助于将平均炉功率因数维持在如在电压供电总线处测得的特定范围内，特别是在电抗137完全短路的情形中。在固定电抗器136就位的情况下，通过将可变电抗器134的电抗改变等于或小于电弧电阻变化的幅度，可以补偿电弧电阻的变化。在这些状况下，所得到的来自供电总线110的无功功率汲取可以被视为已经最小化。第二电感器138(其是可选的)用于保护晶闸管开关139免受破坏性短路电流。在一些情形中，电感器138可以被连接在晶闸管开关139的下游。

现在转到对电极位置的调整，控制系统220包括电极控制器214以用于调整电极移动系统(未示出)，进而调节电极142相对于炉容器144的高度。如下文将更详细描述的，电极控制器214被配置成：在不间断的基础上监视各种炉操作状况，诸如电极电压、电极电流、功耗以及电极移动。电极控制器214可在电压控制、电流控制或阻抗控制的模式中操作。将被监视的过程变量以及被监视过程变量的变化对照已被预定为指示数个不同类型的炉失常状况的已存储值和变化模式进行比较。基于炉过程变量的变化中的特性标签，电极控制器214可以预测数个不同的可能炉失常状况中的一种状况的开始，并且可以以适合于特定的失常状况的方式来调整电极142的高度。不充分的炉渣发泡可被认为是炉失常状况的示例。通过因失常状况而异的调整，电极位置控制器尝试减小功率摆动，同时还维持过程能量效率、炉结构完整性以及电力系统电平衡。电极移动系统可以被实现为绞盘驱动的系统或液压缸驱动的系统，以及进一步替换的系统。

本文提出了采用晶闸管触发角度作为对闪变的快速预测。进一步提出了主动地修改电弧炉的操作变量以将闪变维持在低于预定义阈值。本申请的各方面使用晶闸管触发角度结合可变电抗器件的控制范围来预测由具有晶闸管控制的可变电抗器件的电弧炉140产生的闪变严重性水平。基于所预测的闪变水平，如果需要，可以改变电弧炉140的至少一个操作变量，以将闪变维持在可接受的水平。另外，还可以通过对SVC 120和VSR 132的操作变量的控制来将闪变维持在可接受的水平。

根据本公开的一方面，提供了一种操作电弧炉的方法。该方法包括：接收对电弧炉的多个操作变量的指示，接收对由多个晶闸管开关控制的可变电抗器件的触发角度的指示，该可变电抗器件具有控制范围，以及基于操作变量、触发角度和控制范围来确定预测的闪变。该方法进一步包括：确定所预测的闪变超过预定义阈值，确定对多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节，以及向该至少一个操作变量的控制器传送用于调节该至少一个操作变量的指令。

根据本公开的另一方面，提供了一种功率控制系统。该功率控制系统包括：测量装备，其被配置成监视电弧炉的多个操作变量，以及用于由多个晶闸管开关控制的可变电抗器件的致动器，该致动器被配置成监视该多个晶闸管开关的触发角度，该可变电抗器件具有控制范围。该功率控制系统进一步包括分析设备，其被配置成：基于操作变量、触发角度和控制范围来确定预测的闪变。该分析设备被配置成：确定所预测的闪变超过预定义阈值，并传送所预测的闪变超过预定义阈值的指示。该功率控制系统进一步包括超驰控制器，其被配置成：接收指示；确定对多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节；以及传送表示该调节的指令。

根据本公开的进一步方面，提供了一种操作电弧炉的方法。该方法包括：接收对电弧炉的多个操作变量的指示，接收对由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)控制的器件中的切换模式的指示，该器件具有控制范围，以及基于操作变量、切换模式和控制范围来确定预测的闪变。该方法进一步包括：确定所预测的闪变超过预定义阈值，确定对多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节，以及向该至少一个操作变量的控制器传送用于调节该至少一个操作变量的指令。

根据本公开的仍然进一步方面，提供了一种电弧炉系统。该系统包括电弧炉、由晶闸管开关控制并具有控制范围的可变电抗器件，用于可变电抗器件的致动器，该致动器被配置成监视多个晶闸管开关的触发角度，测量装备，其被配置成监视电弧炉的多个操作变量，分析设备以及超驰控制器。该分析设备被配置成：基于操作变量、一般触发角度项和控制范围来确定预测的闪变。该分析设备还被配置成：确定所预测的闪变超过预定义阈值，并传送所预测的闪变超过预定义阈值的指示。超驰控制器被配置成：接收指示，确定对多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节，以及传送表示该调节的指令。

通过结合附图审阅下面对本公开的特定实现的描述，本公开的其它方面和特征将对本领域普通技术人员变得显而易见。

图3解说了作为图2的控制系统220的替换方案的功率控制系统302。功率控制系统302可操作以控制可变串联电抗器(VSR)132和SVC 120的操作，进而控制电压闪变。在一个实施例中，功率控制系统302控制各种操作电变量以减小电压闪变并降低有功功率波动。所控制的操作电变量包括：可变串联电抗器132的可变电抗器134的值；SVC 120的可变电抗器122的值；炉变压器106的分接头位置；以及电极142的高度。在一个实施例中，功率控制系统302包括(与图2的控制系统220共同的)无功功率稳定器304、电流稳定器306、分接头控制器316以及电极控制器314。作为图2的控制系统220的监督控制器212的替代，图3的功率控制系统302包括闪变计308、偏移预测器和估计器310以及超驰控制器312。闪变计308通过电压换能器242连接到供电总线110。

在一个实施例中，电极控制器314可使用电流换能器254来监视进入每个电极142中的电流。另外，电极控制器314可使用电压换能器252来监视变压器106的次级侧的电压。此外，电流稳定器306可使用电流换能器256来监视通过可变串联电抗器132的电流。

图4更详细地解说了图3的功率控制系统302。具体而言，闪变计308被解说为包括闪变测量装置414。此外，偏移预测器和估计器310被解说为包括偏移概率和严重性估计器412，其被布置成向超驰控制器312传送输出。偏移概率和严重性估计器412被解说为从三个预测器接收输入：SVC角度偏移预测器404；SPLC角度偏移预测器408；以及闪变偏移预测器410。SVC角度偏移预测器404从SVC角度滤波器402接收其输入。SPLC角度偏移预测器408从SPLC角度滤波器406接收其输入。

概括地说，晶闸管触发角度和可变电抗器件的控制范围可以用于预测由具有晶闸管控制的可变电抗器件的电弧炉140产生的闪变的严重性水平。基于所预测的闪变水平，如果需要，可以改变电弧炉140的至少一个操作变量，以将闪变维持在可接受的水平。

在操作中，通过电测量装备(包括闪变计308，电压测量装备242、252，以及电流测量装备244、254、256)，可以监视电弧炉140的多个操作电变量。通过电极控制器314、超驰控制器312和电压换能器252，对多个操作电变量中的一些变量的指示可到达偏移预测器和估计器310。

另外，无功功率稳定器304可监视SVC 120的晶闸管开关124的触发角度，并且电流稳定器306可监视可变串联电抗器132的晶闸管开关139的触发角度。一般而言，无功功率稳定器304可被认为是SVC 120的致动器，并且电流稳定器306可被认为是可变串联电抗器132的致动器。这些致动器向偏移预测器和估计器310传送对触发角度的指示。在一个实施例中，无功功率稳定器304可使用电流换能器244来监视通过SVC 120的可变电抗器122的电流。

图5解说了预测闪变偏移的方法中的示例步骤。偏移概率和严重性估计器412可初始地接收(步骤502)对操作变量的指示。如已经讨论的，这些操作变量可包括电变量，诸如表示电流和电压的变量。操作变量还可包括与电弧炉140的操作相关的化学变量。

操作电变量可包括：由电弧炉140的三个电极中的每个电极汲取的电流；跨电弧炉140的三相中的每一相的电压；以及来自闪变偏移预测器410的闪变偏移预测。

仅举几个示例，操作化学变量可以包括：燃烧器功率；氧流速；天然气流速；碳注入流速；以及石灰注入流速。

闪变偏移预测器410通过电压换能器242连接到供电总线110以用于对其进行监视。更具体而言，闪变测量装置414可以例如根据IEC 61000-4标准第15节来构造。IEC61000-4标准第15节给出了旨在为所有有功电压波动波形指示正确的闪变感知水平的闪变测量装置的功能和设计规范。IEC 61000-4标准第15节还提供了一种用于评估闪变严重性的方法。

偏移概率和严重性估计器412还可以从致动器间接地接收(步骤504)对触发角度的指示。

在操作中，SVC角度偏移预测器404从三个SVC角度滤波器402(每个相位一个SVC角度滤波器)中的每一者接收对每个SVC触发角度的经滤波指示。SVC角度滤波器402从无功功率稳定器304接收对SVC触发角度的指示。

类似地，SPLC角度偏移预测器408从三个SPLC角度滤波器406(每个相位一个SPLC角度滤波器)中的每一者接收对每个SPLC触发角度的经滤波指示。SPLC角度滤波器406从电流稳定器306接收对SPLC触发角度的指示。

偏移概率和严重性估计器412随后可基于来自SVC角度偏移预测器404、SPLC角度偏移预测器408和闪变偏移预测器410的输入来确定(步骤506)预测的闪变。偏移概率和严重性估计器412可进一步确定(步骤508)所预测的闪变是否表示可能的偏移。响应于确定(步骤508)所预测的闪变表示可能的偏移，偏移概率和严重性估计器412可向超驰控制器312传送(步骤510)对所预测的闪变偏移的指示以及对所预测的闪变偏移的严重性的估计。

图6解说了确定对电弧炉140的操作电和化学变量的调节的方法中的示例步骤。超驰控制器312可从偏移预测器和估计器310接收(步骤602)对所预测的闪变偏移的指示。在接收(步骤602)对所预测的闪变偏移的指示之际，超驰控制器312可确定(步骤606)对多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节。超驰控制器312随后可传送(步骤608)表示步骤606中所确定的调节的输出。即，超驰控制器312可向可变电抗器件的致动器传送(步骤608)调节指令。可变电抗器件可包括SVC 120和可变串联电抗器132。可变电抗器件的致动器可包括无功功率稳定器304和电流稳定器306。超驰控制器312还可向电极控制器314、向分接头控制器316以及还向电弧炉140传送(步骤608)调节指令。发送给电弧炉140的调节指令可与各个操作化学变量相关。

表示调节的输出可以例如采取SVC设定点超驰的形式。在该情形中，超驰控制器312向无功功率稳定器304传送(步骤608)SVC设定点超驰。

表示调节的输出可以例如采取SPLC设定点超驰的形式。在该情形中，超驰控制器312向电流稳定器306传送(步骤608)SPLC设定点超驰。

表示调节的输出可以例如采取分接头超驰的形式。在该情形中，超驰控制器312向分接头控制器316传送(步骤608)分接头超驰。

表示调节的输出可以例如采取电极电压和/或阻抗设定点调节指令的形式。在该情形中，超驰控制器312向电极控制器314传送(步骤608)电极电压和/或阻抗设定点调节指令。

表示调节的输出可以例如采取化学超驰的形式。在该情形中，超驰控制器312向电弧炉140的用于控制例如氧气、天然气或碳的相应过程控制器传送(步骤608)化学超驰。

已知的是，响应于感测到过度，可从材料中积极收回电弧炉140中的电极142中的一个或多个电极。电流稳定器206限制过度的电极电流，因此可能不需要从材料中积极收回电极。表示调节的输出可以例如采取对从电弧炉140中的材料中收回电极142的速度的调节的形式。实际上，通过减慢电极142中的一个或多个电极的收回，基于所预测的闪变，可以最小化电弧炉140中电弧的损耗(其可被视为闪变的主要原因)。

图7解说了用于操作可变电抗器件(120,132)的致动器(304,306)中的一个致动器的方法的示例步骤。初始地，致动器从超驰控制器312接收(步骤702)设定点调节指令。基于接收到的指令，致动器确定(步骤704)调节相关联的可变电抗器件的设定点的方式。致动器随后可根据步骤704中作出的确定来控制(步骤706)相关联的可变电抗器件。

图8解说了针对可变电抗器件所监视的触发角度与时间的图表。相对于各种阈值解说了触发角度的迹线802。具体而言，解说了上限804以及下限806。另外，解说了上限偏移概率阈值814以及下限偏移概率阈值816。迹线802可表示SVC 120处的触发角度，该触发角度将由SVC偏移预测器404监视。替换地，迹线802可表示可变串联电抗器132处的触发角度，该触发角度将由SPLC角度偏移预测器408监视。

在操作中，在确定触发角度已超过上限偏移概率阈值814之际，SVC角度偏移预测器404或SPLC角度偏移预测器408可向偏移概率和严重性估计器412提供预测了触发角度偏移的指示。类似地，在确定触发角度已下降低于下限偏移概率阈值816之际，SVC角度偏移预测器404或SPLC角度偏移预测器408可向偏移概率和严重性估计器412提供预测了触发角度偏移的指示。

在接收到预测了触发角度偏移的指示之际，偏移概率和严重性估计器412可估计其中闪变超过预定阈值的事件的概率和严重性。

此外，在确定触发角度已超过上限804之际，SVC角度偏移预测器404或SPLC角度偏移预测器408可向偏移概率和严重性估计器412提供已发生触发角度偏移的指示，以及对在迹线820超过上限804的点802处的斜率的指示和对偏移历时的指示。类似地，在确定触发角度已下降低于下限806之际，SVC角度偏移预测器404或SPLC角度偏移预测器408可向偏移概率和严重性估计器412提供已发生触发角度偏移的指示，以及对在迹线802下降低于下限804的点(未示出)处的斜率的指示和对偏移历时的指示。

如前文讨论的，在接收到已发生触发角度偏移的指示之际，偏移概率和严重性估计器412可估计其中闪变超过预定阈值的事件的概率和严重性。对事件的严重性的估计可以基于所指示的斜率和所指示的偏移历时。

如前文已提到的，STATCOM提供了无功功率补偿并且可以替代SVC 120来使用。值得注意的是，STATCOM是基于功率转换器的器件并且不采用晶闸管。作为晶闸管的替代，STATCOM设备采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它快速切换的功率电子开关。因此，无功功率稳定器304可监视STATCOM的IGBT中的切换模式，而不是监视SVC 120的晶闸管开关124的触发角度。

方便地，本公开的各方面可应用于电弧炉结合可变电抗器件(SVC 120、可变串联电抗器132)用于炼钢的情况下。本公开的各方面的实现可被视为对现有控制系统的小的添加，其具有相对低的成本和对闪变控制的相对高的性能改善。

可在具有新的晶闸管控制的器件的集成控制系统中提供本公开的各方面，而不是将本公开的各方面添加到现有系统。

至此，电弧炉140已被讨论为在炼钢中具有应用并且具有三个电极，每个相位一个电极。应当注意，本申请的各方面可适用于其中电弧炉140具有三个以上电极的情形中。例如，已知电弧炉具有被布置成三对的六个电极。此外，已知电弧炉用于非铁应用中并且在使用这种非铁炉的情形中的闪变控制仍然落入本申请的范围内。

值得注意的是，可表明VSR 132在电弧炉140的短路期间减小了MVAR摆动。在没有VSR 132的情况下，这种MVAR摆动通常由SVC 120来处理。在存在VSR 132的情况下，可认为SVC 120已经不负担处理这种MVAR摆动。因此，可以表明，在存在VSR 132的情况下，SVC 120具有用于补偿MVAR的更大容量。由于SVC 120布置相位平衡控制(该布置涉及MVAR补偿附加容量)，因此VSR 132可被视为使得SVC 132能够更好地同时进行电压控制和相位平衡控制。

本申请的上述实现旨在仅作为示例。本领域技术人员可对特定实现实施更改、修改以及变型而不背离本申请的范围，其范围仅由所附权利要求书来限定。

Claims (43)

1.一种操作电弧炉的方法，所述方法包括：

接收对所述电弧炉的多个操作变量的指示；

接收对由多个晶闸管开关控制的可变电抗器件的触发角度的指示，所述可变电抗器件具有控制范围；

基于以下各项来确定预测的闪变：

所述操作变量；

所述触发角度；以及

所述控制范围；

确定所预测的闪变超过预定义阈值；

确定对所述多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节；以及

向所述至少一个操作变量的控制器传送用于调节所述至少一个操作变量的指令。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个操作变量包括多个操作电变量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个操作电变量包括闪变。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个操作变量包括表示由所述电弧炉的每个相位汲取的供电电流的信号。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个操作电变量包括表示所述电弧炉的每个相位处的供电电压的信号。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个操作电变量包括表示由所述电弧炉的每个相位汲取的电极电流的信号。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个操作电变量包括表示所述电弧炉的每相位电极电压的信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个操作变量包括多个操作化学变量。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个操作化学变量包括燃烧器功率。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个操作化学变量包括氧流速。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个操作化学变量包括天然气流速。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个操作化学变量包括碳注入流速。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个操作化学变量包括石灰注入流速。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变电抗器件包括静态VAR补偿器。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述静态VAR补偿器包括可变电抗器。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述可变电抗器包括串联连接的固定电感器对，并且所述多个晶闸管开关被连接在所述固定电感器之间。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制器包括无功功率稳定器，并且所述指令包括用于调节所述多个晶闸管开关的触发角度的指令。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变电抗器件包括可变串联电抗器。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述可变串联电抗器包括与固定电抗器串联的可变电抗器。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述可变电抗器包括第一电感器，所述第一电感器与第二电感器和所述多个晶闸管开关的串联组合并联连接。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制器包括电流稳定器，并且所述指令包括用于调节所述多个晶闸管开关的触发角度的指令。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器包括用于炉变压器的分接头控制器，并且所述指令包括用于调节所述炉变压器的分接头位置的指令。

23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器包括电极控制器，并且所述指令包括用于调节所述电弧炉中的电极位置的指令。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，用于调节所述电弧炉中的电极位置的指令包括对调节位置的速度的指示。

25.一种操作电弧炉的方法，所述方法包括：

接收对所述电弧炉的多个操作变量的指示；

接收对由绝缘栅双极型晶体管或其它快速切换功率电子开关控制的器件中的切换模式的指示，所述器件具有控制范围；

基于以下各项来确定预测的闪变：

所述操作变量；

所述切换模式；以及

所述控制范围；

确定所预测的闪变超过预定义阈值；

确定对所述多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节；以及

向所述至少一个操作变量的控制器传送用于调节所述至少一个操作变量的指令。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述控制器包括无功功率稳定器，并且所述指令包括用于调节所述切换模式的指令。

27.一种功率控制系统，包括：

测量装备，其被配置成监视电弧炉的多个操作变量；

用于由多个晶闸管开关控制的可变电抗器件的致动器，所述致动器被配置成监视所述多个晶闸管开关的触发角度，所述可变电抗器件具有控制范围；

分析设备，其被配置成：

基于以下各项来确定预测的闪变：

所述操作变量；

所述触发角度；以及

所述控制范围；

确定所预测的闪变超过预定义阈值；

传送所预测的闪变超过所述预定义阈值的指示；

超驰控制器，其被配置成：

接收所述指示；

确定对所述多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节；以及

传送表示所述调节的指令。

28.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述致动器被配置成：

从所述超驰控制器接收所述指令；

根据来自所述超驰控制器的所述指令来确定对所述可变电抗器件的调节；以及

根据所确定的调节来控制所述可变电抗器件。

29.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述多个操作变量包括闪变。

30.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述多个操作变量包括表示由所述电弧炉的每个相位汲取的供电电流的信号。

31.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述多个操作变量包括表示所述电弧炉的每个相位处的供电电压的信号。

32.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述多个操作变量包括表示由所述电弧炉的每个相位汲取的电极电流的信号。

33.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述多个操作变量包括表示所述电弧炉的每相位电极电压的信号。

34.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述可变电抗器件包括静态VAR补偿器。

35.如权利要求34所述的功率控制系统，其特征在于，所述静态VAR补偿器包括谐波滤波器组。

36.如权利要求34所述的功率控制系统，其特征在于，所述静态VAR补偿器包括可变电抗器。

37.如权利要求36所述的功率控制系统，其特征在于，所述可变电抗器包括串联连接的固定电感器对，并且所述多个晶闸管开关被连接在所述固定电感器之间。

38.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，所述可变电抗器件包括可变串联电抗器。

39.如权利要求38所述的功率控制系统，其特征在于，所述可变串联电抗器包括与固定电抗器串联的可变电抗器。

40.如权利要求39所述的功率控制系统，其特征在于，所述可变电抗器包括第一电感器，所述第一电感器与第二电感器和所述多个晶闸管开关的串联组合并联连接。

41.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，进一步包括用于炉变压器的分接头控制器，并且所述指令进一步包括用于调节所述炉变压器处的分接头位置的指令。

42.如权利要求27所述的功率控制系统，其特征在于，进一步包括电极控制器，并且所述指令进一步包括用于调节所述电弧炉中的电极位置的指令。

43.一种电弧炉系统，包括：

电弧炉：

由多个晶闸管开关控制并具有控制范围的可变电抗器件；

用于所述可变电抗器件的致动器，所述致动器被配置成监视所述多个晶闸管开关的触发角度；

测量装备，其被配置成监视所述电弧炉的多个操作变量；

分析设备，其被配置成：

基于以下各项来确定预测的闪变：

所述操作变量；

所述触发角度；以及

所述控制范围；

确定所预测的闪变超过预定义阈值；

传送所预测的闪变超过所述预定义阈值的指示；

超驰控制器，其被配置成：

接收所述指示；

确定对所述多个操作变量之中的至少一个操作变量的调节；以及

传送表示所述调节的指令。