電弧爐時變電阻模型參數仿真分析

田 鵬 賈文超 魏洪友

1，裝甲兵技術學院 130117

2，長春工業大學 130021

電弧爐時變電阻模型參數仿真分析

田 鵬1賈文超2魏洪友1

1，裝甲兵技術學院 130117

2，長春工業大學 130021

本文采用電弧爐時域模型中的交流電弧電阻模型，應用MATLAB仿真得出電弧電阻隨時間的變化曲線，并針對電弧電阻模型的參數選擇進行了仿真分析，仿真結論與實測數據比較，誤差較小，為電弧爐諧波治理提供了依據。

電弧爐；電弧電阻模型；MATLAB；仿真

煉鋼電弧爐是電力系統中各類波動性負荷中對電能質量影響比較嚴重的負荷。從電氣特性來講，電弧爐是一種劇烈變動的非線性負載，在工作過程中會對電網產生波形畸變、電壓閃變和波動、功率因數低及三相不平衡等多種不利影響。同時，電弧爐還是重要的諧波源，它產生的諧波電流隨時間的變化呈非平穩隨機過程。

解決電弧爐諧波問題的關鍵是建立電弧爐電阻模型。交流電弧電阻模型是在電弧徑不變、弧柱溫度均勻分布和準中性等三個假設條件下，從電弧的內部機理出發，根據電弧物理，熱等離子體的若干理論，推導出的交流電弧的等效數學模型。在電弧等效電阻表達式中，各個參數都有明確的物理意義，通過反映電弧的物理特性，得到了較為準確的電弧爐仿真結果，為電弧爐諧波治理提供了依據。

一、交流電弧電阻模型及仿真

1、交流電弧電阻模型

根據參考文獻[1]中的模型公式

式中： T0-弧柱最低溫度，在7000K到8000K之間變化

T1-弧柱最高溫度

a=3.323×104

D-弧柱受熱慣性的影響值

ω-外加正弦電壓的角頻率

θ-電弧電流滯后電源初相的角度

T-電弧電流周期，T=0.02s

N-把T分成N等份近似計算，一般N=60

2、交流電弧電阻模型參數的估算

要想準確確定電弧爐各種工作狀態下電弧模型中的各個參數，需要大量的測試數據，包括電弧爐在各種工作狀態下弧柱溫度的變化曲線，電弧電壓、電流的波形，弧長做隨機變化時其分布函數的特性等等。本文依據吉林鐵合金廠16500KVA硅錳電爐的測量結果，估算得到電弧模型的參數值如下：

二、交流電弧電阻的仿真分析

參數中C0可近似認定為常量。對電弧電阻的影響不大；對電弧電阻起到影響的主要是cos(2ωt+D+θ)中的三個參數D、ω和θ，D的取值在之間，而θ的取值在之間，而ω得取值為50Hz的整數倍。這里我們主要針對這三個參數進行研究，用M A T L A B仿真分析其對電弧電阻的影響。

1、D和θ對起弧電阻影響的仿真分析

圖1 不同θ值對應的電弧電阻波形

圖2 不同D值對應的電弧電阻波形

通過以上仿真可以看出，D值和θ值對電弧電阻的影響效果是相同的。當f=50Hz，，時，電弧爐起弧時的電阻最低，最容易起弧，起弧過程也就會相對的平穩；而當f=50Hz，，時，電弧爐起弧時的電阻最高，起弧比較困難，對電弧爐及其補償裝置的沖擊損害最大。因此，針對不同的電弧爐系統，應通過計算選取最佳的D值和θ值，以期達到最理想的工作狀態，從而延長電弧爐的使用壽命。

2、ω對電弧電阻影響的仿真分析

圖3 不同頻率對應的電弧阻抗圖

與頻率f=50Hz的時變電阻波形比較可以看出，電弧爐的電弧阻抗在頻率為基波頻率2～7倍的高次諧波影響下變化較大；而對于8～13倍的高次諧波，電弧阻抗相對變化就非常小了；高于13倍的諧波也對電弧阻抗造成一定的影響。所以在補償和濾波時，應主要針對電弧電流為基波頻率2～7倍及13倍以上的高次諧波為宜。

三、結語

本文所做的工作只是為電弧爐諧波治理提供了一個依據。由于不同的電弧爐系統之間差別較大，估算得到的參數也不盡相同，所以每研究一個電弧爐系統的諧波問題重新對相關參數進行估算，確認其可行性后再采用。

[1]劉小河，程少庚，蘇文成.電弧爐電氣系統分析研究.電工技術學報.1994，（2）

[2]郭繼紅，顏湘武.用于諧波分析研究的電弧爐系統的模型和仿真.繼電器. 2005，33（8）

[3]鄧霏，周有慶.電弧爐諧波電流抑制及其綜合治理.電工技術學報.2005，（4）

[4]張玉成，杜明哲.中頻電爐諧波分析與抑制.華中電力.2006，1（19）