مدل جدیدی از کوره‌های قوس الکتریکی بر اساس اندازه‌گیری‌های واقعی به‌منظور مطالعات کیفیت توان

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده‌ی مهندسی برق - دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

کوره‌های قوس الکتریکی بارهای غیرخطی و متغیربازمان هستند که باعث نوسانات شدید جریان، هارمونیک‌های ولتاژ و جریان، فلیکر ولتاژ، تغییرات فرکانس و غیره می‌شوند. از طرفی این کوره‌ها، بزرگ‌ترین مصرف‌کننده‌ی انرژی در شبکه‌های قدرت می‌باشند. بنابراین لازم است مدلی نزدیک به واقعیت عملکرد قوس، برای تحلیل عملکرد این‌گونه بارها ارائه گردد تا مطالعات کیفیت توان، طراحی جبران‌کننده‌های توان راکتیو و تحلیل اثرات این بارها را بر روی کوره‌های قوس الکتریکی به‌درستی انجام داد. در این مقاله مدل جدیدی برای کوره‌های قوس الکتریکی بر مبنای اندازه‌گیری واقعی از کوره‌های قوس مجتمع فولاد مبارکه ارائه می‌شود. این مدل اثرات کلیه‌ی المان‌های کوره‌های قوس نظیر اثرات ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان، کابل‌های انعطاف‌پذیر و ترانسفورماتور کوره را برای مدل‌سازی در نظر می‌گیرد. به‌این‌ترتیب این مدل قابلیت ایجاد پارامترهای مختلف کیفیت توان را دارا است و می‌تواند در طراحی دقیق جبران‌کننده‌های توان راکتیو کوره‌های قوس، بسیار مفید باشد. مدل پیشنهادی با یکی از کاربردی‌ترین مدل‌های موجود به نام مدل کَسی-مایر مقایسه می‌گردد. نتایج مقایسه، دقت و صحت عملکرد مدل پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A New Model of Electric Arc Furnace Based on Actual Measurements for Power Quality Studies

نویسندگان [English]

  • J. Momenpour Akerdi
  • M. Torabian Esfahani
  • B. Vahidi
Faculty of Electrical Engineering,Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Electric arc furnaces are nonlinear and time variant loads that cause high fluctuations of current, voltage and current harmonics, voltage flicker, frequency variations, and so on. On the other hand, these furnaces are the huge energy consumer in power networks. Therefore, it is necessary to present a precise and actual model for analyzing the performance of these loads so that power quality studies, design of reactive power compensators and analysis of the effects of these loads on electric arc furnaces can be done correctly. In this paper, a new model for electric arc furnaces is proposed based on actual measurements of Mobarakeh steel company’s arc furnaces. This model considers the effects of all elements of arc furnaces, such as the effects of voltage and current transformers, flexible cables, and furnace transformers for modeling. In this way, this model is capable of generating various power quality parameters and can be very useful in the accurate design of reactive power compensators for arc furnaces. The proposed model is compared with one of the most commonly used models, called Cassie-Mayer. The results of the comparison show the accuracy and validity of the proposed model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electric arc furnaces
  • measured data
  • power quality
  • Modeling
[1] M. Alonso and M. Donsion, “An improved time domain arc furnace model for harmonic analysis,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, no. 1,  pp. 367-373, 2004.
[2] M. A. Golkar and S. Meschi, “MATLAB modeling of arc furnace for flicker study,” In Industrial Technology, IEEE International Conference, pp. 1-6, 2008.
[3] I. Vervenne, K. Van Reusel and R. Belmans, “Electric arc furnace modeling from a “power quality” point of view,” In Electrical Power Quality and Utilisation, IEEE 9th International Conference, pp. 1-6, 2007.
[4] Y. F. Wang and J. G. Jiang, “A novel chaotic model of ac electric arc furnace for power quality studies,” In Electrical Machines and Systems, International Conference, pp. 1759-1762, 2007.
[5] W. Ting, S. Wennan, Z. Yao, “A new frequency domain method for the harmonic analysis of power systems with arc furnace,” In Advances in Power System Control, 4th International Conference, pp. 552-555, 1997.
[6] G. Chang, C. Hatziadoniu, W. Xu, P. Ribeiro, R. Burch, W. M. Grady, M. Halpin, Y. Liu, S. Ranade, D. Ruthman, N. Watson, T. Ortmeyer, J. Wikston, A. Medina, A. Testa, R. Gardinier, V. Dinavahi, F. Acram and P. Lehn, “Modeling devices with nonlinear voltage-current characteristic for harmonic studies,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, no. 4,  pp. 1802-1811, 2004.
[7] L. F. Beites, J. G. Mayordomo, A. Hernandes and R. Asensi, “Harmonics interharmonic unbalances of arc furnaces: A new frequency domain approach,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 4,  pp. 661-668, 2001.
[8] H. Mokhtari and M. Hejri, “A new three phase time-domain model for electric arc furnaces using MATLAB,” Transmission and Distribution Conference and Exhibition, Vol. 3, pp. 2078-2083, 2002.
[9] M. Fauri, “Harmonic modelling of non-linear load by means of crossed frequency admittance matrix,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 12, no. 4, pp. 1632-1638, 1997.
[10] J. E. Caicedo, A. A. Romero and H. C. Zini, “Frequency domain modeling of nonlinear loads, considering harmonic interaction,” IEEE Workshop on Power Electronics and Power Quality Applications (PEPQA), pp. 1-6, 2017.
[11] علیرضا حسنی اصل، مهدی معلم، محمد کیوان‌فرد، «بهبود عملکرد فیلترهای هارمونیکی جبران‌کننده استاتیکی توان راکتیو برای کوره‌های قوس الکتریکی با آنالیز حساسیت و استفاده از نتایج عملی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 1، صفحات 75-86،     بهار 1395.