автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электромагнитная совместимость и энергосберегающие режимы электротехнического комплекса "система электроснабжения-дуговая сталеплавильная печь"

^воЗ-й

На правах рукописи

САЛТЫКОВ Валентин Михайлович

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ -ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ"

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара-2003

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинском государственном университете на кафедре "Электроснабжение промышленных предприятий"

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Гольдштейи Валерий Геннадьевич

доктор технических наук, профессор Лоскутов Алексей Борисович

доктор технических наук, профессор Ляхомский Александр Валентинович

Ведущая организация - ЗАО "Самарский Электропроект",

г. Самара

Защита состоится г. в часов на заседании дис-

сертационного совета Д 212.217.04 'при Самарском государственном техническом университете по адресу: г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, ауд. 500.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета

Автореферат разослан "¿У" октября

БИБЛИОТЕКА

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент ^ТЪсег^'

ОЭ 300 »^т^л

Галимова А. А.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1. Актуальность проблемы. В реализации важнейших задач развития электроэнергетики особую значимость имеет проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) систем электроснабжения (СЭС), которая наряду с поддержанием энергосберегающих электротехнологических режимов, особенно актуальна для таких мощных электроприемников с резкопеременным режимом работы, какими являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП).

С ростом мощностей ДСП и интенсификацией процесса плавки повышаются требования к качеству управления режимом работы ДСП с позиций энергосбережения. Отклонения от энергосберегающих режимов ДСП приводят к существенным потерям электроэнергии, и могут вызвать нарушение условий электромагнитной совместимости в системе электроснабжения (СЭС).

Улучшение технико-экономических показателей электротехнологического процесса производства металлопродукции и эффективное использование электроэнергии при одновременном обеспечении ЭМС электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь" ("СЭС-ДСП") в настоящее время является актуальной задачей.

Для ее решения требуется совершенствование методов расчета, проведение всесторонних исследований, причем проведенный анализ показывает, что ряд вопросов до настоящего времени остается открытым, а их решение позволит реализовать существующие потенциальные возможности дополнительного повышения экономичности работы электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетными программами МинВУЗа РФ в 1990-1995 гг. по теме: "Разработка энергосберегающего метода автоматизированной системы оптимального управления режимом работы дуговых электропечей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости", №303537, гос.регистрация № 01.9.10031751, ТолПИ, 1995 г.; МОиПО РФ в 1997-2000 гг. по теме: "Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов", №03540, гос.регистрация № 01.9.70008894, ТолПИ, 2000 г.

1.2. Цель работы и задачи исследований.

Целью работы является решение комплекса научных и технических проблем обеспечения электромагнитной совместимости ДСП с СЭС и поддержания энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП на основе разработки теоретической модели повышения эффективности функционирования электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь" ("СЭС-ДСП") на базе методов расчета электрических и рабочих характеристик ДСП, показателей качества напряжения (ПКЭ) с учетом параметров системы электроснабжения (СЭС).

В соответствии с этой_целью поставлены и решаются следующие научные и практические задачи.

1. Разработка концепции обеспечения электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" путем построения математической модели комплекса по характеристикам нагрузки ДСП и параметрам СЭС, ограниченных

показателями качества напряжения на шинах питания ДСП и в СЭС.

2. Разработка критериев оптимизациии и методов расчета характеристик нагрузки ДСП с учетом влияния параметров СЭС для обеспечения энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

3. Разработка методов расчета характеристик нагрузки одиночной и группы ДСП с учетом параметров СЭС и нелинейных характеристик печного контура, а также разработка методов расчета показателей качества напряжения на шинах питания ДСП на основе статической модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

4. Разработка методов расчета вероятностных характеристик нагрузки ДСП и показателей качества напряжения на шинах питания ДСП с учетом их функциональных преобразований на основе вероятностной модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

5. Разработка методов расчета частотных характеристик системы автоматического регулирования, нелинейных параметров печного контура ДСП и методов расчета уровней высших гармоник тока и напряжения, создаваемых нелинейной нагрузкой ДСП на шинах питания ДСП и в СЭС, на основе частотно-динамической модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

6. Разработка условий электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" по допустимым характеристикам нагрузки ДСП, параметров СЭС, по допустимым значениям показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, а также с учётом влияния силового оборудования СЭС по нормируемым значениям показателей качества напряжения в СЭС.

7. Разработка алгоритмов, пакета прикладных программ для ЭВМ, а также практических рекомендаций для расчета электрических характеристик ДСП, показателей качества напряжения на шинах питания ДСП и в СЭС, а также электротехнологических режимов, включая энергосберегающие, электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

1.3. Основные методы научных исследований.

При решении поставленных в диссертации задач использовались методы математического моделирования СЭС, ДСП, их характеристик и режимов работы, базирующихся на основных законах электротехники, теории вероятности и случайных процессов, методов интерполяции, методов регрессионного и корреляционного анализа, теории автоматического регулирования. Исследования проводились аналитическими методами с использованием математического моделирования на ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждены результатами экспериментальных данных, полученных на действующих ДСП в СЭС промышленных предприятий.

1.4. Научная новизна работы.

1. Разработана концепция и выполнено математическое обоснование условий обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" в диапазоне воз-

можных изменений параметров СЭС на шинах питания ДСП, представленных уровнями исходного напряжения и мощности короткого замыкания, на основе сопряженных электрических и рабочих характеристик нагрузки ДСП и допустимых значений показателей качества напряжения: колебаний и коэффициента несинусоидальности напряжения на шинах питания ДСП, ограниченных нормируемыми значениями показателей качества напряжения в СЭС, а также допустимой перегрузкой печного трансформатора ДСП.

2. Разработаны критерии оптимизацию! и методика расчета характеристик нагрузки ДСП с учетом влияния параметров СЭС для обеспечения энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

3. Предложены значения для коэффициентов потерь мощности в СЭС, а также аналиттические выражения для его определения, позволяющие обеспечить учет параметров СЭС при расчете характеристик нагрузки ДСП и показателей качества напряжения, а также существенно повысить точность расчета по сравнению с другими методами.

4. Разработаны методы расчета характеристик нагрузки одиночной и группы ДСП с учетом нелинейных характеристик печного контура ДСП, а также взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП, что позволило разработать теоретические методы расчета показателей качества напряжения: отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП, а также статическую модель электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

5. Концепция определения рациональных рабочих характеристик ДСП (максимума производительности и минимума удельного расхода электроэнергии) и анализ характера влияния на изменение их экстремальных значений параметров СЭС.

6. Методология определения вероятностных характеристик параметров нагрузки ДСП, показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, включая их функциональные преобразования, на основе вероятностной модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

7. Математические методы расчета частотных характеристик системы автоматического регулирования ДСП и частотных характеристик дуги ДСП, определяемых с учетом параметров печного контура ДСП и параметров СЭС, представленных, соответственно, низкочастотным звеном и высокочастотным звеном ДСП в СЭС, также определение аналитических связей между характеристиками дуги ДСП и значениями высших гармоник тока и напряжения, генерируемых ДСП в СЭС.

8. Разработка метода расчета коэффициентов передачи и ослабления силовыми элементами СЭС значений показателей качества напряжения, что позволяет ограничивать допустимые значения показателей качества напряжения на шинах питания ДСП нормируемыми значениями показателей качества напряжения на шинах чувствительных к ним электроприемников

1.5. Практическая полезность работы.

1. Получены аналитические выражения для инженерных расчетов с целью опреде-

ления условий ЭМС на собственных шинах питания ДСП в виде допустимых значений потребляемой ДСП реактивной мощности, допустимой мощности короткого замыкания и уровней исходного напряжения на шинах ДСП, перегрузки печного трансформатора, а с позиции выполнения требований ЭМС в СЭС в виде допустимых значений показателей качества напряжения, что позволяет сократить число контрольных точек оценки ЭМС в СЭС и совмещать функций кошроля и управления режимами ДСП и качеством напряжения в СЭС.

2. Предложена инженерная методика расчета электротехнологических режимов, включая и энергосберегающие, ДСП и разработаны практические рекомендации для расчета и поддержания энергосберегающих режимов ДСП.

3. Предложены инженерные методы расчета и аналитические выражения для определения электрических и рабочих характеристик одной или группы ДСП, показателей качества напряжения: отклонений и колебаний напряжения, с учетом параметров СЭС, применимые для всех типов действующих и проектируемых ДСП.

4. Для проектирования даны удобные в инженерном расчете выражения для определения рациональных рабочих характеристик действующих ДСП, позволяющие также усовершенствовать устройства определения и задания режимов ДСП за счет повышения точности выбора уставки тока дуги ДСП.

5. Даны удобные для инженерного использования выражения, позволяющие по известным или заданным параметрам СЭС и печного контура ДСП с высокой точностью определять уровни высших гармоник тока и напряжения, создаваемых нелинейной нагрузкой ДСП в любой точке СЭС.

6. Для практической реализации указанных методов разработаны алгоритмы, программы для ЭВМ; получены графические зависимости между рабочим током, характеристиками ДСП и показателями качества напряжения и др.; составлены таблицы показателей электротехнологических режимов ДСП, включая и энергосберегающие, для конкретного электротехнического комплекса "СЭС-ДСП-40", таблицы коэффициентов ослабления показателей качества напряжения: колебаний и несинусоидальности напряжения, силовыми элементами СЭС: линиями эленктропередачи, трансформаторами И Ш, сдвоенными реакторами и т.д.

1.6. Реализация в промышленности, проектной практике, учебном процессе и внедрение результатов.

По теме диссертационной работы выполнено более 15 научно-исследовательских работ, из них 2 работы по госбюджетным программам МинВУЗа РФ по теме: "Разработка энергосберегающего метода автоматизированной системы оптимального управления режимом работы дуговых электропечей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости", 1990-1995 г.; МОиПО РФ теме: "Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов", 1997-2000 г.; под научным руководством и при участии автора.

За счет использования разработанных новых методов расчета рациональных характеристик и электротехнологических режимов ДСП с учетом параметров питающей сети были выданы рекомендации по ведению оптимальных режимов

плавки для Металлургического производства (МтП) АО "АВТОВАЗ", что позволило снизить удельный расход электроэнергии ДСП-40 с 690 до 528 кВт*ч/т, т.е. на 23%. Алгоритмы и пакеты программ для расчета электрических характеристик ДСП, энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП, отклонений, колебаний и несинусоидальности напряжения, были переданы в Энергетическое и Металлургическое производства, Электротехнический отдел Проектного Управления ОАО "АВТОВАЗ".

Положения диссертационной работы и её материалы, нашедшие отражение в учебном пособии "Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения" (с грифом УМО), используются в учебном процессе Самарского государственного технического университета, Тольяттинского государственного университета в дисциплинах: "Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения", "Энергосбережение", "Электротехнологические установки".

1.7. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель и методы определения условий обеспечения электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" по допустимым характеристикам нагрузки ДСП, параметров СЭС, по допустимым значениям показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, а также с учётом влияния силового оборудования СЭС по нормируемым значениям показателей качества напряжения в СЭС.

2. Математическая модель, критерии оптимизации и методы расчета электротехнологических режимов электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" на основе положений энергосбережения с учетом влияния параметров СЭС.

3. Теория, модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" и математические методы расчета статических и вероятностных характеристик одиночной и группы ДСП с учетом взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП.

4. Методы расчета показателей качества напряжения в СЭС: отклонений и колебаний напряжения, а также их вероятностных характеристик на шинах питания одиночной и группы ДСП с учетом параметров СЭС.

5. Методы расчета низкочастотных колебаний и высших гармоник тока и напряжения в СЭС на основе частотно-динамической модели комплекса "СЭС-ДСП" и методы расчета частотных характеристик дуги и печного контура ДСП с учетом параметров СЭС.

6. Пакет прикладных программ на ЭВМ и практические рекомендации для расчета электрических и рабочих характеристик ДСП; электротехнологических, включая и энергосберегающие, режимов ДСП; показателей качества напряжения; расчета комплексной модели обеспечения ЭМС на шинах питания ДСП и в СЭС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

1.8. Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий" (г.Жданов, 1983

г.), на Всесоюзном совещании "Повышение качества энергоснабжения и эффективности промышленной энергетики" (г.Ташкент, 1983 г.), на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Электроснабжение и электрооборудование дуговых электропечей" (г.Тбилиси, 1988 г.), на областном научно-техническом семинаре "Проблемы энергоснабжения и пути их реализации" (г.Тольятги, 1989 г.), на научно-технической конференции "Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях" (г.Москва, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности и качества электроснабжения" (г.Мариуполь, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г.Днепропетровск, 1990 г.), на VI научно-технической конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий" (г.Челябинск, 1991 г.), на ХП сессии Всесоюзного научного семинара АН СССР "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (г.Гомель, 1991 г.), на научно-технической и методической конференции "Энергосбережение, электропотребление, электрооборудование" (г.Новомосковск, 1994 г.), на XVII сессии Всероссийского научного семинара АН России "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий " (г.Новочеркасск, 1996 г.), на Юбилейной научно-технической конференции Тольяттинского политехнического института (г.Тольятги, 1997 г.), на IV Международном симпозиуме "Электротехника, 2010 год" (г.Москва, 1997г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Технический вуз - наука, образование и производство в регионе" (г.Тольятти, 2001 г.), на Ш Международной научно-практической конференции "Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах" (г.Пенза, 2002 г.) на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ Тольяттинского политехнического института (г.Тольятти, 1996-2001 г.г.).

1.9. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 47 работ (4 работы без соавторов) в научно-технических журналах "Электричество", "Промышленная энергетика", Известия ВУЗов "Энергетика", Известия ВУЗов "Электромеханика" и др., а также в сборниках научных трудов, материалах конференций и семинаров; получено 1 авторское свидетельство на изобретение (в соавторстве); опубликовано 1 учебное пособие "Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения", утвержденное УМО по образованию в области энергетики и электротехники (в соавторстве).

1.10. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на &Г стр. основного текста, списка литературы из наименований, приложения ¿Гетр.. ¿^иллюстраций, таблиц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, сформулирована новизна и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации и публикации основных результатов диссертации.

В первой главе приведен анализ современного состояния общей теории и известных методов определения характеристик нагрузки и технологических режимов ДСП, характера воздействия нагрузки ДСП на СЭС. В соответствии с целью диссертационной работы формулируются научные и практические задачи по анализу условий и разработке методов расчета и обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС - ДСП".

Дуговые сталеплавильные печи являются важной (основной) частью электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" с переменным технологическим графиком потребления электрической мощности, значения которой определяется конструктивными особенностями, сопротивлениями печного контура ДСП, а также параметрами и характеристиками системы электроснабжения (СЭС).

Тенденция на увеличение емкости и мощности ДСП требует совершенствования методов расчета и анализа режимов ДСП, повышения точности регулирования электрических параметров и режимов ДСП, решения вопросов соответствия мощности СЭС мощности ДСП, влияния нагрузки ДСП через показатели качества напряжения на осветительные и другие электроприемники, включая и сами ДСП.

Применение крупных ДСП ведет к удорожанию питающих СЭС, поэтому на передний план выдвигаются вопросы создания СЭС, снижающих до допустимых пределов отрицательное влияние на электрические сети ДСП; вопросы определения оптимальных параметров СЭС с целью обеспечения экономичных режимов работы как самих питающих СЭС, так и ДСП.

Многочисленные работы, посвященные рассматриваемому вопросу можно условно разбить на определенные группы:

- определение электрических и рабочих характеристик ДСП и электротехнологических режимов ДСП графическими построениями по круговым диаграммам и аналитическими расчетами - в работах H.A. Маркова, А.Д. Свенчан-ского, экспериментальным путем на действующих печах, по показаниям приборов или с использованием специальных измерительных устройств, осциллографов и т.д., - в работах ГЛ. Вагина, И.В. Жежеленко, B.C. Иванова, JI.A. Ку-чумова, Р.В. Минеева, А.П. Михеева, Ю.Л. Рыжнева, МЛ. Смелянского и др.; исследованиям электротехнологических режимов ДСП посвящены работы отечественных ученых, таких как: Н.И. Бортничук, ГЛ. Вагин, JI.A. Волохонский, A.B. Егоров, Л.С. Кацевич, А.Б. Лоскутов, А.Н. Макаров, JI.E. Никольский, Н.В. Окороков, В.Л. Розенберг, В.Д. Смоляренко и др.; исследованиям энергетических процессов, протекающих в рабочем пространстве печи посвящены работы А.В.Егорова, А.Н.Макарова, Л.Е. Никольского, Н.В. Окорокова,

- влияние нагрузки ДСП на СЭС, представляемого, в первую очередь, с ни-

жением качества напряжения — в работах российских и зарубежных ученых Ю.Г. Барыбина, Г.Я. Вагина, С.Р. Глинтерника, А.А. Ермилова, И.В. Жежелен-ко, Ю.С. Железко, B.C. Иванова, И.И. Карташева, Б.А. Константинова, М.П. Костенко, Э.Г. Куренного, JI.A. Кучумова,, М.С. Либкинда, А.Б. Лоскутова, Н.А. Мельникова, Р.В. Минеева, Ю.М. Миронова, Ю.Л. Мукосеева, Л.Р. Неймана, В.Л. Рабиновича, Ю.Л. Рыжнева, М.Я. Смелянского, А.К. Шидловского, В.В. Черепанова, Д. Аррилага, St. Balteana, П. Боджера, Д. Брэдли, G. Dixon, С. Gilke, Z. Hradelik, J. Lemmenmeier, P. Kendall, H. Krabiell, I. Sora,H др..

В России, в основном, показатели качества электроэнергии, определяющие условия обеспечения ЭМС ДСП, как источников электромагнитных помех, регламентируются требованиями ГОСТ 13109-97. Наиболее важные из них:

- "нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения SUу на выводах приемников электрической энергии",

- несинусоидальность напряжения за счет появления высших гармоник тока и напряжения, генерируемых ДСП вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики дуги,

- колебания напряжения (размахи изменения напряжения), определяемые рабочими токами и токами эксплуатационных коротких замыканиях ДСП.

Анализ результатов исследований в области определения и нормирования показателей качества электроэнергии, выполненный в данной главе диссертационной работы, позволяет оценить применяемые методы нормирования качества электроэнергии и поставить задачу разработки методики учета ограничений по ЭМС электротехнического комплекса "СЭС — ДСП", а также разработать на основе положений энергосбережения практические рекомендации для электротехнологических режимов ДСП с учетом ПКЭ и, в целом, для обеспечения ЭМС ДСП с СЭС.

Во второй главе приведена статическая модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", изложены теоретические методы расчета электрических и рабочих характеристик одиночной и группы параллельных ДСП с учетом параметров СЭС, а также методы расчета отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП, представляющие собой показатели качества электроэнергии и являющиеся составными частями ЭМС ДСП с СЭС.

Система электроснабжения и дуговая сталеплавильная печь представляют собой единый электротехнический комплекс. Особенностью мощной, резкопе-ременной электрической нагрузки ДСП является то, что она оказывает существенное влияние на характеристики СЭС, в частности, через показатели качества напряжения, приводя при определенных условиях к нарушению электромагнитной совместимости (ЭМС). Изменение характеристик СЭС одновременно приводит к изменению электрических и рабочих характеристик ДСП.

Режимы работы и, следовательно, характеристики ДСП определяются значением установленного тока дуги ДСП, что предопределяет статические характеристики ДСП и, в целом, электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", которые в комплексном виде могут быть представлены статической моделью электротехнического комплекса "СЭС - ДСП ".

Установка определенного тока ДСП осуществляется двумя способами: установкой (уставкой) тока дуги ДСП с заданными электрическими и рабочими характеристиками ДСП на определенной ступени печного трансформатора (111) или - с заданным значением напряжения его вторичной обмотки. Поддержание заданного значения тока и, следовательно, длины дуги ДСП осуществляется с помощью автоматического регулятора мощности (АРМ).

В соответствии с предлагаемой статической моделью электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" влияние СЭС на характеристики ДСП можно охарактеризовать в виде функционала:

х = /{иисхдсп',8к3дсл',ь)) (1)

где параметры и характеристики СЭС отражены: исходным напряжением на шинах питания ДСП Uцех дет которое может отличаться от номинального значения; мощностью КЗ на шинах питания ДСП S¡ajjcn> величина которого определяется сопротивлениями СЭС и ограничена отключающей способностью выключателей в сети ДСП; потерями мощности и напряжения в СЭС, представленных в данной работе в виде коэффициента Ъ, определяемого сопротивлениями элементов СЭС (линии, трансформаторы Г1111, кабели и т.д.) и нагрузкой ДСП, а в случае параллельных присоединений (к соседним обмоткам трехобмо-точных трансформаторов или трансформаторов с расщепленными обмотками), то и нагрузкой других электроприемников на совместных участках электрической сети.

Одновременно с потерями мощности и напряжения в СЭС, обусловленных нагрузкой ДСП, на шинах питания ДСП появляются отклонения напряжения SU„ и колебания напряжения SU, , являющиеся показателями качества напряжения и которые характеризуют как качество электроэнергии в СЭС, нормируемое ГОСТ 13109-97, так и, частично, ЭМС в электротехническом комплексе "СЭС — ДСП", что на статической модели отражено выражением:

Z' = ñWy^M]SU,iltopM)^3MC. (2)

Для реализации представленной статической модели электротехнического комплекса "СЭС — ДСП" разработаны методы расчета как соответствующих характеристик ДСП, определяемых с учетом параметров СЭС, так и параметров качества напряжения на шинах питания ДСП.

Учитывая сложность применения итерационного метода для расчета тока, электрических и рабочих характеристик ДСП предлагается использовать выражение, учитывающее характеристики и параметры СЭС, а также ДСП: b - коэффициент потерь мощности в СЭС, питающей ДСП, определяемый, в основном, типом и мощностью трансформаторов 11111; Хс - сопротивление СЭС до шин подключения ДСП к 11111; иИсх~ исходное напряжение на шинах питания ДСП от 11Ш (до подключения ДСП); Sjq - мощность короткого замыкания на шинах питания ДСП; Q - значение реактивной мощности, потребляемой ДСП, которая определяется по выражению: Q = 3 • 1\ ■ X; Щеп - рабочее напряжение на шинах питания ДСП, которое определяется по выражению:

Uдсп = л/3 • Кпт • /2 ■ Z; /2 - вторичный ток ДСП; Кщ- - коэффициент трансформации печного трансформатора; X = XK\Jl1K //2 = var — индуктивное сопротивление печного контура ДСП; Z- полное сопротивление печного контура ДСП:

. 100о/о = .100о/о „ и»сх - и ДСП

тт2 л тт ■ \JJ

U ИСХ °*3 U ИСХ

Как правило, известным (заданным) является ток дуги ДСП, с помощью которого из выражения (3) можно определить полное сопротивление печного контура ДСП-Z:

2 _ U исх ' ~ 3 • Ъ • 1\ • X • U исх

S-Knr-i1-sK3

Следует отметить, что полное сопротивление — Z печного контура ДСП по выражению (4) определяются с учетом действительных параметров СЭС для шин питания ДСП от Ulli, представленных значениями Sjq, Uhcx•

Для нахождения электрических и рабочих характеристик ДСП целесообразно воспользоваться выражением, определяющим изменяющееся напряжение на вторичной обмотке печного трансформатора ДСП: U20 = I2-Z = var, которое связано с напряжением на шинах питания ДСП выражением:

UДСП = КПТ -и7ф = Var-

С целью практической реализации разработанного метода расчета параметров печного контура, электрических и рабочих характеристик ДСП с учетом параметров СЭС была разработана программа на ЭВМ.

В результате проведенных расчетов характеристик ДСП было получено, что как изменение уровня исходного напряжения Uhcx, так и изменение мощности КЗ на шинах питания ДСП S/a, существенно влияют на изменение характеристик нагрузки ДСП, как показано на рис. 1 и 2, и эти изменения при сравнении с характеристиками ДСП, определяемыми при неизменном напряжении на шинах питания ДСП, тем больше, чем больше мощность печи.

Из-за изменения условий питающей сети происходит также изменение значений токов эксплуатационного короткого замыкания (ЭКЗ) ДСП - 12за, которые могут быть определены через параметры печного контура в режиме ЭКЗ -XK,RK, ZK по выражению:

j _ I К пт 'S кз

1 2 экз

2-Я-b-XK-UHCXj

S/СЗ КJJT ■ Z. • iSjg

——---" "-ifA fSI

3-b-X, 2-Я-Ь-Хк-Uисх ' ' К )

Указанные изменения токов ЭКЗ ДСП зависят как от уровня исходного напряжения, так и мощности КЗ на шинах питания ДСП, причем при увеличении указанных параметров СЭС токи ЭКЗ ДСП - 12экз также увеличиваются.

В результате, предлагается для расчета характеристик ДСП определять значения рабочих токов печи - 12ра6 в относительных единицах к величине тока ЭКЗ - 12зкз, вычисленном при известных (заданных) значениях С/исх и на шинах питания ДСП, через коэффициент пропорциональности:

2

>

™ - hpaö / Ьэкз , (6)

что дает более стабильные коэффициенты для всех типов ДСП, чем при отношении рабочих токов ДСП к номинальным значениям.

Если принять для режима ЭКЗ ток ЭКЗ ДСП в относительных единицах -I2jkj (o.e.) в виде : тЭ1а = 1, то другие значения т, соответствующие рабочим значениям тока ДСП - I2pa6y будут определяться как относительные значения от

Рис. 1. Влияние напряжения электрической Рис. 2. Влияние мощности короткого за-сети на характер изменения электрических и мыкания Sn на шинах шпания ДСП-40 на рабочих характеристик ДСП-40 при Sn = 300 характер изменения электрических и рабочих MB А и при: Uhcx = 10,5 кВ; U,,« = 10,0 кВ; U»« характеристик ДСГИ0 при ию = Uhom = 10,0 = 9,5 кВ кВ и при S,c = оо; Sra = 200 MBA; SB = 300

MBA; S,a=400 MBA

Т. к. ток ЭКЗ ДСП в именованных единицах 12ж) (кА) уже определен с учетом параметров СЭС (5), то рабочие токи ДСП, также определяемые с учетом параметров СЭС, могут быть определены по достаточно простому выражению:

12 раб = гп ■ 11т (кА). (7)

Электроснабжение группы параллельных дуговых сталеплавильных печей имеет ряд принципиальных особенностей, обусловленных, в первую очередь, взаимным влиянием режимов работы печей друг на друга. Особенностью режимов ДСП является их возможность работы на различных ступенях печного трансформатора, т.е. с различными коэффициентами трансформации. Однако, недостаток, связанный с различием коэффициентов трансформации печных трансформаторов, а, следовательно, и их сопротивлений, может быть устранен приведением сопротивлений печных контуров параллельных ДСП к шинам высшего, т.е. к шинам общего напряжения их питания от СЭС и определением общего тока КЗ /1эа1 и напряжения на шинах питания С/ЬоЕ от группы парал-

лельных. Затем для заданных рабочих токов параллельных ДСП при определенном для них напряжении на шинах питания ДСП и^ра6Т определяются их рабочие и электрические характеристики. При питании группы параллельных ДСП важным является определение возможностей использования силового оборудования СЭС, в первую очередь, силовых трансформаторов с позиции их загрузки, изменение показателей качества напряжения в питающей сети, а также характера изменения электрических и рабочих характеристик самих ДСП с целью обеспечения для них рациональных режимов.

Значение действительного напряжения на шинах питания ДСП с учетом параметров ее нагрузки, представленной током дуги и параметрами печного контура, можно определить из ранее показаного выражения.

Получено, что отклонения напряжения на шинах питания ДСП можно также определить по выражению:

и -и /Ч л гг \

и пг п и>

Д^я- ,, -100*=-

ином

-

Я .11

°К2 и НОМ у

100%, (8)

. _. (/иру СУ НОи

где Шс=———"— - отклонения напряжения от номинального на шинах Уном

ДСП до ее подключения, определяемые режимом сети или отпайкой силового трансформатора.

Колебания напряжения на шинах питания ДСП могут быть определены с учетом: А/"=/2—/, —а2-1у—а1-1у=(а1—а])-1у - диапазона изменения тока

ДСП; 1У - тока уставки АРМ ДСП; // и Ь - соответственно, максимального и

/2 /,

минимального значений тока ДСП в диапазоне его изменения; ~>а\=~7~ -

1у 1у

коэффициентов, определяющих диапазон изменения тока ДСП;

Р = осг-^о^—ал - коэффициента колебательности, определяемого соседними экстремальными значениями тока дуги; Qy - реактивной мощности ДСП при рабочем токе, соответствующем току уставки; Ху - индуктивного сопротивления печного контура ДСП, соответствующего току уставки, по выражениям:

=ъ-ъ •Ъ'Хуикя-р ъ.о,-ию.р

? .XI •II ' '

°кз инот кз ином

т.е. с учетом параметров нагрузки ДСП и параметров СЭС.

Колебания напряжения в зависимости от коэффициента колебательности тока дуги ¡3 могут быть определены для любого размаха тока ДСП, например, Ы ном > включая и размахи тока ДСП, определяемые характеристиками АРМ. Исследования показывают, что перемещения электродов под воздействием регуляторов мощности АРМ являются практически периодическими, что позволяет рассматривать режим работы регуляторов мощности и их воздействие на колебания тока ДСП с позиции средней частоты собственных колебаний

АРМ. Вычисленные с учетом коэффициентов колебательности АРМ ДСП: Р = 0,167...0,666 и средней частоты собственных колебаний:^ - 0,64...2,08 Гц, колебания напряжения Ю, на шинах питания ДСП можно использовать для нормирования колебаний напряжения на шинах питания чувствительных к ним электроприемников при сопоставлении с кривыми ГОСТ 13109-97 непосредственно, если шины питания ДСП являются общими с чувствительными электроприемниками, или, как будет показано далее, с учетом коэффициентов ослабления колебаний напряжения в СЭС, если шины питания чувствительных электроприемников и шины питания ДСП разделены элементами СЭС.

Разработанный метод расчета токов и характеристик рациональных режимов ДСП, представленных, с одной стороны, максимальной производительностью <Яшш а, с другой стороны, - минимальным удельным расходом электроэнергии ТУуй пи,, позволяет определить характер их изменения по условиям изменяемых параметров СЭС, допустимых отклонений напряжения, влияния на них значений тепловых потерь ДСП и др.

При известных параметрах СЭС задача определения рационального по производительности тока дуги сводится к определению соответствующих ему параметров печного контура из условий максимума полезной активной мощности (мощности дуги) ДСП Рйтах- В результате проведенных расчетов было получено, что сопротивления дуги ДСП Яда для рационального по производительности режима ДСП определяется по выражению:

Дас « —-^с +Хга =11-^я1+х1, где 1,0...1,15, причем, увеличение

мощности КЗ на шинах питания ДСП приводит к уменьшению поправочного коэффициента д.. Индуктивное сопротивление печного контура, соответствующее рациональному по производительности режиму ДСП, будет определяться параметрами печного контура при ЭКЗ по выражению: ¡2.(л + X )

Хв=Хк-а = Хк I-£-—. В итоге, полное сопротивление ДСП для максимальной производительности ДСП определяется через вычисленные параметры Х0, Яс и Я.дС по выражению: ~ +К<юУ > а ток 12а - по выражению, аналогичному (5), что позволяет определить и другие характеристики ДСП.

В результате расчетов было получено, что коэффициент пропорциональности токов ДСП: т = ¡¡раб / Ьж Для режимов максимальной производительности является в достаточной степени стабильным и составляет: для ДСП-6 т0р ~

0,62; для ДСП-40 т^ «0,63; для ДСП-100 твр « 0,65. Следует отметить, что коэффициент пропорциональности та, отражающий режим максимальной производительности ДСП является практически неизменным при изменении ступеней печных трансформаторов и тепловых потерь ДСП.

Рациональному энергетическому режиму соответствует минимум удельного

расхода электроэнергии ДСП :

"*> , р р >

•*'*■2 ГТП

где - теоретический удельный расход электроэнергии на 1 тонну шихты. В работе приведено также решение уравнения для определения значения сопротивления дуги для рационального энергетического режима ДСП.

После проведения соответствующих расчетов было получено, что относительное значение тока ДСП, при котором достигается минимум удельного расхода электроэнергии, в среднем, составляет: для ДСП-б: т^удр^0,44; для ДСП-40: тфудр ~ 0,45; для ДСП-ЮО: тПудр « 0,47. Получено, что значение тока ДСП , соответствующее минимуму удельного расхода электроэнергии ДСП

Фуд^, зависит от ступеней печного трансформатора, тепловых потерь ДСП и может отклоняться в пределах ± 5% от среднего значения.

В итоге, разработанные математические методы расчета электрических и рабочих характеристик ДСП с учетом параметров СЭС, ряда важных показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, характеристик рациональных режимов ДСП, позволяют повысить точность построения статической модели электротехнического комплекса "СЭС - ДСП".

В третьей главе показана вероятностная модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", выполнены функциональные преобразования и проведен анализ вероятностных электрических характеристик ДСП, огибающей, отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП.

Основным возмущающим фактором является нестабильный характер горения дуги ДСП, особенно, в режиме расплавления, который, как правило, является случайным, что позволяет представить изменения тока и других характеристик ДСП в виде законов распределения вероятностей и его основных параметров. Вероятностный характер тока дуги ДСП, представляемый, например, плотностью распределения вероятностей: У = предопределяет вероятностный характер других электрических характеристик ДСП, основными из которых являются: плотности распределения вероятностей активной мощности ™(Рдсп), реактивной мощности м^дсц), полной мощности м>(5дсп) ДСП, что на вероятностной модели отражено функционалом:

У = ЧРдсп ); М.ЯДСП ); ^дсп ) • (11)

Одновременно вероятностный характер тока ДСП предопределяет вероятностный характер изменения огибающей напряжения на шинах питания ДСП: У = МУДСП). На основании плотности распределения вероятностей огибающей напряжения ^(1/дсп) математическими методами могут быть получены плотности распределения вероятностей отклонений напряжения коле-

баний напряжения м>(<5£/,) на шинах питания ДСП, что на вероятностной модели электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" отражено функционалом:

У = и<ЯУ,); у^зи,) ЭМС , (12)

На основании многочисленных исследований установлено, что распределение тока дуги ДСП, в общем виде, можно охарактеризовать нормальным законом. Следует отметить, что математическое ожидание тока дуги ДСП при наличии АРМ, которыми оснащены практически все ДСП, определяется его уставкой тока, выбираемой с учетом условий питающей сети и ступени трансформации печного трансформатора в рассматриваемом режиме т1 = 1У. Среднеквадратичное отклонение тока ДСП в значительной степени определяется диапазоном регулирования АРМ ДСП, его быстродействием и постоянной времени.

Корреляционная функция (КФ) огибающей тока ДСП, особенно в режиме расплавления, имеет экспоненциально-косинусный характер, характеризуется коэффициентом затухания корреляции сс = 3,0...4,5 и определяется, в основном, постоянной времени регулятора мощности ДСП Тр, которая для существующих типов регуляторов составляет Тр = 0,08...0,25 с. Круговая частота несущей огибающей тока дуги в режиме расплавления ю0 определяется, как правило, средней частотой собственных колебаний регулятора мощности ДСП соа= 2я/"0, где: /0 = 0,5...2,0 Гц. Разброс, порой значительный, в получаемых значениях а и й)0 = объясняется сложной взаимосвязью работы регулятора мощности ДСП, стремящегося поддерживать заданный ток ДСП, и целой группой факторов, вызывающих случайные изменения тока дуги ДСП. Большая постоянная времени регулятора из-за инерционности передаточных механизмов не позволяет полностью устранить воздействие случайных факторов и стабилизировать ток дуги. В то же время, изучение постоянных времени печных контуров исследуемых ДСП, показывает, что их значения во всем диапазоне изменения тока дуги значительно меньше постоянных времени регулятора Тпк < Тр. Следовательно, КФ изменения огибающей тока дуги, в основном, определяется параметрами регулятора, а параметры печного контура, представленные в виде постоянных времени, приводят не к изменению огибающей тока, а к искажению формы тока дуги.

Исследования функции спектральной плотности тока ДСП показали, что процесс изменения огибающей тока дуги в значительной степени узкополосный. Основная энергия процесса сосредоточена в диапазоне 0,3...3,0 Гц и составляет порядка 80...89%, причем пик спекгра приходится на диапазон частот 0,5...1,0 Гц, соответствующий частоте собственных колебаний регулятора мощности ДСП.

Таким образом, выявленная периодичность КФ, концентрация мощности СП в области частот, характеризующих работу АРМ ДСП, позволяют сделать вывод о доминирующем влиянии характеристик регулятора на характер изменения огибающей тока дуги ДСП. Присутствующий в токе душ вероятностный шум, из-за большого количества возмущающих факторов, его вызывающих и вносящих в функцию СП сравнительно небольшую мощность в широком диапазоне частот (3... 12 Гц), согласно предельной центральной теореме с высокой точностью может быть описан нормальным законом распределения. Тем самым, представляется целесообразным рассматривать огибающую тока дуги ДСП как процесс, образованный совокупностью периодического сигнала АРМ ДСП и вероятностным шумом

с нормальным законом распределения:

/(О = s(t) + 7(0 = Ia cos(a0t + <р) + v(t), (13)

где 5(0 = I„ cos(o0t + (р) - гармоническое колебание; 7(0 - нормальный центрированный стационарный шум; 1т - амплитуда гармонического колебания; ю0 = 27zf0 - угловая частота регулятора;/0 - собственная частота регулятора; <р -начальная фаза, которая при данном рассмотрении может не учитываться.

Наложение периодического сигнала регулятора мощности ДСП в процессе плавки приводит к изменению соотношения сигнал/шум, сохраняя в целом нормальный закон распределения тока.

Для получения вероятностных характеристик нагрузки ДСП произведены графические и математические преобразования распределения тока дуги ДСП с разными уставками тока ДСП к распределениям активной, реактивной и полной мощностей ДСП, а также к огибающей напряжения на шинах питания ДСП с учетом функциональных зависимостей указанных электрических характеристик от тока ДСП. Показано, что распределения реактивной и полной мощностей ДСП, а также огибающей напряжения на шинах питания ДСП с достаточной точностью аппроксимируются нормальным законом распределения, причем изменение уставки тока ДСП не приводит в существенным изменением закона распределения.

Плотность (закон) распределения вероятностей активной мощности ДСП имеет более сложную связь с распределением тока ДСП:

(Вг-*4АР—В

Ар)= , а 1 —7Г-« * , (14)

ЫВ +4АР <г,Ч2х

где Р = А-В-12 - активная мощность ДСП; А - ЗЛ, В = Зк- коэффициенты; Я - активное сопротивление печного контура; к - коэффициент пропорциональности, равный к = Яд-12.

Установлено влияние уставки тока ДСП на вид закона распределения активной мощности ДСП. При уставке тока ДСП меньше Iу < Iр рационального значения закон распределения активной мощности ДСП приближается к нормальному, а увеличение уставки тока сопровождается "удвоением" частоты изменения активной мощности, потребляемой ДСП, и к "свертке" ее закона распределения, приближаясь в пределе к усеченному нормальному закону.

Установленная ранее связь между потерями напряжения в СЭС и реактивной мощностью, потребляемой ДСП, позволяет математически определить закон распределения огибающей и отклонений напряжения на шинах питания ДСП как нормальный. Получены корреляционная функция и функция спектральной плотности для огибающей напряжения на шинах питания ДСП. Доказана допустимость построения для огибающей напряжения линейчатого и амплитудного спектров, что позволяет построить модель процесса изменения оги-

-т,

бающей напряжения в виде разложения по гармоническим функциям, а также использовать амплитудный спектр огибающей напряжения для нормирования колебаний напряжения в СЭС.

Доказано теоретически и подтверждено результатами экспериментальных > ^следований, что распределения колебаний напряжения на шинах питания ДСП с доверительной вероятностью не ниже 0,95 аппроксимируется экспоненциальным законом. Сопоставление вероятностных параметров огибающей и колебаний напряжения для ДСП различной емкости в режиме расплавления на участках стационарности указывает на их устойчивую связь и с погрешностью, не превышающей 5%, позволяет принять среднеквадратичные отклонения

(с.к.о.) огибающей и колебаний напряжения равными между собой ~ ,

где & ¿и, > °с/ " соответственно, среднеквадратичные отклонения колебаний и

огибающей напряжения на шинах питания ДСП.

Расчеты, выполненные для группы параллельных ДСП показали, что характер распределения колебаний напряжения на шинах питания группы ДСП в режиме расплавления, в общем виде описывается распределением Эрланга л-го порядка, зависит от количества параллельных ДСП и, в частности, изменяется от экспоненциального для одиночной ДСП (п = 1) до практически нормального закона распределения для группы ДСП при п = 6 и более.

Следует отметить, что законы распределения, в частности, экспоненциальный закон для одиночной ДСП, могут быть использованы для нормирования случайных значений колебаний напряжения при сопоставлении с нормируемыми кривыми ГОСТ 13109-97.

В четвертой главе разработана частотно-динамическая модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", где каждый элемент модели рассматривается в виде передаточной функции, что позволяет рассматривать частотные характеристики ДСП и СЭС как низкочастотного (0,1... 10 Гц), так и высокочастотного (100...1000 Гц) диапазонов, т. к. ток ДСП является резкопеременным и нелинейным по характеру.

АРМ ДСП обеспечивает поддержание с максимально возможной точностью заданного значения тока и вводимой в печь активной мощности, которая выделяется в электрических дугах и регулируется путем изменения длины дугового

промежутка Д/д, что на частотно - динамической модели отражено фукциона-лом: У, = /{А/й (р) - (р) ■ (р)}, а также за счет переключения ступеней напряжения печного трансформатора.

Показано, что АРМ является низкочастотным звеном в конструкции ДСП, что приводит к искажению кривой напряжения и тока ДСП в диапазоне частот 0,1...6 Гц. В области частот /о = 0,1.. .6 Гц, соответствующих частоте собственных колебаний АРМ /С0£, на амплитудно-частотных характеристиках АРМ наблюдаются всплески с частотой 2 Гц и 4 Гц, причем величина всплесков будет тем больше, чем меньше собственные частоты недемпфированных колебаний исполнительного механизма //Г, и больше относительные коэффициенты за-

тухания колебаний £ В качестве показателя качества регулирования электрического режима ДСП наиболее приемлемым является минимум дисперсии гока, которая определяется периодом плавки и снижается при уменьшении инерционности привода и постоянной времени колебательного звена исполнительного механизма АРМ, а также при повышении исходного напряжения 1/исх и мощности короткого замыкания на Эюдсп на шинах питания ДСП.

Характер изменения тока дуги ДСП, поддерживаемый АРМ, представленный на частотно-динамической модели как У = /(.Ядсп) предопределяет характер изменения огибающей напряжения на шинах питания ДСП, а с учетом показанных ранее зависимостей, также и характер изменения колебаний напряжения на шинах питания ДСП: У = ЭМС, которые, как известно, являются составной частью условий обеспечения ЭМС в СЭС.

Электрическая дуга ДСП создает в СЭС высшие гармоники напряжения, которые как показатели качества электроэнергии в виде коэффициентов л-ой г<г--монической составляющей напряжения Ки(п) и коэффициентов искажения син соидальности кривой напряжения Ки, являются составной частью условии обеспечения ЭМС в СЭС, что на частотно - динамической модели отражено выражением: У = /(Ки(я)^орм, Ки^орм) ЭМС.

Нелинейные характеристики электрической дуги с учетом постоянной времени и характеристик печного контура приводят к искажению формы кривой тока ДСП. Передаточная функция электрического дугового разряда ДСП определяет связь между длиной дуги и током ДСП или их изменений, что можно описать операторным уравнением: А/*{р) = 1¥д {р)-&1д(р), где А/*, АГд - относительные отклонения выходного и входного параметров ДСП; 1¥д(р) - передаточная функция электрического дугового разряда ДСП.

Используя общепринятые допущения для анализа процессов в электрической цепи трехфазной дуги ДСП и принимая в качестве входного параметра длину дуги, а выходного - ток дуги, получены выражения для определения амплитудно-частотной характеристики электрической дуги ДСП:

пряжение на шинах питания ДСП; Ъ - коэффициент потерь мощности в СЭС, создаваемых нагрузкой ДСЦ /? - градиент потенциала в столбе дуги; Кпт - коэффициент трансформации печного трансформатора; а - сумма падений напряжения у анода и катода электрода; - коэффициент усиления регулируемого объекта (ДСП) по току; Тк - постоянная времени печного контура; Ьк - индуктивность печного контура; Хс - индуктивность сети до точки подключения ДСП; Якн Яд-активные сопротивления печного контура и дуги. При этом устанавливается

где А (о) = ^Кгпт {як +ЯДУ{\ + <огТгк)+ 4ЫхЬсаг ;

исходное на-

взаимосвязь между частотной характеристикой дуги ДСП, параметрами печного контура ДСП и переменными параметрами питающей СЭС.

Для разработки метода расчета высших гармоник тока и напряжения, создаваемых нелинейной нагрузкой ДСП на шинах питания ДСП целесообразным является использование выражения для амплитудно-частотной характеристики дуги и связи тока дуги с переменными параметрами питающей сети.

Ток дуги ДСП для л-ой гармоники определяется по выражению:

^^■^„вМ-й^-вМ' (16)

где п-а1тс - f I jс, порядковый номер гармоники (и = 2,3,4...), определяемый отношением частоты гармоники к основной частоте электрической сети; В1 (п),В2(п),В}(п) . полиномы, определяемые параметрами печного контура и питающей СЭС.

Напряжения дуги для л-ой гармоники ДСП находятся из выражения:

идМ=1М*д. (17)

Для определения характера изменения высших гармоник тока и напряжения дуги ДСП при прохождении их через элементы электропечной установки (короткую сеть, электропечной агрегат) все элементы электрического печного контура рассмотрены в виде схемы замещения для высших гармоник. В результате проведенных исследований показано, что элементы схемы замещения могут бьггь приняты линейными, и задача определения значений высших гармоник напряжения на шинах питания ДСП сводится, в принципе, к определению

коэффициента передачи для высших гармоник в печном контуре ДСП Кд.дсщп)'

Хс

Кд-ДСЩп) ~ „2 у , у- > (18)

Л'ПТЛЛК+'ЛС

где Хп - индуктивное сопротивление печного контура ДСП; Хс - индуктивное сопротивление сети до точки подключения ДСП; Кпт - коэффициент трансформации электропечного трансформатора.

Тогда напряжение высших гармоник на шинах питания ДСП иДСп(п) будет определяться по выражению:

^дся(П) = Кд-дсп(л)' ^д(п) • (19)

На основании выполненных расчетов показано, что уменьшение рабочего тока ДСП, а также повышение мощности КЗ и снижение исходного напряжения на шинах питания ДСП, приводят к уменьшению коэффициента передачи для высших гармоник в печном контуре ДСП.

В пятой главе разработана модель электротехнологического энергосберегающего комплекса "СЭС - ДСП". Как показано на электротехнологической модели электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" параметры СЭС (Цисхдсп: йкздсп; Ь) и рабочий ток ДСП 1РАБ = Кпт/12 определяют значение полезной активной мощности дуги ДСП Рд, которая является основной величиной для нахождения рабочих характеристик и полезной электроэнергии ДСП Жр^в-

Дополнительно электротехнологический режим ДСП, его продолжительность определяются: мощностью и энергией тепловых потерь ДСП - Ртпи WTn, массой металла (металлошихты) Мм', массой шлака - Мщ\ продолжительностью рабочего режима ДСП - Траб\ продолжительностью простоев ДСП - Тп\ мощностью тепловых потерь при простоях ДСП - Ртп.п-

Оптимизационную задачу электротехнологического режима ДСП целесообразно решать посредством нахождения минимума приведенных удельных зал

трат Зп на производство: Зп = ^3, = mint где: 3/- удельные приведенные за-

i=i

траты на материалы, производство работ, на электротехнологичечский процесс.

Важнейшей составляющей удельных затрат на реализацию технологического процесса являются общий расход или удельные затраты на электрическую энергию WPA£. Именно эта составляющая может быть минимизирована за счет оптимизации электротехнологических режимов работы электротехнического комплекса "СЭС -ДСП" включая значение рабочего тока ДСП, ступень печного трансформатора, параметры СЭС. При этом, соблюдение требований технологического процесса, в частности, его производительность, учитывается в качестве ограничения. В тоже время, с учетом особенностей конкретного производства, может ставиться и задача достижения максимальной производительности GrAE. В этом случае в качестве ограничения выступает расход электроэнергии. При решении, как первой, так и второй задачи существенные дополнительные ограничения на область допустимых решений накладывают условия ЭМС ДСП с СЭС.

С учетом вышеизложенного задачу оптимизации можно сформулировать в следующем виде:

3n=mpa6,Gpa6)^opt. (20)

В результате проведенного анализа уравнение энергетического баланса в зависимости от рабочего тока ДСП может быть приведено к виду:

к к N

¿У^ДЛ-Я-/^,)/,-TP-m.nJj =min, (21)

i-i (=i

где А = 0,042, В = 9,864-10"4,- коэффициенты, учитывающие взаимосвязь между рабочим (рациональным) током и сопротивлениями дуги и печного контура ДСП в режиме расплавления.

Полученное выражение позволяет установить взаимосвязь между рабочими параметрами этапа энергетического процесса, временем процесса, параметрами СЭС, мощностью тепловых потерь технологического процесса и удельной энергией химических процессов, протекающих в металлошихте.

Были рассчитаны электротехнологические режимы ДСП-40 (плавки) для ряда относительных значений токов ДСП m при Uncx~ Ю кВ, Щеп = var, S/q = 300 MBA, в результате чего было получено, что экстремальные значения электротехнологического режима ДСП: минимального удельного расхода электроэнергии - fVyjf (при m = 0,44) и режима максимальной производительности ДСП - Giw (при m = 0,63) в целом за плавку практически совпадают с такими же зна-

чениями статических рабочих характеристик ДСП.

Параметры СЭС оказывают заметное влияние на электротехнологические режимы работы ДСП. Как следует из рис. 3, зависимость рабочих характеристик ДСП от параметров СЭС имеет практически линейный характер, что не приводит к смещению экстремальных их значений, но может привести к ограничению значений этих характеристик по условиям ЭМС ДСП с СЭС с позиции допустимых отклонений, колебаний напряжения и допустимой перегрузки печного трансформатора.

В шестой главе рассмотрены условия обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" как в СЭС, так и на собственных шинах питания ДСП которые, являясь мощной нагрузкой создают электромагнитные помехи, в первую очередь, в виде колебаний и несинусоидальности напряжения, не только на собственных шинах питания, но и в СЭС. Поэтому в СЭС большое значение имеют исследования и ограничение значений колебаний и несинусоидальности напряжения в соответствии с требованиями ЭМС в сетях питания ДСП и

* •» ...

1 II • 1 1 м и • с* <« I М

Г яа

• .к » « • »» и в еж

в ЯШ

ч и « с« ...

Рис. 3. Зависимость основных элекгротехнологических параметров плавки ДСП-40 от уровня исходного напряжения 1/цсх при 8кз=300МВА, /и=0,44

Следует отметить, что принятый в ГОСТ 13109-97 логарифмический масштаб затрудняет совместное решение уравнений, аппроксимирующих кривые ГОСТа и законы распределения колебаний напряжения, создаваемых резкопе-ременными нагрузками, имеющими, как правило, экспоненциальный характер, поэтому целесообразно кривые ГОСТ 13109-97 представить в полулогарифмическом масштабе, как показано на рис. 4 (кривые - 1,2).

Поскольку случайные колебания напряжения на шинах питания резкопере-менных нагрузок могут быть описаны определенными закономерностями и с учетом коэффициентов передачи соответствующих элементов СЭС могут быть приведены к шинам, где колебания напряжения нормируются, то задачу нормирования таких колебаний напряжения можно свести к определению области

непревышения ими допустимых значений, ограниченных соответствующими кривыми ГОСТ 13109-97 или с помощью аппрокимирующих их аналитических выражений. Следует отметить, что в полулогарифмическом масштабе экспоненциальные распределения, характерные для распределения колебаний напряжения, создаваемые нагрузкой одиночных ДСП, отражаются линейной зависимостью, что позволяет существенно упростить метод определения их допустимых значений решая совместно уравнения, аппроксимирующих кривые ГОСТ, и распределения колебаний напряжения от соответствующей случайной нагрузки. В результате проведенных расчетов было получено, что в точках соприкосновения кривых ГОСТа и распределений колебаний напряжения, создаваемых нагрузкой одиночных ДСП на шинах питания осветительной нагрузки (рис. 4; наклонные прямые - 3,4), в частности, размахи колебаний напряжения при ^ = 19 1/мин., с интегральной вероятностью 0,97 не должны превышать: для кривой - 1: Ш^доп < 1,05 %, для кривой - 2: 5ииц0„ < 1,66 %. Для сравнения на рис. 4 ( наклонная прямая - 5) приведено распределение колеба-

Рис. 4. Графическая иллюстрация методов определения допустимых колебаний напряжения: 1,2 - кривые ГОСТ 13109-97; 3,4 - функции распределения (экспоненциальные) допустимых колебаний напряжения, характерные для ДСП; 5 - распределение колебаний напряжения на шинах ДСП-40 при ст= 1,2 %; 6-размах колебаний напряжения, определяемый характеристиками регулятора мощности ДСП; 7 - линии размахов напряжения, преобразованных из линейчатого спектра.

Поскольку определить размахи колебаний напряжения с указанной вероятностью очень трудно, то целесообразным является нормирование параметра, в достаточной степени характеризующего распределение в целом, т.е. среднеквадратичного отклонения (с.к.о.) колебаний напряжения (Ут.йоп- В результате было получено, что при экспоненциальном законе распределения допустимые значения с.к.о. колебаний напряжения на шинах осветительной нагрузки не должны превышать: для кривой - 1: сг^доп ^ 0,31 %, для кривой - 2: сгаддоп < 0,48%.

В качестве другого способа нормирования колебаний напряжения ( с опре-

деленными преобразованиями) может быть предложено сопоставление энергетического спектра огибающей напряжения и кривых ГОСТа 13109-97. Для сравнения на рис. 4 (7 — вертикальные широкие линии) приведен преобразованный в размахи колебаний напряжения линейчатый спектр огибающей напряжения на шинах питания ДСП-40 в режиме расплавления.

Можно отметить, что наиболее простым способом нормирования колебаний напряжения является использование характеристик регулятора мощности ДСП: коэффициенты колебательности р и средняя частота собственных колебаний /ср которых являются известными, а размах колебаний напряжения может быть определен по ранее показанному выражению. Для реализации предложенного метода нормирования необходимо соответствующую частоту собственных колебаний регулятора ДСП привести к количеству изменений в единицу времени: Р = 2 /0 и сопоставить размах изменения напряжения, создаваемый регулятором, с соответствующим значением кривых ГОСТ 13109-97. В частности, если частота собственных колебаний регулятора мощности ДСП составляет 1 Гц (Р = 120 1/мин.) , то, создаваемый им размах напряжения, не должен превышать: для кривой - 1: 5и,¿„„.ра 5 0,7 %, для кривой - 2: 5и,допрег < 1,1 %. Для сравнения на рис. 4 (6 — вертикальная прямая) нанесен размах колебаний напряжения на шинах питания ДСП-40, определяемый характеристиками регулятора мощности ДСП.

Другим важным нормируемым показателем качества напряжения является несинусоидальность напряжения, обусловленная характеристиками тока ДСП. С целью ограничений высших гармоник тока и напряжения в местах их возникновения, в частности, на шинах питания ДСП, или оценки характера их изменения в питающей СЭС возникает необходимость их нормирования в точках общего присоединения к электрическим сетям. С учетом требований к ЭМС ДСП, переменного характера параметров питающей СЭС и параметров нагрузки ДСП, представляется целесообразным выполнять нормирование колебаний напряжения 5Ц,, коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки в точках общего присоединения к электрической сети с учетом характера ослабления силовыми элементами СЭС колебаний напряжения 5и, ДСП, коэффициента несинусоидальности Кцдсп, создаваемых на шинах питания ДСП.

Известно, что нагрузки ДСП с резкопеременным характером изменения потребляемых мощностей, воздействуют на питающее напряжение, приводят к изменению его по величине, т. е. к искажению огибающей действующих (амплитудных) значений напряжения основной частоты 50 Гц низкочастотными гармониками порядка 0,1... 15 Гц. В силу того, что основная гармоника (50 Гц) напряжения в сетях с резкопеременными нагрузками и моделирующие ее гармоники (0,1... 15 Гц) практически частотно независимы, при анализе характера изменения напряжения в СЭС допустимо и целесообразно рассматривать вероятностные характеристики только огибающей, а не полного сигнала напряжения. При этом можно отметить, что вероятностные характеристики огибающей и колебаний напряжения имеют устойчивые функциональные связи, т. е. харак-

тер изменения огибающей напряжения будет также определять характер изменения колебаний напряжения в СЭС.

Преобразование огибающей напряжения в СЭС, в принципе, определяется связью между случайным процессом изменения огибающей напряжения на входе системы (на шинах питания ДСП) [//(), характеризуемым математическим ожиданием (МО) ти,о) и корреляционной функцией (КФ) В¡(11,12) или функцией спектральной плотности (СП) 0(у/), и процессом изменения огибающей напряжения на выходе линейной системы (элемента) (/¡О). Характер изменения (преобразования) случайного процесса линейной системой (элементом) с постоянными или зависящими от времени коэффициентами описывается дифференциальным уравнением:

ш ш ш Ш

МО огибающей напряжения на выходе линейного элемента, инвариантное ко времени, будет связано с МО на входе элемента (или шинах ДСП) соотношением: тг = ■ Щ» где: - модуль передаточной функции элемента.

Аналогично, учитывая, что а2 = В{т = 0), получим выражения, связывающие дисперсию: <х^г = и среднеквадратичное отклонение (с.к.о.) стационарных нормальных процессов на входе и выходе линейных элементов:

Н^О'яОК- (23)

В результате проведенных исследований было получено, что при составлении схемы замещения основных силовых элементов сети (реактора, трансформатора и т.д.), а также большинства нагрузок, не приводя к большим погрешностям, достаточно учитывать только их реактивные сопротивления. Из этого следует, что модуль передаточной функции практически любого силового элемента СЭС и большинства нагрузок может быть представлен коэффициентом передачи элемента Кэ и описан общим выражением:

(24)

где: Хс и Хэ - индуктивные сопротивление СЭС до элемента и силового элемента.

Подставляя в выражение (23) значение коэффициента передачи (24) соответствующих силовых элементов СЭС, можно по известному значению с.к.о. огибающей напряжения на шинах питания ДСП (Тги.дсп (вход примыкающего силового элемента) определить с.к.о. огибающей напряжения на выходе силового элемента: сг6ц = К • <твидсп. Учитывая связь между с.к.о. огибающей и с.к.0. колебаний сгЯъДСП « сгЗи, да! напряжения на шинах ДСП можно на выходе силового элемента определить также значение с.к.о. колебаний напряжения: ~К'аги1,дсп ■ Характер изменения в СЭС размахов колебаний напряжения Ю, в случае, если между интересующей точкой СЭС ./ и шинами питания

ДСП имеется несколько элементов, то значения с.к.о. (Твиц или отдельных раз-

махов в соответствующих точках СЭС будут определяться произведением

коэффициентов передачи 1-х элементов КСЭС, т.е. по выражениям:

1 з

Зии1=8и,жп • К1 или сг= • (25)

1=1 1=1

Другим важным показателем качества напряжения в СЭС, определяемым нелинейной нагрузкой ДСП, является несинусоидальность напряжения. Было получено, что в схемах замещения для высших гармоник СЭС ДСП учитываются только индуктивные сопротивления, которые изменяются линейно с номером высшей гармоники п, т.е силовые элементы СЭС ДСП для высших гармоник напряжения являются линейными безынерционными звеньями. Модуль передаточной функции, в данном случае коэффициент передачи, для и-ой гармоники напряжения и(п), а, следовательно, и для коэффициента несинусоидальности кривой напряжения Ки для силовых элементов питающей СЭС определяется выражением, аналогичным как и для колебаний Ш,:

I <2«

Следовательно, амплитуда и-ой гармоники напряжения и^вых или КуВых на выходе любого элемента СЭС изменяется только по величине.

Использование выражений (24...26) позволяет определить изменение колебаний напряжения, уровней высших гармоник напряжения С/^, генерируемых ДСП, и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки при прохождении их через силовые элементы питающей СЭС.

Ограничение неблагоприятного воздействия показателей качества напряжения, появившихся на шинах питания ДСП, на работу других электроприемников достигается выбором рациональной схемы СЭС с учетом влияния соответствующих элементов СЭС на изменение в СЭС показателей качества напряжения. Были рассмотрены следующие способы раздельного питания резкопере-менной нагрузки ДСП и чувствительных к качеству напряжения электроприемников: 1) по схеме "глубокого ввода" через двухобмоточный трансформатор или автотрансформатор 11111; 2) с использованием трансформатора с расщепленными обмотками; 3) с использованием сдвоенного реактора и двухобмоточ-ного трансформатора; 4) с использованием трехобмоточного трансформатора, для которых были вычислены коэффициенты передачи и коэффициенты ослабления колебаний и коэффициентов несинусоидальности напряжения для характерных точек СЭС. Был выполнен также анализ целесообразности применения соответствующих схем СЭС для ослабления колебаний и коэффициентов несинусоидальности напряжения, определяемых нагрузкой ДСП.

В принципе, выполнение условий ЭМС электротехнического комплекса "СЭС -ДСП' имеет две взаимосвязанные проблемы: обеспечение ЭМС на собственных шинах питания ДСП и обеспечение ЭМС в СЭС для других электроприемников.

ЭМС на собственных шинах питания ДСП определяется не только условия-

ми обеспечения определенных значений показателей качества напряжения, т.е. в точке СЭС где они возникают и являются максимальными, но и степенью воздействия напряжения пониженного качества, в первую очередь, отклонение напряжения, на электрические и рабочие характеристики самих ДСП, электротехнологические режимы ДСП. Следует отметить, что электрические характеристики и электротехнологические режимы ДСП, в свою очередь, могут быть ограничены допустимыми условиями работы электротехнологического оборудования, в частности, печных трансформаторов ДСП.

Для обеспечения ЭМС ДСП с питающей СЭС необходимо выработать требования к допустимому уровню помех, т.е. к показателям качества напряжения, на собственных шинах питания ДСП, таким образом, чтобы на шинах питания электроприемников, чувствительных к качеству напряжения, не были нарушены, в первую очередь, требования ГОСТ 13109-97. Кроме того, требования ЭМС должны учитывать влияние отклонений, колебаний напряжения и несину-соидапьности напряжения, создаваемых на шинах питания ДСП, на шины смежных электроприемников.

Следует отметить, что число электроприемников, чувствительных к колебаниям и несинусоидальности напряжения, в СЭС промышленных предприятий значительно больше, чем электроприемников, создающих указанные помехи в электрической сети, в силу чего, установление норм на колебания и несинусоидальность напряжения непосредственно на шинах питания ДСП позволит сократить число контрольных точек и совместить функции контроля и управления качеством напряжения в СЭС с поддержанием определенных электрических параметров нагрузки ДСП.

Таким образом, представляется целесообразным с позиции ЭМС рассматривать вопросы нормирования отклонений, колебаний и несинусоидальности напряжения на шинах питания ДСП комплексно, с позиций:

1) обеспечения рациональных электрических и рабочих характеристик ДСП с учетом допустимых отклонений, колебаний и несинусовдальности напряжения на шинах их питания;

2) соблюдения требований ГОСТ 13109-97 на колебания и несинусоидальность напряжения на любой секции шин питания чувствительных к ним электроприемников и на границе балансовой принадлежности.

На основании ранее разработанного метода для любых ДСП могут быть получены значения рабочего тока ДСП 1Р и соответствующих ему рабочих характеристик ДСП, принадлежащих определенному рациональному режиму ДСП, например, режиму максимальной производительности С?,™* , а также любому другому, с учетом группы значений: уровней исходного напряжения ижх, мощности короткого замыкания отклонений 61/у и колебаний напряжения 8и,, несинусоидальности напряжения Кц на шинах питания ДСП, взаимосвязь между которыми может быть отражена в виде соответствующих графиков.

Для иллюстрации сказанного на рис. 5...7 для ДСП-б, ДСП-40 и ДСП-100 приведены совокупности значений максимальной производительности О^а, пока-

I

I

занных на оси ординат; колебаний напряжения Ш,при(А1 = Iр) и 31/, р,г{Р = 0,5), коэффициентов несинусоидальности напряжения Кц, показанных на оси абсцисс; на собственных шинах питания ДСП при работе ДСП с заданным рабочим (рациональным) током ДСП на максимальной ступени трансформации печного трансформатора, полученные в широком диапазоне возможных значений параметров СЭС, представленных в виде иИсхдсп и Бюдсп на шинах питания ДСП.

Рис. 5. Область электромагнитной совмести- Рис. 6. Область электромагнитной совместимости ADFKC (заштрихована) нагрузки ДСП- мости AMLC (заштрихована) нагрузки ДСП-б (Srrr = 4,2 MBA, UH = 6 кВ) в режиме мак- 100 (Srrr = 63 MBA, UH = 35 кВ) в режиме симальной производительности ДСП G^ = максимальной производительности ДСП Gmax

100 MBA

II кВ - l.ll)„

10,5 KB - 1,05U„,

10 кВ - l,0UinM

Рис. 7. Область электромагнитной совместимости АСКЬМ нагрузки ДСП-40 {Бпт = 15 МВА, 1!н- 10 кВ) в режиме максимальной производительности ДСП Отах — Ср

Из рис. 5...7 видно, что значения максимальной производительности С^, определяемые при значениях мощности КЗ на шинах ДСП ^.дсл = 00, т.е. определяемые по оси ординат (теоретический метод расчета), существенно отличаются от значений указанных параметров ДСП, вычисляемых по действительным значениям

мощностей КЗ на шинах ДСП Siajlcn, определяемых с учетом параметров (сопротивлений) СЭС.

При анализе условий питания нагрузки ДСП мощность короткого замыкания на шинах питания ДСП S¡ajjcn, определяемая параметрами (сопротивлениями) СЭС, очевидно, не может превышать мощности отключения Sl om„ (тока /, „„„) применяемых выключателей, определяемой по выражению:

^с.откл ' ' U ИСХ,ДСП ' Л.откл - $КЗ, ДСП,t = ^' UИСХ,ДСП ' ^ КЗ • (27)

На рис. 5...7 допустимая мощность короткого замыкания на шинах питания ДСП ВКздсп.е отражена и ограничена прямой АС.

При анализе условий питания нагрузки ДСП с позиций допустимых отклонений напряжения на шинах питания ДСП 5иу ДСП необходимо учитывать ряд обстоятельств:

1. До подключения ДСП уровень исходного напряжения на шинах питания ДСП Uncxjicn может отклоняться от номинального, как правило, в положительную сторону до значения наибольшего рабочего напряжения.

На рис. 5...7 показано, что превышение уровня исходного напряжения сверх номинального на шинах питания ДСП в расчетах целесообразно ограничить на уровне: У исх.дсп* ~ 1>05" Uном > что соответствует ограничению положительных отклонений напряжения значением:

SUy,CHCT,^ = иИСХ'Д™ ~ü" -Ю0% < +5% (28)

и н

и что на рис. 5.. .7 отражено прямой АВ.

2. При подключении нагрузки ДСП на шинах питания ДСП и в питающей СЭС появляются, как правило, отрицательные отклонения напряжения, обусловленные, в первую очередь, ее режимом работы. Условия непревышения допустимых отрицательных отклонений напряжения на шинах питания ДСП:

U дсп -U„

SUУжп^ = Д " * -5% (29)

ин

могут быть выражены через параметры питающей СЭС и параметры нагрузки ДСП, что позволяет после несложных преобразований определять значения допустимой мощности КЗ на шинах ДСП S¡aj¡cn, при которой нагрузка ДСП в рабочем режиме не приведет к нарушению требований ГОСТ 13109-97 на отрицательные отклонения напряжения по выражению:

5

V -(^.¿07-0,95-ин)-ии

о .. . • ЦИСХ,ДСП

Ькзлспло* ¿ 0 —г

ллг '¿к

' ИСХ.ДСП

(30)

< \иисхлсп -0,95•:/„)

По полученным значениям мощности КЗ на шинах питания ДСП Бкздсп при заданных условиях СЭС можно также определить допустимую нагрузку ДСП, представленную, например, в виде реактивной мощности Одсп.доп по выражению:

>{иисх.дсп -0,95■и„)-ии

i ДСП,dan - j

Кпт 'ZK 'mр3

Условия непревышения отрицательных отклонений напряжения (8U уДСПдоп_ > -5%) при допустимых значениях мощностей КЗ на шинах ДСП

йкздсп.доп; уровней исходного напряжения и^схдсп; при допустимой нагрузке ДСП в рабочем режиме, представленной допустимой реактивной мощностью Qncn.dom отражены на графиках рис. 5...7 прямыми линиями ВС.

Таким образом, область допустимых рабочих режимом работы (параметров) ДСП, отраженных указанными условиями, на рис. 5...7 будет ограничиваться треугольником ABC.

Следует также отметить, что работа ДСП в режиме расплавления сопровождается кратковременными максимальными понижениями напряжения на шинах питания ДСП, вызванными токами эксплуатационного короткого замыкания 1ЭКЗ, которые целесообразно рассматривать как кратковременные отклонения напряжения. Для электроприемников, питающихся от общих с ДСП шин, такой режим можно рассматривать как послеаварийный, а для самих ДСП как предельно допустимый режим нагрузки, что позволяет границу допустимых отрицательных отклонений напряжения на шинах питания ДСП в режиме ЭКЗ понизить до -10 % номинального значения:

(32)

С/ П(2П ЭКЗ "" ^ И

где SU,,дсп ж - '--100% - отклонения напряжения на шинах питания

U и

ДСП, обусловленные нагрузкой ДСП в режиме ЭКЗ.

Значения допустимой мощности КЗ на шинах питания ДСП для режима

ЭКЗ при указанных условий можно представить в следующем виде:

„ . Ь-Хк-(0,9-ин)2-Цисхжп

¿юлсп,жз,доп -~7Гг 7г 1Т1 ло~7П• (33)

ляг -£,к '\иисхжп y)'y'ufí)

Значения потребляемой печью реактивной мощности в режиме ЭКЗ с учетом заданных условий СЭС и, допустимых на шинах питания ДСП отклонений напряжения на уровне -10%, могут быть определены из выражений:

П - $КЗ.ДСП.Ж) • \Рисх,дсп ~Q'9• ин) п <ОВ1 ,-,л\

Удсп.экз.боп ^-Г77- или Цдсп,эюа>п - и>®1 „2 72 ■ (34)

Полученные условия непревышения отрицательных отклонений напряжения на уровне SUуДСПЭКЗйоп_ к -10% на шинах питания ДСП в режиме эксплуатационного короткого замыкания (ЭКЗ) ДСП на рис. 5...7 отражены в виде прямой KN. При этом область допустимых режимов работа ДСП, определяемых допустимыми параметрами питающей СЭС на шинах питания ДСП, сужается, что на рис. 5.. .7 отражается многоугольником ACKN.

Совокупность ограничений по минимально допустимой мощности КЗ

$кз.дсп. доп и максимально допустимой потребляемой реактивной мощности Ядсп.доп в рабочем (рациональном) режиме ДСП позволяет определить также допустимые значения колебаний напряжения Зи^оп, возникающие на шинах питания ДСП, по выражению:

ЗЦ1до„<Ь'влсп'доп ■ иисх-дсп .р■ юо%, (35)

3КЗ .ДСП,доп и н

где Р - коэффициент колебательности тока ДСП, включая и коэффициенты колебательности тока ДСП, определяемые характеристиками АРМ ДСП Ррег.

При коэффициенте колебательности тока ДСП /? = 1,65, соответствующем размаху тока дуги ДСП АI = 1р, максимальные значения колебаний напряжения 5и1 на шинах питания ДСП для рассматриваемого рационального режима ДСП, как было указано ранее, представлены на рис. 5...7 в виде оси абсцисс. При оценке размахов тока ДСП, определяемых характеристиками АРМ ДСП, коэффициенты колебательности тока ДСП Ррег различны для разных типов АРМ, что на оси абсцисс сопровождается пропорциональным изменением масштаба колебаний напряжения .

Появляющиеся под воздействием резкопеременной нагрузки ДСП на шинах их питания колебания напряжения Юидоя целесообразно ограничить с позиции воздействия их на чувствительные к ним (в первую очередь, осветительные) электроприемники, с учетом изменения колебаний напряжения в СЭС, рассмотренных ранее.

Таким образом, условия обеспечения ЭМС ДСП с питающей СЭС рассматриваемого электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" могут быть дополнены требованиями ГОСТ 13109-97 к допустимым значениям колебаний напряжения на шинах питания чувствительных.к колебаниям напряжения электроприемников Зи,,он.доп путем приведения их к шинам ДСП с одновременным ограничением допустимых колебаний напряжения на шинах питания ДСП 5и,Жп,¿о* по выражению:

зи, ДСПАоп - 1.0Н.доп,*ари, (36)

ДСЛ-ОН

где Кдсп-он ~ коэффициент передачи (24) между колебаниями напряжения на шинах питания ДСП 5Ц, дсп1Йоп и колебаниями напряжения на шинах чувствительных электроприемников 8и,0Ндоп, где они нормируются ГОСТ 13109-97.

Ограничение области допустимых режимов работы ДСП и допустимых колебаний напряжения на шинах питания ДСП ¡дсплоп с позиции допустимых колебаний напряжения на шинах чувствительных (осветительных) электроприемников ^и,,он.доп > регламентируемых требованиями ГОСТ 13109-97 на колебания напряжения, на рис. 5...7 представлено в виде прямых линий, параллельных оси ординат.

В ряде случаев эти условия приводят к ограничению допустимых режимов

!

зз

работы ДСП, что на рис. 6 и 7 отражено прямой ЬМ, а область допустимых режимов работы ДСП будет ограничена: для ДСП-100, как показано на рис. 6, многоугольником АСЬМ, для ДСП-40, как показано на рис. 7, многоугольником АСКЬМ.

Условия ЭМС ДСП с питающей СЭС могут быть дополнены требованиями ГОСТ 13109-97 к предельно допустимому значению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах чувствительных электроприемников (в точках общего присоединения к электрическим сетям) Ки д0111<01и1 путем приведения их к шинам ДСП с помощью выражения:

^и,ДСП,дог -т^ Г' К-и.доп.трм, (37)

где | ^Ки(дсп-чэ) I - коэффициент передачи для высших гармоник напряжения от шин питания ДСП к шинам чувствительных к ним электроприемников, определяемый по выражению (26).

Ограничение области допустимых режимов работы ДСП и допустимых значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки в точках общего присоединения ДСП и общепромышленной нагрузки (чувствительных электроприемников), регламентируемых требованиями ГОСТ 1310997, на рис. 5...7 представлено в виде прямых, параллельных оси ординат.

Это условие может привести в ряде случаев к ограничению допустимых режимов работы ДСП, в частности, для ДСП-6 при питании через трехобмоточный трансформатор от обмотки НН, что на рис. 5 показано прямой ББ, а область допустимых режимов работы ДСП-6 будет дополнительно ограничена многоугольником АСКГО.

Совместный анализ допустимых значений показателей качества напряжения на шинах питания ДСП по условиям нормирования колебаний напряжения и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС показывает, что доминирующим фактором при обеспечении ЭМС ДСП с питающей СЭС являются колебания напряжения, которые приводят к значительным ограничениям допустимых режимов работы ДСП. Однако, в ряде случаев при питании ДСП небольшой мощности через трехобмоточный трансформатор 11111 от обмотки низкого напряжения ограничения по предельно допустимому значению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрической сети могут оказаться жестче ограничений по колебаниям напряжения, что дополнительно приводит к ограничению области ЭМС для ряда ДСП с питающей СЭС.

Важным обстоятельством ограничения по продолжительности электротехнологических режимов ДСП, и, следовательно, допустимых значений потребляемых ДСП мощностей по продолжительности: 5ра6ДСП1;Рра6лСП1 - полная и активная мощности нагрузки ДСП для определенных 1-ых ступеней печного трансформатора или /-ых ~гшуг (р-"*""""""!'!^ и т д); ^лст ~ продолжительность нагрузки ДСП для

теней печного трансформа-

С-Петербург

ОД Ш 8КТ

тора или /-ых этапов (расплавление и т.д.); представленных выражением:

раб. ДСП 't раб,дет = 2 ~ * рабДСП! , (38)

/ cos Yi

являются допустимые нагрузка и перегрузка печных трансформаторов ДСП с учетом их продолжительности, определяемые по выражению:

Р W

„ _ рабДСП _ рабДСП <

раб ДСП 'рабДСП ~~ ^ рабДСП ^ -

( К Л ( 2 V (39)

SnT llooj-SnT~C3 'SnT~D3 'Кп/

гДе $раб.дсп > 'рабдеп - рабочая полная мощность и продолжительность электротехнологического режима ДСП; Жрабдсп - общий расход электроэнергии за время электротехнологического режима ДСП; costp — коэффициент мощности нагрузки ДСП; Кп - коэффициент перегрузки, %, не более Кп = 20 % (при Браб = S/jj- КП=КН= 0); коэффициенты: А, = 1,244 (час.); В, = 0,07 (час./МВА); С3 = 9,47*10"* (час/MBA2); D, = 0,025 (час.).

Из рис. 7 видно, что для режима максимальной производительности G^ для ДСП-40 с номинальной мощностью печного трансформатора 15 МВА на максимальной ступени электротехнологические режимы ДСП при определенной их продолжительности могут быть ограничены допустимой нагрузкой (частично перегрузкой) печного трансформатора, т.к. предельно возможная полная мощность нагрузки ДСП Бдсп при условии обеспечения ЭМС превышает значение: Бдсп < Бном.пт = 15 МВА.

Таким образом, значение Spa6^cn ■ ¡рабдеп, т.е. продолжительность 1раб,дсп поддержания полной мощности S раб.дсп нагрузки ДСП с учетом допустимой перегрузки печного трансформатора совместно с ограничениями на электрические характеристики ДСП показателями качества напряжения дополнительно сужает допустимую область энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП в условиях ЭМС с питающей СЭС.

Выполнение условий, представленных выражениями (27...37), (39) позволяет обеспечить электромагнитную совместимость электротехнического комплекса "СЭС - ДСП".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведено обобщение, разработаны и практически реализованы основные теоретические положения по совершенствования и развитию методов расчета характеристик мощных электроприемников типа ДСП и создаваемых ими в СЭС кондуктивных электромагнитных помех в виде показателей качества напряжения, совокупность которых является вкладом в развитие одного из переспективных направлений общей теории электромагнитной со-

г

вместимости - статического, вероятностного, частотно-динамического моделирования расчетных характеристик нагрузки ДСП с учетом параметров СЭС, включая энергосберегающие электротехнологические модели режимов ДСП и влияния резкопеременных характеристик нагрузки ДСП на СЭС, позволяющего достигать наиболее эффективных решений целого ряда технико-экономических задая на стадии проектирования, реконструкции и эксплуатации систем электроснабжения.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработана концепция и выполнено математическое обоснование условий обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" в диапазоне возможных изменений параметров СЭС на шинах питания ДСП, представленных уровнями исходного напряжения и мощности короткого замыкания, на основе сопряженных электрических и рабочих характеристик нагрузки ДСП и допустимых значений показателей качества напряжения: отклонений, колебаний и коэффициента несинусоидальности напряжения на шинах питания ДСП, ограниченных нори-руемыми значениями показателей качества напряжения в СЭС, а также допустимой перегрузкой печного трансформатора ДСП.

2. На основе положений энергосбережения разработаны математическая модель, критерии оптимизации и методы расчета электротехнологических режимов ДСП с учетом влияния параметров СЭС. Показано, что критерием энергосберегающего электротехнологического режима ДСП является минимум расхода электроэнергии за плавку с учетом оптимальной производительности.

3. Разработаны теория, модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" и математические методы расчета статических и вероятностных характеристик одной и группы ДСП с учетом взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП.

4. Разработан метод расчета электрических и рабочих характеристик ДСП с учетом параметров питающей сети в виде исходного напряжения иИСхдсп и значения мощности КЗ Бкздсп на шинах ДСП, а также с помощью предложенного коэффициента потерь мощности в СЭС Ъ для различных схем питания ДСП от 11111. Разработаны аналитические выражения для расчета рациональных характеристик ДСП: максимальной производительности и минимума удельного расхода электроэнергии.

5. Разработаны методы расчета показателей качества напряжения в СЭС: отклонений и колебаний напряжения, а также их вероятностных характеристик на шинах питания одной и нескольких параллельных ДСП. Показана аналитическая зависимость колебаний напряжения не только от величины потребляемой реактивной мощности ДСП, но и от уровня исходного напряжения, а также регулирующей способности применяемых регуляторов мощности.

6. Предложена вероятностная модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" для реализации которой разработаны методы расчеты и проведен вероятностный анализ случайных распределений тока и других электрических характеристик ДСП. Показано, что огибающую тока дуги ДСП можно рассматри-

вать как процесс, образованный совокупностью периодического процесса, обусловленного работой регулятора мощности, и вероятностным шумом с нормальным законом распределения, соотношение между которыми по ходу плавки является переменным. Выполнены аналитические и графические преобразования распределений мощностей, потребляемых ДСП, а также огибающей напряжения на шинах ее питания с учетом функциональных зависимостей указанных параметров от тока дуги ДСП. Показано, что распределения реактивной, полной мощностей, а также огибающей напряжения аппроксимируются нормальным законом распределения. Установлено влияние уставки тока дуги ДСП на вид закона распределения активной мощности. При уставке тока дуги ДСП меньше рационального значения закон распределения активной мощности приближается к нормальному, а увеличение уставки тока дуги сопровождается "сверткой" закона распределения активной мощности, потребляемой ДСП, приближаясь в пределе к усеченному нормальному.

7. Разработаны методы расчета низкочастотных колебаний и высших гармоник тока и напряжения в СЭС на основе частотно-динамической модели комплекса "СЭС-ДСП", а также методы расчета частотных характеристик дуги и печного контура ДСП с учетом параметров СЭС.

8. Разработаны методы определения характера изменения отклонений, колебаний и высших гармоник напряжения, создаваемых нагрузкой ДСП в СЭС, и влияния силового оборудования СЭС на характер их изменения. Разработан ряд методов нормирования колебаний напряжения на шинах общепромышленной и осветительной нагрузки, определяемых характером возможного воздействия на них резкопеременной нагрузки ДСП.

9. Разработан пакет прикладных программ на ЭВМ для расчета электрических и рабочих характеристик ДСП; электротехнологических, включая и энергосберегающие, режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП"; показателей качества напряжения и расчета комплексной модели обеспечения ЭМС на шинах питания ДСП и в СЭС. Предложены практические рекомендации по расчету характеристик ДСП с учетом положений энергосбережения и параметров СЭС.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Салтыков В.М. Расчет колебаний напряжения по вероятностным характеристикам резкопеременных нагрузок //Повышение эффективности и качества работы энергетических установок: Межвуз. сборник. - JL: ЛИЭИ им. П. Тольятти, 1979.-С. 46-54.

2. Константинов Б.А., Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Анализ характера изменения максимальных колебаний напряжения в сетях питания параллельных дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Энергетика. -1981.-№1.- С. 94-97.

3 Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Колебания напряжения в сетях параллельных дуговых сталеплавильных печей //Электричество. - 1981.-№2.- С. 53-56.

4 Салтыков В.М.,Салтыкова О.А.Прохождение случайных колебаний напряжения по системе электроснабжения //Изв.вузов.Энергетика.-1981,-№4,-С.32-36

5. Консантинов., Салтыков В.М., Салтыкова O.A. О нормировании случайных колебаний напряжения //Промышленная энергетика.-1981.-№6.-С.25-27.

7. Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Связь между огибающей и колебаниями напряжения в сетях питания дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Электромеханика. - 1983.-№8,- С. 102-104.

8. Гурьянов Д.И., Иванов B.C., Салтыков В.М. и др. Повышение показателей качества электроэнергии и экономической эффективности систем электроснабжения группы регулируемых нагрузок //Повышение качества энергоснабжения и эффективности промышленной энергетики: Тез. докл. Всесоюз. совещания, Ташкент. - Л.: НТО ЭиЭП, 1983.- С. 90.

Ю.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Особенности применения трансформаторов и реакторов для ограничения колебаний напряжения до нормируемых пределов //Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. семинара. - Жданов, Ждановский металлургический институт, 1983.- С. 59-61.

П.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Устройство для регулирования мощности дуговой сталеплавильной печи. А.С.СССР № 1385337 AI, выд. 30.03.88г. Бюл. изобр.- 1988.-№12.-С. 6.

12.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Зависимость производительности дуговой электропечи от параметров системы электроснабжения //Электроснабжение и электрооборудование дуговых электропечей: Тез. докл. I Всесоюз. научно-техн. симпозиума, Тбилиси, 16-18 ноября 1988г. - М.: Информэлеюгро, 1988.- С.6-8. Н.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Определение тока и параметров печного контура для рационального режима дуговой сталеплавильной печи //Изв. вузов. Энергетика. - 1989,- №1. - С. 56-57.

16.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Вероятностные характеристики тока дуговой электропечи с учетом параметров регуляторов мощности //Электроснабжение и электрооборудование отраслей народного хозяйства: Сборник научных трудов. - Ульяновск, УПИ, 1990.- С. 60-66. 18.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Методы определения колебаний напряжения в сети питания дуговых электропечей //Повышение эффективности и качества электроснабжения: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф. Мариуполь, 2225 мая 1990г. - Мариуполь, 1990.- С. 14-15.

23.Салтыков В.М., Салтыкова O.A., Подсветова B.JI. Вероятностные характеристики тока дуговой электропечи с учетом параметров регуляторов мощности //Изв. вузов. Электромеханика. - 1990.- №1, - С. 88-91.

24.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Определение влияния компенсации реактивной мощности на изменение электрических и рабочих характеристик дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Электромеханика.-1993.-№6,-С. 57-58.

25. Вахнина В.В., Салтыков В.М. Разработка статической и динамической модели ДСП-регулятор мощности компенсирующее устройство с учетом параметров питающей сети //Энергосбережение, электропотребление, электрооборудование: Тез. докл. науч.техн. и метод, конф., Новомосковск, 16-18 ноября 1994г. - М.: Электрика, 1994.- С. 61-63.

27.Салтыков В.М. Метод и устройство оптимизации режимов работы дуговых сталеплавильных печей с обеспечением электромагнитной совместимости в питающей электрической сети //Изв вузов. Электромеханика. - 1996,- №3-4, - С. 109-110.

28.Салтыков В.М. Оптимизация режимов работы дуговых электропечей и обеспечение электромагнитной совместимости в питающей их электрической сети //"Электротехника, 2010год": Сб. тезисов IY симпозиума (на русском и английском языках), Москва, 20-23 мая 1997г.- М., Всероссийский электротехнический институт (ВЭИ), ТРАВЕК, 1997. - С. 126-127.

29.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Разработка энергосберегающего метода управления режимом работы дуговых сталеплавильных печей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости: Тез. докл. науч.-техн. конф., 5-7 мая 1997г. - Тольятти, ТолПИ, 1997. - С. 8.

30.Салтыков В.М., Салтыкова O.A., Борисов В.И. и др. Особенности технологических режимов дуговых сталеплавильных печей: Тез. докл. науч.-техн. конф., Тольятти, 5-7 мая 1997г. - Тольятти, ТолПИ, 1997.- С.8-9.

31. Вахнина В.В., Салтыков В.М., Кирганов О.М. Разработка динамической модели дуговая печь - автоматический регулятор мощности с учетом переменных параметров питающей сети //Педагогические, экономические и социальные аспекты учебной, научной и производственной деятельности: Межвуз. сборник науч. трудов. - Тольятти, 1998. - С. 331-333.

33.Салтыков В.М., Салтыков A.B., Салтыков A.B. Анализ влияния изменяющихся режимов систем электроснабжения на условия сохранения энергосберегающих технологических процессов //Педагогические, экономические и социальные аспекты учебной, научной и производственной деятельности: Межвуз. сборник научн. трудов. - Тольятти, ТолПИ, 1998. - С. 324-325.

34.Саптыков В.М., Салтыкова O.A., Салтыков A.B. и др. Совершенствование теоретических методов расчета рациональных технологических режимов электротехнологических установок //Педагогические, экономические и социальные аспекты учебной, научной и производственной деятельности: Межвуз. сбор— ник научных трудов. - Тольятти,-ТолПИ, 1998. - С. 326-331.

35.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Обеспечение электромагнитной совместимости дуговых сталеплавильных печей с системой электроснабжения //Педагогические, экономические и социальные аспекты учебной, научной и производственной деятельности: Межвуз. сборник научн. трудов. - Тольятти, ТолПИ, 1998. - С. 407-413.

36.Салтыков В.М., Салтыкова O.A. Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения //Учебное пособие. Для студ. вузов по специальности 100400 - Электроснабжение (по отраслям). Гриф УМО. - Тольятти, ТолПИ, Изд-во Кассандра, 1998.- 88 с.

37.Салтыков В.М., Салтыков A.B. Разработка теоретической модели электроснабжения группы дуговых электропечей //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник научн. трудов. Часть 2. -Тольятти, ТолПИ, 1999. - С. 3-4.

38.Салтыков В.М., Салтыкова O.A., Салтыков A.B. Оптимизация электротехнологических режимов электротехнологических установок с позиции энергосбережения //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник научн. трудов Часть 2.- Тольятти, ТолПИ, 1999. - С. 79.

40. Вахнина В.В.Салтыков В.М. Анализ и расчет высших гармоник тока и напряжения дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Электромеханика. -2000,-№1, - С.28-29.

41. Вахнина В.В., Салтыков В.М. Анализ влияния силового оборудования на изменение высших гармоник напряжения, генерируемых ДСП, в питающей системе электроснабжения //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник науч. трудов. - Тольятти, 2000. - С. 259-263.

42.Салтыков В.М., Салтыкова O.A., Салтыков A.B. Определение характера влияния нагрузки группы ДСП-40 на питающую электрическую сеть //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник научных трудов. Часть 2. - Тольятти, ТолПИ, 2000. - С. 263-267.

43. Вахнина В.В., Салтыков В.М. Определение частотной характеристики электрической дуги ДСП с учетом параметров питающей сети //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник науч. трудов. Выпуск 4. Часть 2. - Тольятти, 2001. - С. 351-354.

44.Салтыков В.М., Салтыков A.B. Определение области электромагнитной совместимости для группы параллельных ДСП //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона: Межвуз. сборник научн. трудов. Выпуск 4, Часть 2. - Тольятти, ТолПИ, 2001. - С. 357-360.

45.Салтыков В.М., Салтыков A.B. и др. Рациональные режимы ДСП-40 по себестоимости //Технический вуз - наука, образование и производство в регионе: Материалы всеросс. науч.-техн. конф. - Тольятти, ТГУ, 2001. - С. 390-392.

46.Салтыков В.М., Салтыков A.B. и др. Особенности выбора рациональных режимов параллельных ДСП по себестоимости //Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: Сборник материалов Ш Междунар. научно-практ. конф. - Пенза, 2002. - С. 33-35.

47.Салтыков В.М. Влияние изменяющихся режимов и параметров системы электроснабжения на энергосберегающие режимы дуговых сталеплавильных печей. //Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки", - Самара, 2003 .-С.З8-40.

Личный вклад автора. Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в работах [1,27,28,47], написанных лично автором. В работах написанных в соавторстве, автору принадлежат: постановка задачи и разработка математических моделей [2,3,8,11,14] методический подход, обобщения и выводы [18,16-22], постановка задачи, экспериментальная часть и обобщения [23,30, расчетная часть [4,5,7,10,22,23,33. В работе [23]автором лично написаны главы 1,2,5, главы 3,4 написана совместно с O.A. Салтыковой.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.04 (протокол № 3 от 25 июня 2003 года)

Отпечатано в ООО типография "Полиар"г. Тольятти, ул. Родины, 36А. Тираж 100 экз. Заказ № 1702.

"TyzAf*

# 1 9 2 4 7

Введение.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Особенности электротехнологического процесса и методов расчета характеристик дуговых сталеплавильных печей.

1.2. Анализ методов определения и нормирования показателей качества напряжения в СЭС с нагрузкой ДСП.

1.3. Цели и задачи исследований.

ГЛАВА 2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СЭС-ДСП" И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА

2.1. Статическая модель электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь".

2.2. Учет переменных характеристик напряжения и сопротивлений печного контура при построении схемы замещения дуговой сталеплавильной печи.

2.3. Определение коэффициента потерь мощности в системе электроснабжения при питании дуговой сталеплавильной печи

2.4. Методы расчета характеристик одиночных и группы параллельных дуговых сталеплавильных печей с учетом параметров системы электроснабжения

2.5. Методы определения отклонений и колебаний напряжения на шинах питания дуговых сталеплавильных печей.

2.6. Методы расчета рациональных характеристик дуговых сталеплавильных печей.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СЭС-ДСП" И МЕТОДЫ РАСЧЕТА СЛУЧАЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДСП И ИЗМЕНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХ ИХ ПИТАНИЯ.

3.1. Вероятностная модель электротехнического комплекса "система электроснабжения — дуговая сталеплавильная печь" и анализ случайного характера тока дуги ДСП.

3.2. Вероятностные характеристики нагрузки дуговых сталеплавильных печей и их функциональные преобразования.

3.3. Вероятностные характеристики огибающей и отклонений напряжения на шинах питания ДСП.

3.4. Вероятностные характеристики колебаний напряжения на шинах питания одиночной дуговой сталеплавильной печи.

3.5. Вероятностные характеристик колебания напряжения на шинах питания группы параллельных дуговых сталеплавильных печей.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНО - ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СЭС-ДСП" И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВЫСШИХ ГАРМОНИК ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

НА ШИНАХ ИХ ПИТАНИЯ.

4.1. Частотно-динамическая модель электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь".

4.2. Расчет несинусоидальности тока и напряжения на шинах питания

ДСП с учетом параметров системы электроснабжения.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СЭС-ДСП".

5.1. Электротехнологическая модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" и критерии оптимизации технологического режима дуговых сталеплавильных печей.

5.2. Оптимизация электротехнологических режимов дуговых сталеплавильных печей электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

5.3. Энергосберегающие электротехнологические режимы ДСП с учетом рабочего тока дуги и уровней напряжения на шинах питания ДСП

5.4. Влияния параметров системы электроснабжения на электротехнологические режимы дуговой сталеплавильной печи.

5.5. Ограничения электротехнологических режимов ДСП показателями качества напряжения и допустимой нагрузкой печного трансформатора

5.6. Выводы.

ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА "СЭС-ДСП".

6.1. Разработка методов нормирование колебании и несинусоидальности напряжения на шинах питания общепромышленной и осветительной нагрузки СЭС.

6.2. Метод определения характера изменения колебаний и несинусоидальности напряжения в системе электроснабжения электротехнического комплекса "СЭС - ДСП".

6.3. Условия обеспечения электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "система электроснабжения — дуговая сталеплавильная печь".

6.4. Выводы.

Металлургические предприятия потребляют около 30 % вырабатываемой электроэнергии и являются наиболее энергоемкой отраслью промышленности.

С переходом на рыночные отношения составляющая энергетических затрат в себестоимости металлургической продукции выросла с 0,8 % до 30 % [39,54]. Одновременно наблюдается опережающий рост стоимости энергоресурсов по сравнению с ростом цен на металлопродукцию, что смещает акцент с задачи достижения максимальной производительности на задачу более эффективного использования ресурсов и, в частности, электроэнергии.

В современном производстве широкое применение получили энергоемкие энергетические установки, наиболее мощными из которых являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП). Причем доля мирового производства стали в ДСП непрерывно возрастает и в настоящее время превышает 30% общего производства стали [54]. Одновременно возрастают емкости электропечей и мощности печных трансформаторов. Введены в эксплуатацию сверхмощные ДСП-100 с печными трансформаторами мощностью 80 MB А.

Увеличение доли производства стали в ДСП определяется рядом причин, в том числе тем, что ДСП могут выплавлять любые марки стали, включая высококачественные, специальные, а процесс ведения плавки поддается высокой степени автоматизации.

С ростом мощностей ДСП и интенсификацией процесса плавки повышаются требования к качеству управления режимом работы ДСП с позиций энергосбережения, особенно в период расплавления металла, характеризующийся наибольшими электрическими мощностями и ухудшением показателей качества электроэнергии в питающей сети. Отклонения от энергосберегающих режимов ДСП в этот период приводят к существенным потерям электроэнергии, и могут вызвать нарушение условий электромагнитной совместимости (ЭМС) в системе электроснабжения (СЭС).

Улучшение технико-экономических показателей электротехнологического процесса производства металлопродукции и эффективное использование электроэнергии при одновременном обеспечении ЭМС электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь" в настоящее время является актуальной задачей.

Для ее решения требуется совершенствование методов расчета, проведение всесторонних исследований, причем проведенный анализ показывает, что ряд вопросов до настоящего времени остается открытым, а их решение позволит реализовать существующие потенциальные возможности дополнительного повышения экономичности работы электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетными программами МинВУЗа РФ в 1990-1995 гг. по теме: "Разработка энергосберегающего метода автоматизированной системы оптимального управления режимом работы дуговых электропечей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости'', №303537, гос.регистрация № 01.9.10031751, ТолПИ, 1995 г.; МОиПО РФ в 1997-2000 гг. по теме: "Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов", №03540, гос.регистрация № 01.9.70008894, ТолПИ, 2000 г.

Целью работы является решение комплекса научных и технических проблем обеспечения электромагнитной совместимости ДСП с СЭС и поддержания энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП на основе разработки теоретической модели повышения эффективности функционирования электротехнического комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь" ("СЭС-ДСП") на базе методов расчета электрических и рабочих характеристик ДСП, показателей качества напряжения (ПКЭ) с учетом параметров системы электроснабжения (СЭС).

В соответствии с этойделью поставлены и решаются следующие научные и практические задачи:

1. Разработка концепции обеспечения электромагнитной совместимости элек-¥ тротехнического комплекса "СЭС-ДСП" путем построения математической модели комплекса по характеристикам нагрузки ДСП и параметрам СЭС, ограниченных показателями качества напряжения на шинах питания ДСП и в СЭС.

2. Разработка критериев оптимизации и методов расчета характеристик нагрузки ДСП с учетом влияния параметров СЭС для обеспечения энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

3. Разработка методов расчета характеристик нагрузки одиночной и группы ДСП с учетом параметров СЭС и нелинейных характеристик печного контура, а также разработка методов расчета показателей качества напряжения на шинах питания ДСП на основе статической модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

4. Разработка методов расчета вероятностных характеристик нагрузки ДСП и показателей качества напряжения на шинах питания ДСП с учетом их функциональных преобразований на основе вероятностной модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

5. Разработка методов расчета частотных характеристик системы автоматического регулирования, нелинейных параметров печного контура ДСП и методов расчета уровней высших гармоник тока и напряжения, создаваемых нелинейной нагрузкой ДСП на шинах питания ДСП и в СЭС, на основе частотно-динамической модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

6. Разработка условий электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" по допустимым характеристикам нагрузки ДСП, параметров СЭС, по допустимым значениям показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, а также с учётом влияния силового оборудования СЭС по нормируемым значениям показателей качества напряжения в СЭС.

7. Разработка алгоритмов, пакета прикладных программ для ЭВМ, а также практических рекомендаций для расчета электрических характеристик ДСП, показателей качества напряжения на шинах питания ДСП и в СЭС, а также электротехнологических режимов, включая энергосберегающие, электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

Основные методы научных исследований.

При решении поставленных в диссертации задач использовались методы математического моделирования СЭС, ДСП, их характеристик и режимов работы, базирующихся на основных законах электротехники, теории вероятности и случайных процессов, методов интерполяции, методов регрессионного и корреляционного анализа, теории автоматического регулирования. Исследования проводились аналитическими методами с использованием математического моделирования на ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждены результатами экспериментальных данных, полученных на действующих ДСП в СЭС промышленных предприятий.

Научная новизна работы.

1. Разработана концепция и выполнено математическое обоснование условий обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" в диапазоне возможных изменений параметров СЭС на шинах питания ДСП, представленных уровнями исходного напряжения и мощности короткого замыкания, на основе сопряженных электрических и рабочих характеристик нагрузки ДСП и допустимых значений показателей качества напряжения: колебаний и коэффициента несинусоидальности напряжения на шинах питания ДСП, ограниченных нормируемыми значениями показателей качества напряжения в СЭС, а также допустимой перегрузкой печного трансформатора ДСП.

2. Разработаны критерии оптимизации и методика расчета характеристик нагрузки ДСП с учетом влияния параметров СЭС для обеспечения энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП". и

3. Предложены значения для коэффициентов потерь мощности в СЭС, а также аналитические выражения для его определения, позволяющие обеспечить учет параметров СЭС при расчете характеристик нагрузки ДСП и показателей качества напряжения, а также существенно повысить точность расчета по сравнению с другими методами.

4. Разработаны методы расчета характеристик нагрузки одиночной и группы ДСП с учетом нелинейных характеристик печного контура ДСП, а также взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП, что позволило разработать теоретические методы расчета показателей качества напряжения: отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП, а также статическую модель электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

5. Концепция определения рациональных рабочих характеристик ДСП (максимума производительности и минимума удельного расхода электроэнергии) и анализ характера влияния на изменение их экстремальных значений параметров СЭС.

6. Методология определения вероятностных характеристик параметров нагрузки ДСП, показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, включая их функциональные преобразования, на основе вероятностной модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

7. Математические методы расчета частотных характеристик системы автоматического регулирования ДСП и частотных характеристик дуги ДСП, определяемых с учетом параметров печного контура ДСП и параметров СЭС, представленных, соответственно, низкочастотным звеном и высокочастотным звеном ДСП в СЭС, также определение аналитических связей между характеристиками дуги ДСП и значениями высших гармоник тока и напряжения, генерируемых ДСП в СЭС.

8. Разработка метода расчета коэффициентов передачи и ослабления силовыми элементами СЭС значений показателей качества напряжения, что позволяет ограничивать допустимые значения показателей качества напряжения на шинах питания ДСП нормируемыми значениями показателей качества напряжения на шинах чувствительных к ним электроприемников

Практическая полезность работы.

1. Получены аналитические выражения для инженерных расчетов с целью определения условий ЭМС на собственных шинах питания ДСП в виде допустимых значений потребляемой ДСП реактивной мощности, допустимой мощности короткого замыкания и уровней исходного напряжения на шинах ДСП, перегрузки печного трансформатора, а с позиции выполнения требований ЭМС в СЭС в виде допустимых значений показателей качества напряжения, что позволяет сократить число контрольных точек оценки ЭМС в СЭС и совмещать функций контроля и управления режимами ДСП и качеством напряжения в СЭС.

2. Предложена инженерная методика расчета электротехнологических режимов, включая и энергосберегающие, ДСП и разработаны практические рекомендации для расчета и поддержания энергосберегающих режимов ДСП.

3. Предложены инженерные методы расчета и аналитические выражения для определения электрических и рабочих характеристик одной или группы ДСП, показателей качества напряжения: отклонений и колебаний напряжения, с учетом параметров СЭС, применимые для всех типов действующих и проектируемых ДСП.

4. Для проектирования даны удобные в инженерном расчете выражения для определения рациональных рабочих характеристик действующих ДСП, позволяющие также усовершенствовать устройства определения и задания режимов ДСП за счет повышения точности выбора уставки тока дуги ДСП.

5. Даны удобные для инженерного использования выражения, позволяющие по известным или заданным параметрам СЭС и печного контура ДСП с высокой точностью определять уровни высших гармоник тока и напряжения, создаваемых нелинейной нагрузкой ДСП в любой точке СЭС.

6. Для практической реализации указанных методов разработаны алгоритмы, программы для ЭВМ; получены графические зависимости между рабочим током, характеристиками ДСП и показателями качества напряжения и др.; составлены таблицы показателей электротехнологических режимов ДСП, включая и энергосберегающие, для конкретного электротехнического комплекса "СЭС-ДСП-40", таблицы коэффициентов ослабления показателей качества напряжения: колебаний и несинусоидальности напряжения, силовыми элементами СЭС: линиями электропередачи, трансформаторами 11111, сдвоенными реакторами и т.д.

Реализация в промышленности, проектной практике, учебном процессе и внедрение результатов.

По теме диссертационной работы выполнено более 15 научно-исследовательских работ, из них 2 работы по госбюджетным программам МинВУЗа РФ по теме: "Разработка энергосберегающего метода автоматизированной системы оптимального управления режимом работы дуговых электропечей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости", 1990-1995 г.; МОиПО РФ теме: "Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов", 1997-2000 г.; под научным руководством и при участии автора.

За счет использования разработанных новых методов расчета рациональных характеристик и электротехнологических режимов ДСП с учетом параметров питающей сети были выданы рекомендации по ведению оптимальных режимов плавки для Металлургического производства (МтП) АО "АВТОВАЗ", что позволило снизить удельный расход электроэнергии ДСП-40 с 690 до 528 кВт*ч/т, т.е. на 23%. Алгоритмы и пакеты программ для расчета электрических характеристик ДСП, энергосберегающих электротехнологических режимов ДСП^ отклонений, колебаний и несинусоидальности напряжения, были переданы в Энергетическое и Металлургическое производства, Электротехнический отдел Проектного Управления ОАО "АВТОВАЗ".

Положения диссертационной работы и её материалы, нашедшие отражение в учебном пособии "Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения" (с грифом УМО), используются в учебном процессе Самарского государственного технического университета, Тольяттинского государственного университета в дисциплинах: "Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения", "Энергосбережение", "Электротехнологические установки".

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель и методы определения условий обеспечения электромагнитной совместимости электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" по допустимым характеристикам нагрузки ДСП, параметров СЭС, по допустимым значениям показателей качества напряжения на шинах питания ДСП, а также с учётом влияния силового оборудования СЭС по нормируемым значениям показателей качества напряжения в СЭС.

2. Математическая модель, критерии оптимизации и методы расчета электротехнологических режимов электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" на основе положений энергосбережения с учетом влияния параметров СЭС.

3. Теория, модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" и математические методы расчета статических и вероятностных характеристик одиночной и группы ДСП с учетом взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП.

4. Методы расчета показателей качества напряжения в СЭС: отклонений и колебаний напряжения, а также их вероятностных характеристик на шинах питания одиночной и группы ДСП с учетом параметров СЭС.

5. Методы расчета низкочастотных колебаний и высших гармоник тока и напряжения в СЭС на основе частотно-динамической модели комплекса "СЭС-ДСП" и методы расчета частотных характеристик дуги и печного контура ДСП с учетом параметров СЭС.

6. Пакет прикладных программ на ЭВМ и практические рекомендации для расчета электрических и рабочих характеристик ДСП; электротехнологических, включая и энергосберегающие, режимов ДСП; показателей качества напряжения; расчета комплексной модели обеспечения ЭМС на шинах питания ДСП и в СЭС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП".

Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий" (г.Жданов, 1983 г.), на Всесоюзном совещании "Повышение качества энергоснабжения и эффективности промышленной энергетики" (г.Ташкент, 1983 г.), на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Электроснабжение и электрооборудование дуговых электропечей" (г.Тбилиси, 1988 г.), на областном научно-техническом семинаре "Проблемы энергоснабжения и пути их реализации" (г.Тольятти, 1989 г.), на научно-технической конференции "Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях" (г.Москва, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности и качества электроснабжения" (г.Мариуполь, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г.Днепропетровск, 1990 г.), на VI научно-технической конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий" (г.Челябинск, 1991 г.), на XII сессии Всесоюзного научного семинара АН СССР "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (г.Гомель, 1991 г.), на научно-технической и методической конференции "Энергосбережение, электропотребление, электрооборудование" (г.Новомосковск, 1994 г.), на XVII сессии Всероссийского научного семинара АН России "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий " (г.Новочеркасск, 1996 г.), на Юбилейной научно-технической конференции Тольяттинского политехнического института (г.Тольятти, 1997 г.), на IV Международном симпозиуме "Электротехника, 2010 год" (г.Москва, 1997г.), на

Всероссийской научно-технической конференции "Технический вуз - наука, образование и производство в регионе" (г.Тольятти, 2001 г.), на III Международной научно-практической конференции "Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах" (г.Пенза, 2002 г.) на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ Тольяттинского политехнического института (г.Тольятти, 1996-2001 г.г.).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 47 работ (4 работы без соавторов) в научно-технических журналах "Электричество", "Промышленная энергетика", Известия ВУЗов "Энергетика", Известия ВУЗов "Электромеханика" и др., а также в сборниках научных трудов, материалах конференций и семинаров; получено 1 авторское свидетельство на изобретение (в соавторстве); опубликовано 1 учебное пособие "Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения", утвержденное УМО по образованию в области энергетики и электротехники (в соавторстве).

Структура и объем диссертации:

Диссертация содержит 400 стр. и состоит из: введения, шести глав, заключения, изложенных на 283 стр. основного текста; списка литературы из 210 наименований на 23 стр.; 15 приложений на 94 стр.; 74 иллюстраций, 18 таблиц.

В первой главе приведен анализ современного состояния общей теории и применяемых на практике методов определения характеристик нагрузки и технологических режимов ДСП, характера воздействия нагрузки ДСП на СЭС. В соответствии с целью диссертационной работы формулируются научные и практические задачи, решение которых позволяет реализовать основную идею работы - разработку методов расчета и условий обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС - ДСП".

Во второй главе приведена статическая модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", изложены теоретические методы расчета электрических и рабочих характеристик одиночной и группы параллельных ДСП с учетом параметров СЭС, а также методы расчета отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП, представляющие собой показатели качества электроэнергии и являющиеся составными частями ЭМС ДСП с СЭС.

В третьей главе показана вероятностная модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" выполнены функциональные преобразования и проведен анализ вероятностных электрических характеристик ДСП, огибающей, отклонений и колебаний напряжения на шинах питания ДСП.

В четвертой главе разработана частотно-динамическая модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП", где каждый элемент модели рассматривается в виде передаточной функции, что позволяет рассматривать частотные характеристики ДСП и СЭС как низкочастотного (0,1. 10 Гц), так и высокочастотного (100. 1000 Гц) диапазонов, т. к. ток ДСП является резкоперемен-ным и нелинейным по характеру.

В пятой главе разработана модель электротехнологического энергосберегающего комплекса "СЭС - ДСП". Оптимизационную задачу электротехнологического режима ДСП целесообразно решать посредством нахождения минимума приведенных удельных затрат на производство. Важнейшей составляющей удельных затрат на реализацию технологического процесса являются общий расход или удельные затраты на электрическую энергию WPAB. Именно эта составляющая может быть минимизирована за счет оптимизации электротехнологических режимов работы электротехнического комплекса "СЭС — ДСП" включая значение рабочего тока ДСП, ступень печного трансформатора, параметры СЭС. При этом, соблюдение требований технологического процесса, в частности, его производительность, учитывается в качестве ограничения. В тоже время, с учетом особенностей конкретного производства, может ставиться и задача достижения максимальной производительности GPAR. В этом случае в качестве ограничения выступает расход электроэнергии. При решении, как первой, так и второй задачи существенные дополнительные ограничения на область допустимых решений накладывают условия электромагнитной совместимости ДСП с СЭС.

В шестой главе рассмотрены условия обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" как в СЭС, так и на собственных шинах питания ДСП.

В заключение изложены основные выводы и результаты работы.

В приложении приведены графики и таблицы; программы для расчета электротехнологических режимов; акты о внедрении результатов диссертационной работы.

6.4. Выводы

1. Показана возможность использования закона распределения случайных колебаний напряжения, создаваемых ДСП (ограниченных силовыми элементами СЭС), для нормирования колебаний напряжения на шинах осветительной нагрузки сопоставлением с кривыми ГОСТ 13109-97, причем максимальные размахи колебаний напряжения, определяемые с интегральной вероятностью 0,97, при их частоте появления 0,5.1/сек. не должны превышать значений #W^ = 0,97)< 1,66.1,05%.

2. Предложены методы, ограничения колебаний напряжения на шинах СЭС, где они нормируются требованиями ГОСТ 13109-97, в виде допустимых значений С.К.О. или по амплитудному спектру изменений огибающей напряжения. обусловленных нагрузкой ДСП.

3. Разработаны методы определения колебаний напряжения, высших гармоник напряжения и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в характерных точках питающей СЭС при питании ДСП по схеме "глубокого ввода", через сдвоенный реактор, через трансформатор с расщепленными обмотками и через трехобмоточный трансформатор. Дана оценка влияния силовых элементов (силовых трансформаторов, реакторов, линий электропередачи, кабелей связи 6.35 кВ) на ослабление исследованных показателей качества напряжения, создаваемых нагрузкой ДСП. Показано, что выражения для колебаний напряжения, для коэффициента несинусоидальности и для высших гармоник напряжения коэффициенты передачи (модуля передаточных функций) и коэффициенты ослабления их силовыми элементами СЭС идентичны.

4. Обоснована целесообразность нормирования колебаний и несинусоидальности напряжения на собственных шинах питания ДСП, что позволяет сократить число контрольных точек в СЭС, а также совместить функции контроля и управления качеством напряжения.

5. Разработаны комплексные условия ЭМС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП", сочетающие с одной стороны требования к параметрам питающей СЭС на собственных шинах питания ДСП в виде допустимых отклонений, колебаний, несинусоидальности напряжения, максимальных и минимальных значений мощности КЗ на шинах питания ДСП, допустимой нагрузки ДСП, допустимых нагрузки и перегрузки печных трансформаторов, а с другой стороны требования ГОСТ 13109-97 к допустимым показателям качества напряжения на шинах питания ДСП с учетом необходимой степени их ослабления силовыми элементами СЭС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведено обобщение, разработаны и практически реализованы основные теоретические положения по совершенствования и развитию методов расчета характеристик мощных электроприемников типа ДСП и создаваемых ими в СЭС кондуктивных электромагнитных помех в виде показателей качества напряжения, совокупность которых является вкладом в развитие одного из перспективных направлений общей теории электромагнитной совместимости - статического, вероятностного, частотно-динамического моделирования расчетных характеристик нагрузки ДСП с учетом параметров СЭС, включая энергосберегающие электротехнологические модели режимов ДСП и влияния резкопеременных характеристик нагрузки ДСП на СЭС, позволяющего достигать наиболее эффективных решений целого ряда технико-экономических задач на стадии проектирования, реконструкции и эксплуатации систем электроснабжения.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработана концепция и выполнено математическое обоснование условий обеспечения ЭМС электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" в диапазоне возможных изменений параметров СЭС на шинах питания ДСП, представленных уровнями исходного напряжения и мощности короткого замыкания, на основе сопряженных электрических и рабочих характеристик нагрузки ДСП и допустимых значений показателей качества напряжения: отклонений, колебаний и коэффициента несинусоидальности напряжения на шинах питания ДСП, ограниченных нормируемыми значениями показателей качества напряжения в СЭС, а также допустимой перегрузкой печного трансформатора ДСП.

2. На основе положений энергосбережения разработаны математическая модель, критерии оптимизации и методы расчета электротехнологических режимов ДСП с учетом влияния параметров СЭС. Показано, что критерием энергосберегающего электротехнологического режима ДСП является минимум расхода электроэнергии за плавку с учетом оптимальной производительности.

3. Разработаны теория, модели электротехнического комплекса "СЭС-ДСП" и математические методы расчета статических и вероятностных характеристик одной и группы ДСП с учетом взаимного влияния параметров СЭС и параметров нагрузки ДСП.

4. Разработан метод расчета электрических и рабочих характеристик ДСП с учетом параметров питающей сети в виде исходного напряжения иИСхдсп и значения мощности КЗ Бкздсп на шинах ДСП, а также с помощью предложенного коэффициента потерь мощности в СЭС Ъ для различных схем питания ДСП от ГПП. Разработаны аналитические выражения для расчета рациональных характеристик ДСП: максимальной производительности и минимума удельного расхода электроэнергии.

5. Разработаны методы расчета показателей качества напряжения в СЭС: отклонений и колебаний напряжения, а также их вероятностных характеристик на шинах питания одной и нескольких параллельных ДСП. Показана аналитическая зависимость колебаний напряжения не только от величины потребляемой реактивной мощности ДСП, но и от уровня исходного напряжения, а также регулирующей способности применяемых регуляторов мощности.

6. Предложена вероятностная модель электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" для реализации которой разработаны методы расчеты и проведен вероятностный анализ случайных распределений тока и других электрических характеристик ДСП. Показано, что огибающую тока дуги ДСП можно рассматривать как процесс, образованный совокупностью периодического процесса, обусловленного работой регулятора мощности, и вероятностным шумом с нормальным законом распределения, соотношение между которыми по ходу плавки является переменным. Выполнены аналитические и графические преобразования распределений мощностей, потребляемых ДСП, а также огибающей напряжения на шинах ее питания с учетом функциональных зависимостей указанных параметров от тока дуги ДСП. Показано, что распределения реактивной, полной мощностей, а также огибающей напряжения аппроксимируются нормальным законом распределения. Установлено влияние уставки тока дуги ДСП на вид закона распределения активной мощности. При уставке тока дуги ДСП меньше рационального значения закон распределения активной мощности приближается к нормальному, а увеличение уставки тока дуги сопровождается "сверткой" закона распределения активной мощности, потребляемой ДСП, приближаясь в пределе к усеченному нормальному.

7. Разработаны методы расчета низкочастотных колебаний и высших гармоник тока и напряжения в СЭС на основе частотно-динамической модели комплекса "СЭС-ДСП", а также методы расчета частотных характеристик дуги и печного контура ДСП с учетом параметров СЭС.

8. Разработаны методы определения характера изменения отклонений, колебаний и высших гармоник напряжения, создаваемых нагрузкой ДСП в СЭС, и влияния силового оборудования СЭС на характер их изменения. Разработан ряд методов нормирования колебаний напряжения на шинах общепромышленной и осветительной нагрузки, определяемых характером возможного воздействия на них резкопеременной нагрузки ДСП.

9. Разработан пакет прикладных программ на ЭВМ для расчета электрических и рабочих характеристик ДСП; электротехнологических, включая и энергосберегающие, режимов ДСП электротехнического комплекса "СЭС-ДСП"; показателей качества напряжения и расчета комплексной модели обеспечения ЭМС на шинах питания ДСП и в СЭС. Предложены практические рекомендации по расчету характеристик ДСП с учетом положений энергосбережения и параметров СЭС.

1. Автоматическое управление электротермическими установками //A.M. Кручинин, К.М. Махмудов, Ю.М. Миронов и др.; Под ред. А.Д. Свенчан-ского. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 416 с.

2. Алексеев С.В., Трейвас В.Г. Влияние дуговых сталеплавильных печей на нагрузку и качество напряжения промышленных электрических сетей //В кн. Регулирование напряжения в электрических сетях. М.: Энергия, 1968. - С. 194-204.

3. Аракелов В.Е. Комплексная оптимизация энергоустановок промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 182.

4. Аррилага Д, Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. -М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 215.

5. Бендат Дн., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974. - 463с.

6. Бронштейн Б.В., Минеев Р.В. Высшие гармоники токов и напряжений в рабочих режимах дуговых сталеплавильных печей //Электротехника. -1980.-№3.-С. 60-62.

7. Быков Ю.М., Василенко B.C. Помехи в системах с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

8. Вагин Г.Я., Котельников О.И., Крахмалин И.Г. Оценка доз фликера в осветительных сетях машиностроительных предприятий //Изв. вузов. Электромеханика. 1985. - № 12. - С. 26-28.

9. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б. Исследование режимов работы мощных статических компенсаторов на металлургических предприятиях с дуговыми печами //Промышленная энергетика. -1991. № 12. - С. 39 - 42.

10. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Головкин Н.Н. Концепция применения мощных дуговых сталеплавильных печей на промышленных предприятиях

11. Промышленная энергетика. 1990. - № 11. - С. 19 - 24.

12. Васильев Д.В., Чуич В.Г. Системы автоматического управления (примеры расчета). М.: Высшая школа, 1967. - 418 с.

13. Вахнина В.В. Разработка динамических моделей дуговых сталеплавильных печей и их электромагнитной совместимости с системой электроснабжения по несинусоидальности напряжения: Автореф. дис. канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2000. - 19с.

14. Веников В.А., Глазунов А.А., Тюханов Ю.М. Математические модели формирования схем электроснабжения при автоматизированном проектировании //Электричество, 1983, №1. С. 16-18.

15. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1969.-576 с.

16. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения //Под ред. М.Я. Смелянского, Р.В. Минеева. М.: Энергия, 1975. - 184 с.

17. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления //Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. 2-е изд., перераб. — М.: Энергия, 1980. С. 195.

18. Высокомощные электрические печи и новая технология производства стали //Тематический отраслевой сборник. Под ред. А.Н.Морозова. М.: Металлургия, 1986. - С. 23-25.

19. Гераскин О.Т., Черепанов В.В. Применение вычислительной техники для расчета высших гармоник в электрических сетях. М.: ВИПКЭнерго, 1987. -53 с.

20. Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника //Примеры и задачи. М.: Сов. радио, 1980. - 544 с.

21. ГОСТ 23875-79. Качество электрической энергии. Термины и определения.- М.: Издательство стандартов, 1980. 9 с.

22. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский JI.E. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. — М.: Изд. МИСИС, 1995. 158 с.

23. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1971, Т.1.-316 е., Т.2.-287с.

24. Евсеева Н.В. Электрические характеристики дуги переменного тока в дуговой сталеплавильной печи //Изв. вузов. Электромеханика. 1994. - №3.- С. 64-70.

25. Ермилов А.А., Соколов Б.А. Электроснабжение промышленных предприятий //4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

26. Ермуратский П.В. Нетушил А.В. Электрические процессы в цепях с электрической дугой//Электричество. 1993, №3.-С. 15-18.

27. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1974. - 184с.

28. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий //3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1994. 272 с.

29. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях //2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 186 с. - ( Экономия топлива и электроэнергии).

30. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. М.: Энергия, 1977. - 128 с.

31. Жежеленко И.В. Резонансные фильтры в электрических сетях// Электричество. 1974. №7. - С. 32-37.

32. Жежеленко И.В., Божко В.М, Вагин Г.Я., Рабинович M.J1. Эффективные режимы работы электротехнологических установок. Киев.: Техника,1987.- 183 с.

33. Жежеленко И.В., Рабинович M.JL, Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техника, 1981. - 160с.

34. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Расчет несинусоидальных режимов в сетях автономных электрических систем //Промышленная энергетика. 1992. № 12.-С. 25-28.

35. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Учет активных сопротивлений в расчетах высших гармоник в электрических сетях //Промышленная энергетика. -1992. №4. С. 23-24.

36. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 224 с. (Экономия топлива и электроэнергии).

37. Железко Ю.С., Кордюков Е.И. Высшие гармоники и напряжения обратной последовательности в энергосистемах Сибири и Урала //Промышленная энергетика. 1989. № 7. - С. 62-65.

38. Заездный А. М. Основы расчетов по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969.-447 с.

39. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 336 с. (Экономия топлива и электроэнергии ).

40. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем //Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. - 736 с.

41. Каганов В.Ю., Блинов О.М., Беленький A.M. Автоматизация управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1974. - 416 с.

42. Капитанов В.И., Наумов Е.А., Минеев Р.В. Анализ динамики работы САР ДСП с учетом механических колебаний электрода и случайного характера возмущений//Электротермия. 1974. № 5 (141). - С. 13-15.

43. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: Наука, 1975272 с

44. Карташов И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения //Под ред. М.А. Калугиной. М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 120 с.

45. Карякин Н.А. Угольная дуга высокой интенсивности, М.: Госэнергоиз-дат, 1978.-216 с.

46. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности //Справочник. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1982. — 112с.

47. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей //Справочник. Под общ. ред. Я.Б. Данцисса. М.: Металлургия, 1974. 312 с.

48. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий //Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 416 с.

49. Кулиш А.К., Пономарев В.А., Точилин В.В., Яценко А.А., Матюнин Ю.В., Вахнина В.В. Многочастотные фильтрокомпенсирующие устройства на основе одночастотных комбинированных фильтров //Промышленная энергетика. 1988. №4. - С. 51-55.

50. Куренный Э.Г., Дмитриева Е.Н., Ковальчук В.М. Динамические показатели колебаний напряжения в электрической сети //Электричество, 1982, №2, С. 5-12.

51. Кучумов Л.А., Маркелов В.В. Электрические схемы замещения дуговой сталеплавильной печи, работающей в режиме расплавления при несинусоидальных и несимметричных токах //Электротермия. 1973. № 12, с. 136.

52. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1974, Т.1.-552 с.

53. Лившиц Н.А., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. М.: Сов. радио, 1963. Т.1. - 896 с.

54. Лопухов Г.А. Ближайшие перспективы развития мировой черной металлургии //Электрометаллургия,- 2001. № 1. С. 7-31.

55. Майзель М.М. Автоматика, телемеханика и системы управления производственными процессами. М.: Высшая школа, 1972. 464 с.

56. Макаров А.Н. Методика расчета КПД дуг дуговых сталеплавильных печей. //Энергосбережение в промышленности: Межвуз. сб. научн. трудов. -Тверь: Изд. ТГТУ, 1999. С. 14-16.

57. Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Тверь.: Тверской государственный университет, 1998 - 184 с.

58. Макаров А.Н., Макаров Р.А., Зуйков P.M. Определение коэффициента полезного действия дуг дуговых сталеплавильных печей трехфазного и постоянного токов //Изв. вузов. Черная металлургия. 2001. № 2. С. 12-17.

59. Макаров А.Н., Макаров Р.А., Чернышов Д.В. Динамика технико-экономических показателей дуговых сталеплавильных печей. //Электрика. 2002. №2. - С. 22-24.

60. Макаров А.Н., Рубцов В.П., Пешехонов В.И., Папков Д.С. Влияние изменения мощности трансформатора на эффективность работы дуговой печи //Электротехника. 1999. № 2. С. 40-43.

61. Макаров А.Н., Шимко М.Б. Влияние КПД дуг на потребление электроэнергии дуговыми сталеплавильными печами постоянного и трехфазного токов //Электротехника, 2002, №7. С. 55-59.

62. Марков Н.А. Электрические цепи и режимы дуговых электропечных установок. М.: Энергия, 1975. - 204 с.

63. Методики проведения инструментальных обследований при энергоаудите //НИЦЕ. Н. Новгород, 1998. - 80 с.

64. Методические указания по организации приборного контроля качества электроэнергии у потребителей // Промышленная энергетика. 1984. №3. -С. 48-50.

65. Минеев А.Р. Малозатратные методы и структуры фильтросимметрирова-ния и компенсации реактивности (на примере электрических печей).

66. Электротехника, 1997, №4. -С. 14-16.

67. Минеев А.Р. Энергосберегающая статистическая и динамическая оптимизация параметров и структур компьютеризованных электроприводов (на примере электрических печей) //Электротехника, 1998, №10. — С. 8-9.

68. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Графики нагрузок дуговых электропечей. М.: Энергия, 1977. - 120 с.

69. Миронов Ю.М. Передаточные функции электрической цепи электрометаллургической печи как элемента системы управления //Электричество. -1978.№8.-С. 88-91.

70. Михеев А.П., Ворошилов Н.М., Рыжнев Ю.Л. и др. Анализ несимметричных режимов дуговых сталеплавильных печей //Промышленная энергетика. 1976. №4. - С. 8-10.

71. Михеев А.П., Рабинович В.Л., Минеев Р.В. и др. Расчет несимметричных режимов напряжений мощных дуговых электропечей //Электротехника. -1977. № 12.-С. 46-48.

72. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация // Под ред. А. Богуцкого, А.З. Гамма, И.В. Жежеленко. Гливице: Изд-во Силезского политехнического института. - 1988. 215 с.

73. Окороков Н.В., Никольский Л.Е. Исследование распределения излучения однофазной и трехфазной дуг на моделях цилиндрической сталеплавильной печи //Изв. вузов. Черная металлургия, 1958, №12. - С. 34-38.

74. Основы повышения качества электрической энергии в промышленности //Константинов Б.А., Багиев Г.Л., Воскобойников Д.М., Зайцев Г.З., Пи-ковский А.А. Рига, ЛатИНТИ, 1978, 63 с.

75. Основы построения промышленных электрических сетей //Г.М. Каялов, А.Э. Каждан, И.Н. Ковалев, Э.Г. Куренный. М.: Энергия, 1978. - 352с.

76. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при не полностью известных возмущающих силах //Учебное пособие. Л.: Изд-во Ленинградский университет, 1987. 292 с.

77. Повышение эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения //Борисов Б.П., Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Шидловский А.К. АН УССР. Ин-т электродинамики. - К: Наук.думка, 1990. -240с.

78. Повышение эффективности электроснабжения электропечей //Р.В. Мине-ев, А.П. Михеев, Ю.Л. Рыжнев. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 208 с.

79. Прибор для измерения показателей качества электрической энергии. Руководство к эксплуатации. М.: МЭИ (Московский технический университет), 1998. - 68 с.

80. Промышленные установки электродугового нагрева и их параметры /Под. ред. Л.Е. Никольского. -М.: Энергия, 1971.-272 с.

81. Рабинович М.Л., Овчаренко А.С. Технико-экономическая эффективность систем электроснабжения промышленных предприятий. Киев: Техника, 1977. 172 с.

82. Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов //Салтыков В.М., Салтыкова О.А., Вахнина В.В., Салтыков А.В. и др. (отчет по г/б 03540, ГР № 01.9.70008894). Тольятти, ТолПИ, 2000, 165 с.

83. Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов //Салтыков В.М., Салтыкова О.А., Вахнина В.В., Салтыков А.В. и др. -(Отчет по г/б 03540, №01.9.10031751). Тольятти, ТолПИ, 1997. - 67 с.

84. Расчет мощности и параметров электроплавильных печей //Учеб. пособие для вузов. Егоров А.В. М.:*МИСИС*, 2000. - 272с.

85. Расчеты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий //Шидловский А.К., Вагин Г.Я., Куренный Э.Г. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.

86. Рубцов В.П., Дмитриев И.Ю., Минеев А.Р. Параметры дугового разряда и их влияние на эффективность работы электротехнологических установок. -Электричество, 2000, № 8. С. 18-23.

87. Савицки А. Выбор вторичных напряжений и токов первой ступени трансформатора дуговых сталеплавильных печей //Электротехника. 2000. №5. -С. 32-35.

88. Савицки А. Дуговая печь трехфазного тока как нелинейное звено автоматической системы регулирования мощности //Электричество. 2000. №2. -С. 46-50.

89. Савченко В.Л., Зориков Ю.П., Самыгин Р.П., Платонов П.М., Тихонов П.Г. Выбор структуры и параметров системы автоматического регулирования мощных дуговых и ферросплавных печей //Электричество. 1989. №9. - С. 65 - 70.

90. Салтыков А.В. Разработка метода определения колебаний напряжения в системе электроснабжения для группы из двух параллельных дуговых электропечей с учетом параметров регулятора мощности //Тез. докл. Юбилейной науч. техн. конф. Тольятти, 1997, С. 7.

91. Салтыков А.В. Разработка энергосберегающих режимов комплекса "система электроснабжения дуговая сталеплавильная печь" с учетом электромагнитной совместимости //Автореф. дис. канд. техн. наук. - Самара, 2002.-22 с.

92. Салтыков А.В., Абакумов A.M. и др. Определение тепловых потерь технологического режима ДСП //Наука, техника, образование Тольятти и Волжского региона. Межвуз. сб. науч. трудов. Выпуск 4. Часть 2. Тольятти, ТолПИ, 2001,-С. 354.

93. Салтыков А.В., Салтыкова О.А. Влияние регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи на изменения средней мощности дуги //Изв. вузов. Электромеханика, 1996, № 3-4, С. 110.

94. Салтыков В.М. Влияние изменяющихся режимов и параметров системы электроснабжения на энергосберегающие режимы дуговых сталеплавильных печей // Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". Самара, 2003. - С. 38-40.

95. Салтыков В.М. Исследование вероятностных характеристик, резкопере-менных электрических нагрузок и их влияние на качество электроэнергии в сетях промышленных предприятий. Дисс. канд.техн.наук Ленинград, СЗПИ, 1978,-241 с.

96. Салтыков В.М. Метод и устройство оптимизации режимов работы дуговых сталеплавильных печей с обеспечением электромагнитной совместимости в питающей электрической сети //Изв вузов. Электромеханика. -1996, №3-4,-С. 109-110.

97. Салтыков В.М. Расчет колебаний напряжения по вероятностным характеристикам резкопеременных нагрузок //Повышение эффективности и качества работы энергетических установок. Межвуз. сборник. Л.: ЛИЭИ им. П. Тольятти, 1979, - С. 46-54.

98. Салтыков В.М., Вахнина В.В. Анализ и расчет высших гармоник тока и напряжения дуговых сталеплавильных печей//Изв. вузов. Электромеханика. 2000, №1, - С.28-29

99. Салтыков В.М., Вахнина В.В. Определение частотной характеристики автоматического регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи

100. Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона. Межвуз. сборник науч. трудов. Часть 2. Тольятти, 1999. - С. 76-78.

101. Салтыков В.М., Константинов Б.А., Пиковский А.А., Зайцев Г.З. Качество напряжения в электрических сетях //Повышение качества энергии и интенсификация энергетического хозяйства. Межвуз. сборник научн. трудов. -Л.: ЛИЭИ им. П. Тольятти, 1979, С. 80-93.

102. Салтыков В.М., Константинов Б.А., Салтыкова О.А. Анализ характера изменения максимальных колебаний напряжения в сетях питания параллельных дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Энергетика. 1981, №1, -С. 94-97.

103. Салтыков В.М., Константинов Б.А., Салтыкова О.А. О нормировании случайных колебаний напряжения //Промышленная энергетика. 1981, №6, - С. 25-27.

104. Салтыков В.М., Салтыков А.В. и др. Рациональные режимы ДСП-40 по себестоимости //Технический вуз наука, образование и производство в регионе. Материалы всеросс. науч.техн.конф. Часть 2. - Тольятти, ТГУ, 2001,- С. 390-392.

105. Салтыков В.М., Салтыков А.В. Разработка теоретической модели электроснабжения группы дуговых электропечей //Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона. Межвуз. сборник научн. трудов. Часть 2.- Тольятти, ТолПИ, 1999, С. 3-4.

106. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Колебания напряжения в сетях параллельных дуговых сталеплавильных печей //Электричество. 1981, №2, - С. 53-56.

107. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Определение влияния компенсации реактивной мощности на изменение электрических и рабочих характеристик дуговых сталеплавильных печей //Изв. вузов. Электромеханика. 1993, №6, - С. 57-58.

108. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Определение тока и параметров печного контура для рационального режима дуговой сталеплавильной печи //Изв. вузов. Энергетика. 1989, №1, - С. 56-57.

109. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Определение характеристик дуговой электропечи с учетом влияния ее нагрузки на питающее напряжение. Ин-формэлектро, 1988, деп. 18.08.88г., № гос. per. 258-эт88. - С. 15.

110. Ждановский металлургический институт, 1983, С.59-61.

111. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Прохождение случайных колебаний напряжения по системе электроснабжения //Изв. вузов. Энергетика. 1981, №4, - С. 32-36.

112. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Разработка энергосберегающего метода управления режимом работы дуговых сталеплавильных печей с учетом обеспечения электромагнитной совместимости: Тез. докладов науч.техн.конф. 5-7 мая 1997г. Тольятти, ТолПИ, 1997, - С. 8.

113. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Связь между огибающей и колебаниями напряжения в сетях питания дуговых сталеплавильных печей //Изв. ву-зов. Электромеханика. 1983, №8, - С. 102-104.

114. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Устройство для регулирования мощности дуговой сталеплавильной печи. А.С.СССР № 1385337 А1, выд. 30.03.88г. Бюл. изобр.- 1988.- №12. С. 6.

115. Салтыков В.М., Салтыкова О.А., Борисов В.И. и др. Особенности технологических режимов дуговых сталеплавильных печей: Тез. докладов на-учн.техн.конф. Тольятти, 5-7 мая 1997г. Тольятти, ТолПИ, 1997, - С.8-9.

116. Салтыков В.М., Салтыкова О.А., Подсветова B.JI. Вероятностные характеристики тока дуговой электропечи с учетом параметров регуляторов мощности //Изв. вузов. Электромеханика. 1990, №1, - С. 88-91.

117. Салтыкова О.А. Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей и электроприемников промышленных предприятий: Автореф. дис.канд. техн. наук. Горький, 1987. - 19 с.

118. Салтыкова О.А., Вахнина В.В., Борисов В.И. Нормирование колебаний напряжения от группы дуговых электропечей: Тез. докл. XII сессии Всесоюз. науч. семинара//Кибернетика электрических систем. 19-22 ноября 1991г.-Гомель, 1991,-С. 125.

119. Сапко А.И. Исполнительные механизмы регуляторов мощности дуговых электропечей. М. - JL: Госэнергоиздат, 1963. - 112 с.

120. Свенчанский А.Д., Трейзон 3.JL, Мнухин JI.A. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок. М.: Энергия, 1980. — 186 с.

121. Смоляренко В.Д., Кузнецов JI.H. Энергетический баланс дуговых сталеплавильных печей. М.: Энергия, 1973. - 88 с.

122. Соколов А.Н. Экономия электроэнергии при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей. -М.: Энергия, 1973. 216 с.

123. Солдаткина А.А. Несимметрия напряжения в трехфазных электрических сетях и способы ее снижения //Электричество. 1974. №11.-С. 5-11.

124. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. М.: Наука, 1984. - 832 с.

125. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок //Под ред. Я.М. Болыпама, В.И. Круповича, M.JI. Самовера. М.: Энергия, 1974. - 728 с.

126. Справочник по проектированию электроснабжения // Под ред. Ю.Г. Бары-бина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

127. Справочник по электропотреблению в промышленности. По ред. Г.П. Минина и Ю.В. Копытова. 2-е изд. перера. М.: Энергия, 1978. - 496с.

128. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию/ Под ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 568 с.

129. Сравнительный анализ применения различных родов тока на ДСП. Миронова А.Н., Миронов Ю.М. //Сталь. 1996. №11.- С.27 - 30.

130. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях/ В.А. Веников, JI.A. Жуков, И.И. Карташев, Ю.П. Рыжов. М.: Энергия, 1975. -218 с.

131. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио, 1966. - 778 с.

132. Фарнасов Г.А. Автоматизация процессов электроплавки стали. 4.1. М.: Металлургия, 1971.-231 с.

133. Федоров А.А., Гамазин С.И., Черепанов В.В., Евдокимов А.С. О расчете несинусоидальности напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий //Промышленная энергетика. 1973. №1. - С. 8.

134. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

135. Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1962. - 236 с

136. Хитрик С.И., Чуйко Н.М. Зависимость между напряжением и длиной дуги переменного тока, ДОМЕЗ, 1935, №10. С. 18-21.

137. Цуканов В.В., Галактионов Г.С., Минеев Р.В. и др. Экспериментальное определение гармонического состава тока и напряжения дуговых электропечей //Промышленная энергетика. 1975. №11. - С. 17-20.

138. Черепанов В.В. Расчеты несинусоидальных и несимметричных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий // Учебное пособие. Горький: Изд-во ГТУ, 1989. - 88 с.

139. Шевцов М.С., Бородачев А.С. Развитие электротермической техники //Под ред. А.Ф. Белова. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

140. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985. - 265 с.

141. Шидловский А.К., Куренный Э.Г. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. Киев: Наукова думка, 1984. - 273 с.

142. Шидловский А.К., Таранов С.Г., В.В. Брайко и др. Серийные средства измерения показателей качества электрической энергии //Промышленная энергетика. 1983. №8. - С. 19 - 21.

143. Экономика в электроэнергетике и энергосбережение посредством рационального использования электротехнологий //Учебное пособие для вузов. Коллектив авторов. СПб.: Энергоатомиздат, Санкт - Петербургское отделение. 1998.-368 с.

144. Экономия электроэнергии в дуговых сталеплавильных печах /ЯО.Н. Ту-луевский, И.Ю. Зинуров, А.Н. Попов, B.C. Галян. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 104 с.

145. Экономия энергии в промышленности //Учебное пособие. Г.Я. Вагин, А.Б. Лоскутов. Н. Новгород, НГТУ, 1998. - 220 с.

146. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справочно-методическое пособие //Авторы-составители: Г.Я. Вагин, Л.В. Дудникова, Е.А. Зенютич, А.Б. Лоскутов, Е.Б. Солнцев; под ред. С.К. Сергеева; НГТУ, НИЦЭ Н. Новгород, 2001. - 296 с.

147. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева //Под ред. А.Д. Свенчанского. 2-е изд., перераб. М.: Энерго-издат, 1981.-296 с.

148. Электрические системы. Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения //Под ред. В.А. Веникова М.: Высшая школа, 1972.-368 с.

149. Электрические системы. Электрические сети //Под ред. В.А. Веникова. -М.: Высшая школа, 1971. 438 с.

150. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленныхпредприятий //Шидловский А.К., Борисов Б.П., Вагин Г.Я., Куренный Э.Г., Крахмалин И.Г. К: Наук, думка, 1992. - 236 с.

151. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник //Под ред. А.П. Альтгаузена, М.Д. Бершицкого, М.Я. Смелянского и др. М.: Энергия, 1978. - 304 с.

152. Электрооборудование и элементы автоматизации электроплавильных установок //Г.А. Фарнасов, B.JI. Рабинович, А.В. Егоров. М.: Металлургия, 1976.-336 с.

153. Электроснабжение электротехнологических установок //Борисов Б.П., Вагин Г.Я. Киев: Наук, думка, 1985. - 248 с.

154. Электротермическое оборудование: Справочник //Под общ. ред. А.П. Альтгаузена. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1980. - 416 с.

155. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии //Под общ. ред. профессоров МЭИ. 7-ое изд., испр. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.

156. Электротехнологические промышленные установки //Под ред. А.Д. Свен-чанского. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 400 с.

157. Элементы теории управления в расчетах переходных процессов в системах электроснабжения //Учебное пособие. A.M. Абакумов. Куйбышев, Авиационный институт. 1985. - 60 с.

158. Эффективные режимы работы электротехенологических установок //И.В. Жежеленко, В.М. Божко, Г.Я. Вагин и др. К.: Технпса, 1987. - 183 с.

159. A methodology for assessment of Harmonic Impast and compliance with standards for distributions systems/ G.T.Heyclt, D.J.Kish, J.Hill // Proc. 4-th In-tern. Conf. On Har-monic in Power System. Budapest. 1990. C. 38-41.

160. A new control strategy for reducing flicker of electric arc furnaces/ Schnah-nerelle Jochen, Horger Woltgang// MPT Int. MPT: Met. Plant. And Techn. -1997. [ 20 ], №4. - C. 60-62.

161. Asupra unor astecte ale regimului electroenergetic la cuptoare trifazafe cu are electric/ Sora I., Balteanu St., Bacila D.// Bui. Sti. Si. Tehn. Inst. Politehn. Ti-misoura. Electro-tehn. 1991. - 36. №1 - 2. - C. 59-68.

162. Berges Harald. Mittag Peter The comelt electric arc furnace with side electrodes //Metallurgical Plant and Technology International. 1995. №4. P. 64-66.

163. Bruhim J. Spannungsverzrrung in Energieversorgungsnetzeneine Ueberafichio. -Elektrizitatsverwertung, 1974,49, 9. A. 337 - 346, 336.

164. Carpanelli G., Gagliargi F., Piccolo A., Verde P. Threephase modelling of Active Passive Filtres.// Proc. 4-th Intern. Conf. On Harmonic in Power Sys-tem. Budapest. 1990. - C. 23-25.

165. Electrical analysis of the steel melting arc furnace / Celada Juan S. // Iron and Steel En-gineer. 1993. - 70, №5. - C.35-39.

166. Gemini Gianni, Garrito Valerio. New developments in electric aero furnace technology // Metallurgical Plant and Technology. 1991. № 1. P. 52-54.

167. Grosjean J.C., Destannes Ph., Maurer G. a.o. Etude et developpement du four electri-que monoarc a courant continu ARP // Review metall. 1992. Vol. 89, № 2. P. 147-154.

168. Harmonic analysis in electric arc furnace steelmaking facilities/ Gilker Clyde, Mendis Reginald S., Bishop Martin T.// Iron and Steel Engineer. 1993. - 70, №5. - C.40 - 44.

169. Higher harmonic currents and voltages in the power of a three phase electric are fur-пасе/ Hradilek Zdenek// Sb. Veb. pr. VSB Ostare R. Elektotechnic. -1992.- 1,№1.-C. 1-11.

170. Ioanovic R. Surtensions intervenant au cours du fonctionnement des fours elec-triques des reduction et nouveau procede pour compenser 1 energie absrbee par ces fours. VI Congress International Electrothermie, 1968, № 116. C. 8.

171. Krabiell H. Der Anschluss von Lichtbogenofen zum stahlschmelzen an die of-fenlichen stromversorgunge Netze. Electro-Anz.Ausg.Ind. 1968. №21. C.23.

172. Lemmemmier J. Einflusse des Lichtbogenofene auf die apeisenden Netze. -Elektri. Zitatsvermertung, 1971,46,12. - A. 339 - 352.

173. Lemmenmeier J. Netzstorungen durch den Betrieb von Lichtbogenofen und Schweiss-maschinen// Eiektrizitatsverwertung, 1968,43, № 9-10. A. 87-89.

174. Mollenkamp F.W. Die Zukunft des Electrostahle "Klepsing Fachber". 1968, 76, № 10.-C. 36-39.

175. New high performance electric arc furnace concept / Haissig Manfred // Iron and Steel Engineer. - 1992. - 69, №7. - C. 43-47.

176. New steel melting technologies/ Jones J.A.T.// Iron and Steelmaker. 1996. - 23 №4. - C. 49 - 50.

177. PLC reduces furnace running cots// Steel Times. 1994. - 222, №10. - C. 396.

178. Szabados B. Field measurement of power system impedance at harmonic frequencies. In: Intern. Electrical, Electronics Conf. and Expos., 1979, S.l .

179. Untersuchung elektro mechanischer Schwingungen der Electroden - Tragarm -System von Lichtbogenofen. Tag. "Selbsterregte Schwingungen", Fulda, 1 - 2. April, 1992/ Timm К// VDI - Berlin. - 1992. - №957. - C.59 - 76.

180. ГРАФИКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАГРУЗКИ ДСП1. Cbw AQ0*5 • : 0 &1. Qr.tb Pt* К.&1. Гас.0,71. Q,6 -j ; 0,4о.»