автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности электротехнических комплексов предприятий чёрной металлургии за счёт регулируемых компенсирующих устройств

ИИ4603396

На правах рукописи

КОРНИЛОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ЗА СЧЁТ РЕГУЛИРУЕМЫХ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы н системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

- з ИЮН 2010

Магнитогорск — 2010

004603396

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Карандаев Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Салтыков Валентин Михайлович

доктор технических наук, профессор Осипов Олег Иванович

доктор технических наук, профессор Дмитриев Борис Федорович

Ведущая организация: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Защита состоится 25 июня 2010 г. в ауд. 227 в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д.38, Ученый совет МГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.111.04 к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Энергосбережение — эффективное использование энергоресурсов, в том числе и электрической энергии, является одним из приоритетных направлений развития современной экономики в России и за рубежом. На принятие действенных мер, обеспечивающих эффективное электропотребление, направлены обращения и указы Президента России, в частности, Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» от 23.11.2009. Острота проблемы обусловлена непрерывно возрастающим потреблением невосполнимого углеводородного сырья и увеличением стоимости электроэнергии, производимой на его основе.

Металлургические предприятия России потребляют более 18% вырабатываемой электрической энергии. С переходом на рыночные отношения составляющая энергозатрат в себестоимости металлопродукции выросла более чем в три раза с 10-12% до 35-40%. Десятилетия неэффективного использования энергоресурсов создали огромный потенциал энергосбережения.

Мощные электротехнические комплексы черной металлургии, в первую очередь, главные электроприводы прокатных станов, сверхмощные дуговые сталеплавильные печи (ДСП), как приемники электрической энергии, характеризуются нелинейной и несимметричной нагрузкой с резкопеременными характером ее изменения. Их суммарная установленная мощность в масштабах отдельного предприятия составляет не менее половины всей потребляемой мощности. При эксплуатации таких электротехнических комплексов наиболее актуальными являются две проблемы:

- во-первых, снижение электропотребления при сохранении заданной производительности комплекса;

- во-вторых, соблюдение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей с питающей сетью.

С увеличением протяженности электрических сетей и установленной мощности потребителей существенно возросли потери электроэнергии при ее транспортировке. Во внутризаводских сетях 35-110 кВ они достигают 1015% передаваемой мощности. Значительная часть этих потерь вызвана перетоками реактивной мощности, что свидетельствует о низкой степени её компенсации в месте потребления. Существующие показатели отечественных предприятий - 0,2-0,3 квар на один кВт установленной мощности электростанций, значительно уступают аналогичным показателям в промышленно развитых странах. Дополнительные потери в силовом электрооборудовании создаются высшими гармониками в кривой питающего напряжения. Основной причиной отклонений и колебаний напряжения в узле нагрузки являются набросы реактивной мощности.

Наиболее эффективными мероприятиями, обеспечивающими снижение потерь электроэнергии в приемниках черной металлургии, являются повышение её качества и компенсация реактивной мощности. В этой связи актуальной и практически значимой является задача наиболее полного исполь-

зования всех установленных компенсирующих устройств металлургического комплекса. Это относится, в первую очередь, к статическим тиристорным компенсаторам сверхмощных ДСП, а также мощным синхронным турбодвигателям кислородных и компрессорных станций.

Большой вклад в развитие теории и разработку непосредственно компенсирующих устройств внесли отечественные и зарубежные учёные: В.А. Веников, Л.А Жуков, С.Р. Глинтерник, A.B. Баев, Ю.И. Хохлов, Я.Ю. Соло-духо, Л.А. Добрусин, А.Г. Павлович, В.А. Чванов, О.П. Кочкин, В.И. Нечаев, Л.А. Кучумов, В.М. Салтыков, В.П. Рубцов, Г.Я. Вагин, Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко, L. Gyugyi, N.G. Hingorani.

Вместе с тем, до настоящего времени не сформулирован системный подход к оценке роли компенсирующих устройств в обеспечении эффективного функционирования крупного металлургического предприятия с уникальными комплексами мощностью 100 МВт и выше; не содержится сведений о широком промышленном внедрении регулируемых компенсирующих устройств для тиристорных электроприводов прокатных станов, не рассмотрены вопросы повышения эффективности использования компенсирующих устройств сверхмощных ДСП и оценки их технико-экономических показателей с учётом режимов работы компенсирующих устройств.

Решению отмеченных проблем посвящены исследования и разработки, обобщённые в диссертации и определяющие её сущность и актуальность.

Цель работы - разработка и внедрение научно обоснованных технических решений, обеспечивающих снижение электр о потребления на единицу выпускаемой продукции и повышение качества электроэнергии энергоёмких электротехнических комплексов металлургических предприятий за счёт эффективного использования регулируемых компенсирующих устройств.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ основных причин как технологического, так и электрического характера снижения энергетических показателей основных электротехнических комплексов металлургического производства.

2. Экспериментальные исследования воздействий мощных электроприёмников с нелинейными характеристиками на питающую сеть, расчёт показателей электромагнитной совместимости.

3. Исследование компенсированных тиристорных преобразователей постоянного тока и разработка системы управления реактивной мощностью электроприводов прокатных станов с использованием синхронного двигателя (СД) с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

4. Разработка математических моделей исследуемых электротехнических комплексов с использованием аппарата математической статистики и теории вероятности для расчёта энергетических показателей при случайных возмущениях.

5. Обоснование рациональных диапазонов изменения реактивной мощности (в режиме генерации и потребления) статического тиристорного компенсатора ДСП. Исследование влияния новых режимов на энергетические пара-

метры печи и показатели электромагнитной совместимости комплекса «дуговая сталеплавильная печь — статический тиристорный компенсатор» («ДСП-СТК») с питающей сетью.

6. Разработка способа снижения бросков тока при включении печного трансформатора за счёт кратковременного перевода компенсатора в режим потребления реактивной мощности.

7. Разработка систем АРВ с переменной структурой для мощных СД с ударной нагрузкой, обеспечивающих демпфирование качаний ротора за счёт регулирования активной составляющей тока статора и генерирование реактивной мощности в режиме холостого хода.

8. Экспериментальные исследования разработанных положений, их апробация и внедрение полученных результатов.

Методы исследований. В работе использованы базовые положения теории автоматического управления, автоматизированного электропривода и силовой электроники, методы математической статистики и операционного исчисления. Решения отдельных задач получены с применением аппарата передаточных функций и математического моделирования в среде МаНаЬ-БтиНпк. Моделирование выполнялось на основе прямого решения системы интегро-дифференциальных уравнений, в том числе нелинейного уравнения Касси для проводимости дуги. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена допустимым расхождением между результатами теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на действующем оборудовании.

Научная новизна работы заключается в том, что она углубляет и расширяет теоретические представления об эффективном использовании регулируемых устройств компенсации реактивной мощности энергоёмких электротехнических комплексов; предлагает новые принципы и режимы управления статических компенсаторов сверхмощных дуговых печей и тиристорных электроприводов прокатных станов, раскрывает возможности и резервы регулирования реактивной мощности синхронных двигателей.

В работе получены следующие основные научные результаты:

1. На основании анализа рабочих и электрических характеристик сформулированы условия эффективного электропотребления основных электротехнических комплексов металлургического производства: прокатных станов, дуговых электропечей, сетевых синхронных двигателей за счёт регулирования реактивной мощности. Обоснованы критерии оптимизации при выборе мощности и режимов работы компенсирующих устройств.

2. Разработаны принципы использования компенсирующей способности мощных СД с ударным и спокойным характером изменения нагрузки и алгоритмы управления возбуждением таких двигателей. Сформулирован и реализован параметрический способ формирования тока возбуждения СД, обеспечивающий поддержание коэффициента мощности равным единице (сох (рСд =1), разработаны способ и система автоматического регулирования

возбуждения СД с переменной структурой, обеспечивающие регулирование активной составляющей тока статора при наличии нагрузки на валу двигателя и регулирование реактивной составляющей в режиме холостого хода.

3. Разработана динамическая математическая модель комплекса «ДСП-СТК», адекватно отражающая реальные физические процессы. Её особенность состоит в том, что учитывается постоянная времени дуги, кривая намагничивания трансформатора, гидравлическая система перемещения электродов, а также тиристорно-реакторная группа с цифровой системой управления тиристорами. Случайные возмущения задаются с помощью формирующих фильтров, передаточные функции которых получены на основе статистической обработки экспериментальных данных действующей ДСП.

4. Теоретически обоснован и экспериментально исследован способ регулирования реактивной мощности статического компенсатора ДСП как в режиме её генерирования, так и потребления. В первом случае достигается повышение производительности за счёт увеличения мощности, вводимой в печь, во втором случае создаются условия для снижения бросков тока при включении печного трансформатора.

5. Разработана методика расчёта генерирующей способности статического компенсатора при несимметричных режимах работы ДСП, включая аварийные. Она основана на построении фактической области распределения токов прямой и обратной последовательностей работающей печи во всех технологических режимах и наложении на неё расчётной области ограничений при различных уровнях генерирования реактивной мощности.

6. Разработан способ снижения бросков тока при включении печного трансформатора, отличающийся от известных тем, что цель достигается за счёт снижения напряжения на первичной обмотке трансформатора путём перевода статического компенсатора в режим потребления реактивной мощности.

7. Для тиристорных электроприводов прокатного стана разработаны способ и система автоматического управления реактивной мощностью в узле нагрузки, обеспечивающие подавление высших гармоник тока и стабилизацию напряжения за счёт регулирования реактивной мощности. Регулирование осуществляется ступенчатым изменением мощности конденсаторов с последующей плавной подстройкой реактивной мощности за счет изменения тока возбуждения СД черновой группы стана.

8. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработанных систем управления реактивной мощностью подтверждены их работоспособность и высокая технико-экономическая эффективность.

На выполненные разработки получены 14 авторских свидетельств и патентов.

Практическая ценность и реализация работы заключается в следующем:

1. Разработано устройство, позволяющее практически реализовать принципиально новый способ автоматического управления реактивной мощно-

стью в узле нагрузки 10 кВ широкополосного стана горячей прокатки, обеспечивающее регулируемую компенсацию реактивной мощности в зависимости от нагрузки главных электроприводов.

2. Разработана система управления возбуждением синхронных двигателей с ударной и спокойной нагрузкой, позволяющая повысить устойчивость двигателя и снизить потери активной мощности.

3. Усовершенствованные режимы работы СТК сверхмощной ДСП внедрены в электросталеплавильном цехе ОАО «ММК», что позволяет более эффективно использовать установленную мощность элементов компенсатора за счет генерирования избыточной реактивной мощности (порядка 25-30 Мвар) в энергоузел промышленного предприятия. В этом режиме достигается снижение потерь активной мощности комплекса «ДСП-СТК» на 13% при отключенной ДСП, и на 3% при работающей печи с использованием коррекции по напряжению в системе управления электрическим режимом. Увеличение напряжения на первичной обмотке печного трансформатора приводит к повышению электрической мощности, вводимой в печь, и производительности ДСП на 3-5%. Реактивная мощность, генерируемая в сеть 220 кВ двумя комплексами «ДСП-СТК», приводит к снижению ее поставок из внешней энергосистемы на 20%.

4. Перевод СТК в режим потребления реактивной мощности позволяет уменьшить амплитуду тока при включении печного трансформатора в среднем на 25%, что положительно сказывается на увеличении его ресурса и фильтрокомпенсирующих цепей СТК.

5. Разработана и практически исполнена система управления тиристор-ным ключом, обеспечивающая безтоковую коммутацию конденсаторных батарей.

6. Разработанная система АРВ, реализующая принцип параметрического управления, исполнена для синхронного двигателя турбокомпрессора 10000 кВт в кислородном цехе ОАО «ММК». Показано, что она обеспечивает устойчивую работу СД с коэффициентом мощности, равным единице во всех технологических режимах.

7. Разработанная система управления возбуждением СД с переключающейся структурой внедрена в эксплуатацию в электроприводах черновой группы стана 2000 ОАО «ММК». Экспериментально доказано, что ее использование обеспечивает снижение потерь электрической энергии за счет регулируемой компенсации реактивной мощности и повышение динамической устойчивости СД в режиме ударного приложения нагрузки.

8. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы на ОАО «ММК» превышает 7,6 млн. кВт-ч/год, что составляет в денежном выражении около 10 млн. руб./год.

9. Результаты работы рекомендуются для практического внедрения на аналогичных металлургических предприятиях с полным технологическим циклом - ОАО «НЛМК» (г. Липецк), ОАО «Северсталь» (г. Череповец), а также ОЭМК (г. Старый Оскол), ОАО «Мечел» (г. Челябинск) и др.; в учеб-

ном процессе при подготовке специалистов энергетических и электротехнических направлений.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждены правомерностью принятых исходных положений и корректным применением методов теории электропривода, теории автоматического управления и статистической обработки данных, а также достаточно малым расхождением результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований на действующем оборудовании.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Результаты экспериментальных исследований энергоемких электротехнических комплексов металлургического производства с нелинейной рез-копеременной нагрузкой для оценки показателей электромагнитной совместимости этих комплексов на примере ОАО «ММК».

2. Способ и система автоматического управления реактивной мощностью и улучшения гармонического состава тока и напряжения в узле нагрузки, согласно которым осуществляется ступенчатое изменение емкости батарей статических конденсаторов и последующая плавная подстройка за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя.

3. Способ и система автоматического регулирования возбуждения СД с переменной структурой, обеспечивающие регулирование активной составляющей тока статора при наличии нагрузки на валу СД и регулирование реактивной составляющей в режиме холостого хода.

4. Система управления возбуждением СД, обеспечивающая поддержание соя<рСд = 1 независимо от режима нагрузки, имеющая наиболее простую

структуру по сравнению с известными системами АРВ.

5. Усовершенствованный режим работы СТК сверхмощной дуговой сталеплавильной печи с изменяющейся уставкой регулятора реактивной мощности, позволяющий генерировать избыточную реактивную мощность компенсатора в питающую сеть, снизить общие активные потери в комплексе «ДСП-СТК», повысить производительность дуговой печи и снизить броски тока печного трансформатора при его включении.

6. Методика определения генерирующей способности СТК при несимметричных режимах ДСП, отличительной особенностью которой является учет фактического распределения токов прямой и обратной последовательностей сети действующей ДСП во всех технологических режимах, включая аварийные.

7. Математическая модель комплекса «ДСП-СТК», отличающаяся от известных тем, что в ней учитываются особенности работы систем управления СТК и электрическим режимом ДСП, включая САР перемещения электродов, и случайные процессы горения дуг. Разработанная модель позволяет наиболее полно производить теоретические исследования статических и динамических режимов комплекса «ДСП-СТК».

8. Способ снижения бросков тока при включении печного трансформатора, отличающийся от известных тем, что уменьшение амплитуды тока происходит за счет снижения напряжения на первичной обмотке трансформатора путём перевода СТК в режим потребления реактивной мощности.

9. Способ снижения потерь активной мощности в электрическом контуре ДСП, заключающийся в автоматической коррекции уставок регулятора импеданса фаз ДСП в функции изменения напряжения на первичной обмотке печного трансформатора.

10. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных систем управления реактивной мощностью, подтвердившие их работоспособность и высокую технико-экономическую эффективность применения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах энергетического факультета ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет», а также на следующих основных международных конгрессах, конференциях и совещаниях:

IV, V Международных (XV, XVI Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу АЭП-2004 (Магнитогорск, 2004 г.), АЭП-2007 (Санкт-Петербург, 2007 г.); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (Томск, 2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007 г.); Международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2007 г.); 2-ой Международной научно-технической конференции «Создание и внедрение корпоративных информационных систем на промышленных предприятиях Российской Федерации» (Магнитогорск, 2007 г.); I Международной научно-практической конференции «Интехмет-2008» (Санкт-Петербург, 2008 г.); VI Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008 г.), V Международной конференции-симпозиуме «Проблемы электромагнитной совместимости в силовой электронике», проводимой под эгидой общества IEEE (Гданьск, Польша), II Международной конференции «Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях РФ» (Магнитогорск, 2007 г.), научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (ГОУ ВПО «ЛГТУ», Липецк, 2006 г.), а также ежегодных научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ (Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2003 - 2009 гг.).

Диссертационная работа рекомендована к защите расширенным заседанием кафедры электроснабжения промышленных предприятий энергетического факультета ГОУ ВПО «Магнитогорский ГТУ им. Г.И. Носова» (март

2010) и заседанием кафедры автоматизированного электропривода ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (Технический Университет)» (март 2010).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 51 печатных трудах, в том числе 23 статьях в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ по направлению «Энергетика», защищены 14-ю авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 185 наименований и пяти приложений. Работа изложена на 378 страницах машинописного текста, содержит 183 рисунка и 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено состояние проблемы, обозначена актуальность темы, сформулированы основные цели и задачи исследования, представлены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Первая глава посвящена анализу энергетических показателей основных электротехнических комплексов металлургических предприятий: широкополосных станов горячей прокатки, дуговых сталеплавильных печей и кислородных станций, имеющих в своём составе мощные синхронные двигатели.

Данные электротехнические комплексы являются элементами Районного энергетического узла (в дальнейшем в качестве примера рассматривается Магнитогорский энергоузел - МЭУ), который, в свою очередь, является элементом более крупной региональной энергосистемы («Челябэнерго» ОАО «МРСК Урала») (рис. 1).

В то же время, эти объекты сами являются сложными электротехническими системами, из которых выделяются наиболее ответственные подсистемы: преобразователи электроэнергии и системы управления, трансформаторное оборудование и т.д. Поэтому при анализе энергетических показателей, связанных с перетоками реактивной мощности, необходим учет потерь как непосредственно в электроустановках, так и в элементах питающей сети с учетом «вклада» энергосистемы в суммарные потери.

В табл. 1 приведены обобщенные характеристики перечисленных комплексов на примере ОАО «ММК». Установленная мощность электрооборудования каждого из исследуемых объектов соизмерима с мощностью среднего промышленного предприятия. Очевидно, что расчет электрических потерь и разработка мероприятий по уменьшению потребления реактивной составляющей должны выполняться исходя из индивидуальных особенностей потребителя. Однако, с учетом их объединения в энергосистеме и схожести физических процессов, вызывающих потребление реактивной мощности, проведение исследований данных объектов в рамках единой диссертационной работы представляется целесообразной и методологически правильной задачей.

Рис. 1. План-схема Магнитогорского энергоузла _Таблица 1

Электротехнический комплекс Установленная мощность МВт/ МВА Производительность годовая Дата пуска (реконструкции) Основные электроприёмники

Электроприводы стана 2000 140/362 5 млн. т 1994 7 чистовых и 6 черн. клетей

Электроприводы стана 2500 88/320 3 млн. т 2006 7 чистовых и 4 черн. клети

Синхронные двигатели кислородных станций 150 160 млн. м3 19851990 10 СД по 10 МВт, 2 СД по 20 МВт

Дуговые сталеплавильные печи 300 2 млн. т 2006 2 ДСП по 150 МВА

Отечественные станы горячей прокатки оснащены тиристорными электроприводами постоянного тока с двухзонным зависимым регулированием скорости. С учетом высокой стоимости высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов, как альтернативного варианта, и относительно малым сроком эксплуатации установленного оборудования, очевидно, что в ближайшем будущем не произойдет существенных изменений в технологии производства горячекатаного листа и в составе установленного электрооборудования.

Выполнен анализ причин ухудшения энергетических показателей тири-сторных электроприводов. Приведены зависимости для определения составляющих мощности при синусоидальном напряжении и несинусоидальном токе. Показано, что основной причиной повышенного потребления реактивной мощности является глубокое регулирование выпрямленного напряжения. Тиристорный преобразователь должен удовлетворять противоречивым требованиям: с одной стороны - обеспечивать надежную работу электропривода за счет достаточного запаса по напряжению, а с другой - работать с минимальным потреблением реактивной мощности. Анализ материалов проектирования и эксплуатации показал, что эти вопросы решаются в одностороннем порядке, и преобразователи работают со значительным потреблением реактивной мощности, что приводит к неоправданным потерям электроэнергии.

Выполнен анализ электрических режимов сверхмощной ДСП четвертого поколения. На основании анализа технологических стадий плавки ДСП-180 ОАО «ММК» (рис. 2) показано, что электрическая нагрузка носит случайный резкопеременый характер, изменяясь от холостого хода (при обрыве дуг) до короткого замыкания (в случае касания электродами шихты).

Завалка

риМВт и»*!«

Первая Ф°Р»"Р=|

Вдувлшс углерода и [¡юрмнроаакне пенистого шлака

Окислительный период плавки

35 40 45

I, мин

Рис. 2. Основные технологические стадии плавки в ДСП-180

В процессе плавки необходимо регулировать мощность дуг, изменяя тем самым количество энергии, вводимой в печь. Активная мощность регулируется путем изменения вторичного напряжения печного трансформатора, а при постоянном напряжении - за счёт изменения тока в электрическом контуре печи. Для поддержания заданного значения тока фазы и, соответственно, мощности дуги, используется система регулирования импеданса — полного сопротивления электрического контура.

Представлена методика и выполнен расчет электрических характеристик ДСП-180 ОАО «ММК» для различных стадий, которые позволяют оценить основные параметры электромагнитной совместимости ДСП и питающей сети. При проведении теоретических исследований и оценке их адекватности

использованы результаты статистической обработки экспериментальных данных, полученные на действующем объекте.

Дано обоснование применения компенсирующих устройств для повышения эффективности исследуемых электротехнических комплексов. Показано, что задача повышения их эффективности решается на нескольких уровнях и таким образом, чтобы минимизировать определённый критерий-функционал. В современных экономических расчетах в качестве критерия целевой функции обычно выбирают суммарные убытки, включающие потери электроэнергии в элементах питающей и распределительной сетей с выделением активных потерь от высших гармоник, от перетоков реактивной мощности, а также технологических потерь от снижения производительности, вызванной отклонением рабочего напряжения или аварийным отключением комплекса от питающей сети

У = /(Д/>е,Л/>вг,ДПРди) => min .

На практике такой комплексный подход не всегда может дать конкретное решение, поскольку оценить убытки от перечисленных выше составляющих весьма сложно, а количество значимых факторов, влияющих на целевую функцию, достаточно велико. Поэтому в качестве критерия оптимизации предложено рассматривать минимум суммарных потерь активной мощности (электроэнергии) в самом комплексе и дополнительно введённых компенсирующих устройствах ( ДД :=> min) при условии, что показатели электромагнитной совместимости такой системы не превысят допустимых значений, установленных действующим стандартом.

Обоснованное применение компенсирующих устройств в составе электротехнических комплексов является наиболее эффективным решением задачи обеспечения их устойчивой работы и снижения потерь электроэнергии. По результатам сравнительного анализа электрических режимов для тиристор-ных электроприводов прокатных станов и ДСП сформулированы их общие и отличительные признаки. В результате подтвержден вывод о целесообразности общего концептуального подхода к разработке законов управления регулируемыми компенсирующими устройствами, что, наряду с перечисленными выше преимуществами, дополнительно позволит минимизировать затраты на установку компенсирующих устройств за счет максимального использования резервов установленного электрооборудования.

На основе литературного и патентного обзоров дана классификация существующих компенсирующих устройств, в результате обосновано построение системы управления реактивной мощностью электроприводов прокатных станов на базе конденсаторных батарей с переключением секций (ступенчатое регулирование) и плавным регулированием за счет использования компенсирующей способности СД черновой клети.

Приведены структура и состав силового электрооборудования электротехнического комплекса «ДСП-СТК». Показана эффективность работы статического компенсатора на действующей ДСП и проанализированы основные требования, предъявляемые к ним.

Выполнен анализ основных принципов построения САР статического тиристорного компенсатора, показана возможность изменения уровня реактивной мощности в точке подключения комплекса в существующей системе управления.

На основе анализа фактических данных по выработке и поставкам реактивной мощности Магнитогорского энергетического узла и основных его сетевых районов, установлен существенный ее дефицит на уровне 300 Мвар для всего узла и 60 Мвар для сетевого района, непосредственно связанного с рассматриваемым комплексом «ДСП-СТК». Впервые обоснована возможность работы СТК в режиме генерации реактивной мощности в питающую сеть.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований показателей электромагнитной совместимости мощных электротехнических комплексов и питающей сети. Проводилось исследование следующих показателей качества напряжения: коэффициента искажения синусоидальности Ки, коэффициента несимметрии по обратной последовательности К2и, установившегося отклонения напряжения 5иу и кратковременной дозы фликера Р3,. Последний показатель представляет наибольший интерес для ДСП и его измерение проводилось путем осциллографирования мгновенных значений напряжений на шинах 35 и 220 кВ и последующей обработки в среде МаНаЬ с помощью модели фликерметра.

На рис. 3 приведены диаграммы изменения активной и реактивной мощностей широкополосного стана горячей прокатки 2000 ОАО «ММК». Гистограммы распределения отклонения напряжений на шинах 10 кВ показаны на рис. 4 при трехсменном графике работы. Несинусоидальность напряжения на шинах 10 кВ в ходе эксперимента изменялась в диапазоне 10-14 %. Результаты эксперимента показывают, что параметры качества напряжения в точке общего присоединения выходят за пределы действующего ГОСТ 13109-97. Поэтому применение специальных компенсирующих устройств необходимо.

МВт, Мвар

А А Р »"V Л ! '

» п 1 А ! /

1 *

у и ч и ; ■ Г 'г н ■' а V к и ... ,,ч*..........—. .............1/.....V,, <

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 13:00 20:00 22:00 1,4

Рис. 3. Суточные графики активной и реактивной мощностей на шинах 10 кВ широкополосного стана горячей прокатки 2000 ОАО «ММК»

Р. о.е.

0,4-

0,2-

—г=

- 6U, -7,5 -3,75 0 +3,75 +5U,

a)

p, o.e.

0,40,2.

-5Uy -7,5 -3,75 0 +3,75 +5U, 6)

р, о.е.

0,4 п

0,2-

р, о.е.

0,8-

0,4- г~

-6Uy -7,5 -3,75 0 +3,75 +SU,

B)

-5Uy -3,75 0 +3,75 +5Uy

Г)

Рис. 4. Гистограммы распределения отклонений напряжения (а — 7+15 ч; б — 15+23 ч; в - 23+7 ч; г - при отключенном трансформаторе)

Основные показатели качества напряжения при работающей ДСП-180 на шинах 35 и 220 кВ приведены на рис. 5. Их сравнение с нормируемыми показателями отражено в табл. 2. Установлено, что коэффициенты искажения синусоидальности и несимметрии, а также кратковременная доза фликера в точке общего присоединения на шинах 220 кВ не превышают допустимых значений. Отмеченные показатели зафиксированы при работе СТК с неполным составом фильтрокомпенсирующих цепей - при отключенном фильтре четвертой гармоники с установленной мощностью 68 Мвар.

На рис. 6 приведены средние значения и стандартные отклонения мощностей ДСП на первичной стороне печного трансформатора (на шинах 35 кВ), из которых следует, что среднее значение реактивной мощности не превышает 110 Мвар. Таким образом, результаты эксперимента свидетельствуют о существенном запасе генерируемой реактивной мощности СТК, который в настоящее время фактически не используется.

Сложившуюся ситуацию подтверждают результаты аналитического обзора существующих компенсаторов в составе сверхмощных ДСП (мощность трансформатора - 100 МВА и выше), которые показывают, что мощность СТК в среднем на 20-40 % превышает мощность печного трансформатора. Такое обстоятельство объясняется не только коммерческими интересами фирм - поставщиков оборудования, но и технической стороной проблемы, а именно - необходимого обеспечения, в первую очередь, производительности ДСП за счет поддержания напряжения на высокой стороне трансформатора, а также требованием соблюдения норм электромагнитной совместимости.

Рис. 5. Показатели качества напряжения при работе ДСП-180

Таблица 2

Показатели качества электроэнергии Нормально допустимые значения Фактические значения

35 кВ 220 кВ

1. Коэффициент искажения синусоидальности 4% 2% . 1,0 + 4,0 % (35 кВ) 0,3 - 0,5 % (220 кВ)

2. Коэффициент несимметрии напряжений 2% 2% 0,5 - 1,5 % (35 кВ) 0,5-0,51 % (220 кВ)

3. Кратковременная доза фликера напряжения 1,0 1,0 4,3 (35 кВ) 0,3 (220 кВ)

160 140 | 120 нТ 100

т

2 80 60

^ 40 20 0

Ш

[

^(бдсп^_ /

6 1

М^дсп,)

10

ОДцсп,)-:*-

^(■^дсп,)

11213

14

15

и

/ =53,5 мин

Щ-Рпсп,)

О 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 ^ с Рис. 6. Составляющие полной мощности ДСП-180 на шинах 35 кВ

В третьей главе приведены математические модели основных электроприёмников рассматриваемых комплексов металлургического производства: тиристорного электропривода прокатного стана 2000 с двухзонным зависимым регулированием скорости, синхронного двигателя с автоматическим регулированием возбуждения, дуговой сталеплавильной печи совместно со статическим тиристорным компенсатором.

Модели двух первых объектов реализованы в пакете Matlab-Simulink с использованием типовых блоков и элементов, входящих в библиотеку Sim Power System. При исследовании электропривода прокатного стана, имеющего в своем составе двенадцатипульсный тиристорный преобразователь, анализируются отклонения и колебания напряжений на шинах 10 кВ при ударном приложении нагрузки, кратковременном понижении напряжения источника и других возмущениях. Кроме того, проводится расчет основных показателей ЭМС: состава высших гармоник, коэффициентов искажения синусоидальности кривых напряжения и тока, а также расчет потерь активной мощности в элементах системы электроснабжения.

Здесь же на примере модели синхронного двигателя показана компактная структура представления исходных уравнений в матричной форме, благодаря чему их число уменьшается вдвое по сравнению с традиционным представлением в пакете Matlab-Simulink (рис. 7).

При разработке модели «дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор» (рис. 8) использован блочный метод формирования

Рис. 7. Матричная модель синхронного двигателя в пакете Matlab-Simulink

основных подсистем комплекса — электрического контура, печного трансформатора и реактора, тиристорно-реакторной группы, фильтрокомпенси-рующих цепей, систем регулирования СТК и управления электрическим режимом ДСП. При этом отдельные блоки реализованы на основе интегро-дифференциальных уравнений связей входа (линейных напряжений) и выхода (линейных токов). Особого внимания заслуживает описание элементов, не представленных в библиотеке типовыми блоками, адекватно отражающими физические процессы; к таковым относится, в частности, описание вторичного контура печи с электрической дугой и учётом взаимоиндуктивности короткой сети.

Такой способ оправдан также для составления моделей нелинейных элементов, например, печного трансформатора с учётом насыщения, что позволяет в полном объеме исследовать процессы при его включении без нагрузки.

Разработанная математическая модель комплекса «ДСП-СТК», составленная на основе интегро-дифференциальных уравнений, отвечает основным требованиям, предъявляемым к моделям подобного рода, и обеспечивает:

- адекватное воспроизведение статических и динамических режимов комплекса для различных стадий плавок; возможность изучения несимметричных режимов ДСП и СТК;

- исследование бросков тока при включении печного трансформатора;

- расчёт основных показателей качества электрической энергии на шинах 35 и 220 кВ на различных стадиях плавки.

Моделирование электрического контура ДСП осуществляется с учетом нелинейных свойств дуги переменного тока на различных стадиях плавки. С этой целью в главе дан анализ известных способов математического описания электрической дуги, который позволил выбрать модель, наиболее удовлетворяющую этим условиям.

Моделирование печного трансформатора выполнено с учетом общей магнитной системы и реальной характеристики намагничивания. Для адекватного воспроизведения энергетических характеристик комплекса «ДСП-СТК» в модели системы управления электрическим режимом ДСП реализованы существующие профили плавки, определяющие номера ступеней трансформатора и реактора, а также уставки для регуляторов импеданса САР перемещения электродов. В свою очередь, математические модели САР и гидропривода перемещения электродов построены с учетом всех особенностей существующей системы, включая работу основных блоков коррекции сигналов задания. В моделях питающей сети и сетевого трансформатора учтены фактические значения мощностей короткого замыкания на шинах 35 и 220 кВ, а также исходные уровни напряжения.

Модель системы автоматического регулирования СТК по своей структуре соответствует реальной системе, в частности, имеет прямой и обратный каналы регулирования, необходимые для выполнения функций симметрирования токов и компенсации реактивной мощности.

1_

7

uBC22a(i) Пит. сеть

'пспл(')

Питающая сеть и сетевой трансформатор 220/35 кВ

ь»

к«.»

I "I 1

'г,- ¿т.».

в(')

в(')

Резонансные фильтры 2,3 и 4 гармоник

в(0

с(0

.WíC)

'п-гЛО

Управляющие импульсы

'дсплСО—► 'дспв(')—► 'ФХУ>,.А(') ->•

'ф.сум.В (0

Л. с,„ К, и,

u t н

Тиристорно-реакторная фуппа (ТРГ)

„(0

с(0

в

Система управления CTK

в(<)

с(0

"твс(')

СТК

i Уставка на суммарную реактивную ( i мощность комплекса ДСП-СТК i

ji.c S3 И', B=f(H)

I I I I Г

Печной трансформатор со встроенным реактором

'ДЛ(')

'ЛВО

„(0

Т

Вкл.тр-ра

Lw К, М k a

I I I I I

ДСП-180

Электрический контур ДСП-180 (короткая сеть + эл.дугм)

Система управления электрическим режимом ДСП

Режим per.

W'W

САР перемещения электродов (ARCOS)

Гидроприводы электродов

тт

Номер стадии плавки

Номер программы Номер (профиля) плавки стадии плавки

10 Система формирования возмущающего воздействия

i Sr ТГ\

Измерительные блоки

"дп.вс.сл сн

u 2АТЗ.ПС.СА сн МдА.П,с(<>

'дсплл.с

с(<>-

Блок измерения электрических параметров ДСП-180

."?„?„(?,Л,Л,fi.A^

mTAB,bc,CA(0 ~

'г/>гл/?.с(0-

Wi.o.cCO-

Блок измерения электрических параметров СТК

0т1'Г > С?Ф2' &|>3' £?<м (?СТК > ^ТРГ»Д^СТК

WTAB.BC.CA (0 Блок измерения электрических параметров комплекса ДСП-СТК UTJ 5лв.вс,сд(0 Блок расчета показателей качества электроэнергии на шинах 220 и 35 кВ

'сунА.В,с(0 ИТ220ЛВ.ВС,СА

^тЛ^то

Рис. 8. Математическая модель комплекса «ДСП-СТК»

Для адекватного воспроизведения динамических режимов работы комплекса «ДСП-СТК» случайные возмущения задают формирующие фильтры, передаточные функции которых синтезированы на основе статистической обработки экспериментальных данных действующей ДСП для различных стадий плавки (рис. 9). Формирующий фильтр представляет собой систему, у которой выходной сигнал имеет такую же спектральную плотность, что и реальный объект. На вход формирующего фильтра поступает сигнал от генератора белого шума, спектральная плотность которого постоянна в широком диапазоне частот.

I-----------------------------1 I------------------------т

Рис. 9. Реализация возмущающих воздействий ДСП-180 с использованием формирующих фильтров

Адекватность разработанных математических моделей электротехнических комплексов подтверждена воспроизводимостью статических и динамических показателей с ошибкой, не превышающей 10%.

В четвертой главе приведены результаты исследований тиристорных электроприводов прокатного стана с двумя схемами подключения конденсаторов: на вентильной обмотке трансформатора в составе компенсированного тиристорного преобразователя и в структуре системы управления реактивной мощностью в составе конденсаторных батарей, управляемых тиристорными ключами и синхронного двигателя с системой автоматического регулирования возбуждения.

Включение конденсаторов к вентильной обмотке обеспечивает разгрузку преобразовательного трансформатора, существенное улучшение качества питающего напряжения и повышение коэффициента запаса по напряжению. Эффект достигается увеличением напряжения на вентильной обмотке на 56% и уменьшением сопротивления контура коммутации на 40-50%.

В компенсированном преобразователе существенно уменьшается искажение сетевого тока (рис. 10), коэффициент нелинейных искажений при этом снижается с 9,8% до 3%. На рис. 11 приведены зависимости относительного коэффициента искажения синусоидальности напряжения Кнс. = КИС{Ю)1 К;1С1С0) в функции относительной настройки фильтров (параметр ¡л ) для различных мощностей конденсаторов.

Включение конденсаторов не устраняет полностью отклонение напряжения в точке присоединения, особенно мощных ТП. Его стабилизация возможна за счет регулирования реактивной мощности в узле нагрузки.

Для главных электроприводов прокатных станов с тиристорными преобразователями постоянного тока разработана система компенсации реактивной мощности на базе конденсаторных батарей, управляемых тиристорными

ключами и синхронного двигателя с регулируемой системой возбуждения (рис. 12).

110 кв

Рис. 12. Функциональная схема системы управления реактивной мощностью на шинах 10 кВ

Выполнено моделирование переходных процессов в питающей секции при изменении реактивной мощности двух тиристорных преобразователей, вызванном ударным приложением нагрузки к двигателям чистовых клетей при следующих условиях: 1) в существующей системе при отсутствии регулирования; 2) при одновременном включении КБ с приложением нагрузки; 3) при включении КБ в зависимости от тока якоря; 4) то же, что и 3, но с учетом компенсирующей способности СД (рис. 13). Представлены следующие координаты: <2ГО, (^ю , ОсД - реактивные мощности преобразователя, конденсаторных батарей, синхронного двигателя, 1В - ток возбуждения СД, - суммарная реактивная мощность, ис - напряжение на шинах 10 кВ. Результаты обработки осциллограмм для указанных случаев приведены в табл. 3.

В результате того, что переходные процессы при включении конденсаторных батарей протекают значительно быстрее, чем в ТП при набросе нагрузки, возникает динамический разбаланс реактивной мощности, уменьшить который возможно за счет сдвига момента включения КБ в сторону запаздывания. В качестве контролируемого параметра удобно использовать ток якоря двигателя /,. Эксперименты подтвердили, что включение КБ с задержкой

времени, при которой ток достигает 0,2-0,3 установившегося значения, обеспечивает наилучшие показатели переходного процесса.

ы --- ¡-V ги, ___

щ

0,6

Рис. 13. Переходные процессы при ударном приложении нагрузки с включением КБ в зависимости от тока якоря

Таблица 3

Показатели качества переходных процессов на шинах 10 кВ

Номер варианта Исходные условия при моделировании Показатели качества переходных процессов

Управление КБ Режим СД 5 Ц„ % ъи„ %

1 - - 7,2 8

2 /¿>0 - 5,2 3

3 /¿>0,25/^ - 1,2 2,4

4 /</>0,25 АРВ — /„ 0,4 2,1

На рис. 13 приведены осциллограммы при включении КБ, когда 1с1 = 0,251НУ . Как следует из осциллограмм, в установившемся режиме обеспечивается нулевая ошибка реактивной мощности.

а -всД «о.

Тем не менее, это не исключает полностью колебаний реактивной мощности и напряжения, поскольку переходный процесс реактивной мощности преобразователя имеет колебательный характер с перерегулированием, а мощность конденсаторов нарастает монотонно; это рассогласование в предлагаемой системе устранить невозможно. Незначительное отклонение напряжения в установившемся режиме 511 у = 0,4% объясняется действием активной составляющей тока нагрузки, которая не компенсируется, а также тем, что регулятор напряжения по условию устойчивости выбран пропорциональным. Поэтому контур регулирования имеет статическую ошибку.

В пятой главе рассмотрены способы и средства повышения эффективности мощных синхронных двигателей металлургического производства.

К мощным синхронным двигателям (5 -10 МВт) предъявляются жесткие требования как к элементам электропривода, с одной стороны, и как к элементам системы электроснабжения, с другой. Поскольку все подобные двигатели оснащены системами АРВ, то и реализация этих требований возможна исключительно за счёт ресурсов систем возбуждения. Основные требования: а) обеспечение устойчивой работы СД при заданных режимах нагрузки; б) поддержание номинального напряжения в узле нагрузки за счёт генерации реактивной мощности при допустимом тепловом режиме двигателей; в) обеспечение минимума потерь энергии в двигателях и системе электроснабжения, если это не противоречит рекомендациям двух предыдущих пунктов.

В реальных условиях система АРВ должна обеспечивать выполнение нескольких требований, предъявляемых к СД со стороны электропривода и системы электроснабжения. Однако лишь некоторые из них совместимы, например, стабилизация напряжения совместима с генерированием реактивной мощности и с увеличением устойчивости. Большинство же показателей несовместимы, т.е. выполнение одного из них противоречит другому. Несовместимы, например, минимизация потерь и повышение устойчивости, так как по первому условию требуется снижать возбуждение, а по второму условию - повышать.

Выполнен анализ известных законов автоматического регулирования возбуждения СД с целью разработки новых систем, обеспечивающих улучшение динамических и энергетических показателей как непосредственно электропривода, так и узла нагрузки. Проведены предварительные исследования влияния режима возбуждения СД на напряжение питающей сети, потери электроэнергии в двигателе, угол нагрузки и соответственно на динамическую устойчивость электропривода.

Предложен способ и разработана система автоматического регулирования возбуждения СД с переменной структурой (рис. 14), которая обеспечивает регулирование активной составляющей тока статора при наличии нагрузки на валу двигателя и регулирование реактивной составляющей в режиме холостого хода. Реализация способа повышает динамическую устойчивость

синхронного двигателя при ударном приложении нагрузки при одновременном использовании его компенсирующей способности.

Питающая сеть

Рис. 14. Функциональная схема САРВ СД с переменной структурой

ОВ - обмотка возбуждения; ТВ - тиристорный возбудитель; РТВ - регулятор тока возбуждения; П - переключатель; РСН, ДСН - регулятор и датчик статической нагрузки; РРТ, ДРТ - регулятор и датчик реактивного тока; РН - регулятор напряжения.

За счет переключения контуров регулирования по сигналу, подаваемому с выхода датчика статической нагрузки двигателя, контур активной составляющей тока статора отрабатывает величину активной нагрузки, что способствует демпфированию качаний ротора и уменьшению колебаний тока статора. В режиме холостого хода осуществляется автоматическое переключение на регулирование реактивной составляющей тока питающей секции. СД в этом случае частично компенсирует реактивную мощность, потребляемую тиристорными преобразователями, подключенными к данной секции.

В тех случаях, когда система электроснабжения не нуждается в реактивной мощности, генерируемой со стороны СД, наиболее экономичным является режим работы СД с коэффициентом мощности coscp = 1, поскольку он обеспечивает минимум суммарных электрических потерь в двигателе. Ток статора в этом случае чисто активный и определяется только нагрузкой на валу СД, а реактивный ток равен нулю (/р = 0).

При реализации такого управления использована известная методика представления тока возбуждения СД геометрической суммой двух составляющих: 1 / = //„ + //р. Первая составляющая тока возбуждения обусловлена нагрузкой двигателя, т.е. активным током статора. Вторая составляющая связана с генерированием синхронным двигателем реактивной мощности, и её величина определяет реактивный ток статора.

Предложенный способ реализован с помощью системы АРВ, схема которой приведена на рис. 15, а. На входы сумматора 1 поступают сигналы с вы-

ходов датчиков тока и напряжения. Датчик тока выполнен на базе трансформатора тока (ТТ) и установлен в фазе А, а датчик напряжения подключен к линейному напряжению Ццс и представляет собой измерительный трансформатор напряжения (ТН). Такое включение датчиков обеспечивает необходимый эффект саморегулирования.

А ВС

Рис. 15. Функциональная схема (а) и векторные диаграммы системы АРВ СД при индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

Система устойчиво работает при чисто активной нагрузке, когда вектор тока 1Л ортогонален вектору напряжения ивс . В этом случае СД работает в экстремуме и-образной характеристики (точка 0, рис. 16), что соответствует соб (р . При увеличении момента статической нагрузки на валу двигателя

ток, потребляемый из сети, становится индуктивным {<р> 0, рис. 15, б), и это ведёт к увеличению тока возбуждения. Если ток возбуждения окажется выше требуемого и появится емкостная составляющая тока статора {(р < 0, рис. 15, в), то сигнал задания и, соответственно, ток возбуждения -снижаются. Таким образом, при изменении нагрузки на валу двигателя и напряжения в рабочем диапазоне угол сдвига <р между током и напря-уровне (<р = 0). Блок 3, подключённый к трансформатору напряжения через выпрямитель, обеспечивает форсировку возбуждения при снижении питающего напряжения.

В шестой главе рассмотрены возможности и резервы тиристорного компенсатора реактивной мощности сверхмощной ДСП с учётом несимметричных режимов.

В предыдущих главах было отмечено, что основные функции СТК — обеспечение условий электромагнитной совместимости и поддержание за-

Рис. 16. и-образные характеристики СД

жением поддерживается на заданном

данной производительности для действующей ДСП-180 ОАО «ММК» выполняются при мощности, меньше установленной на величину порядка 60 Мвар. Сложившаяся ситуация характерна и для других комплексов аналогичной мощности. Поэтому ставится задача рационального использования резервов СТК с учетом технологических режимов ДСП, включая несимметричные и аварийные.

Для более детального изучения поставленной проблемы разработана уточнённая методика оценки генерирующей способности СТК. Она заключается в следующем: 1) по результатам экспериментальных исследований первичного тока действующей ДСП строится область распределения токов прямой и обратной последовательностей на характерных стадиях плавки; 2) на полученную область накладываются зона ограничений при различных уставках генерирования реактивной мощности в тех же координатах, т.е. /ДСП2 = /(/дСШ) при Qiu = var; 3) для сохранения работоспособности СТК в

несимметричных режимах область рассеивания токов прямой и обратной последовательностей работающей ДСП должна находиться в[тутри области, которая обеспечивается работой СТК в регулировочном режиме, т.е. угол управления тиристоров тиристорно-реакторной группы находится в пределах 90 + 180° (рис. 17).

1дсп2. o.e. -

, Режим двухфазного КЗ при в / обрыве дуги в третьей фазе

• \ V : Режим \ \ : трехфазного КЗ ^ V

О 0,1 0,2 0J 0,4 0,5 \0,б ¡у 0,7 0,8 *0,9 Igcni, o.e.

^ Напр. луг меняются симметрично

Рис. 17. Определение генерирующей способности СТК с учетом несимметричных режимов ДСП

Режим генерирования реактивной мощности приводит к изменениям напряжения основной и высших гармоник на шинах 35 и 220 кВ (рис. 18, а), дозы фликера (рис. 18, б), а также к изменению потерь в элементах СТК и ДСП. Особый интерес представляет изменение суммарных активных потерь в элементах комплекса в данном режиме при работающей и отключенной

печи. При расчете потерь в ДСП учитываются сопротивления трансформатора, реактора и короткой сети; в СТК - сопротивления фильтровых реакторов и ТРГ, потери в вентилях и конденсаторах. Характеры их изменения при отключенной и работающей ДСП-180 показаны на рис. 19, а и б.

б„та,Мвар

Рис. 18. Изменение коэффициентов искажения синусоидальности тока и напряжения (а) и дозы фликера (б) на шинах 35кВ

ДРтт .МВт 1,8 1,6 1,4 1,2 1.0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

ДСП-180

............... отключена llljll

¿Й:

Генерация реактивной мощности' <5Р = -0,1МВт

8 питающую сеть

I \ \ ;

-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 (^„Мвар

а)

ДП

7,8 7,6 7,4 7,2 7.0 6,8 6,6 6,4 6,2

,МВт

\№, = 0,25МВт а>1 =-0,02МВг

о б)

50 д„,.ммр

Рис. 19.

Анализ полученных результатов свидетельствует о наличии зоны минимальных потерь при неработающей ДСП в режиме генерации реактивной

мощности в диапазоне от 0 до -100 Мвар (рис. 19, а). При (Ззад = -30 Мвар снижение потерь составляет 100 кВт. При работающей ДСП-180 режим генерации реактивной мощности может привести к увеличению суммарных потерь (кривая 1, рис.19, б) из-за повышения напряжения и токов дуг.

Предлагается осуществлять автоматическую коррекцию уставок регулятора импеданса таким образом, чтобы при увеличении напряжения происходило увеличение мощности с уменьшением тока, это значит осуществлять переход из рабочей точки А в точку Сна рабочих характеристиках рис. 19, г. Это свойство настройки блока коррекции (рис. 19, в) реализовано на практике и обеспечивает снижение тока на 2-3 кА и уменьшение потерь ДСП (кривая 2, рис. 19, б). Кроме уменьшения потерь снижение тока благоприятно сказывается на сокращении расхода электродов и увеличении их срока службы.

Усовершенствованный режим СТК позволяет осуществлять не только генерацию реактивной мощности, но и её потребление за счет режима фор-сировки ТРГ. При минимальных углах управления тиристоров ТРГ эта величина составляет порядка 50 Мвар, а снижение напряжения на шинах 35 кВ -5 %, что благоприятно сказывается на условиях включения печного трансформатора. Снижение бросков тока, составляет порядка 25-30 %. Таким образом, предложенные режимы работы статического компенсатора существенно улучшают энергетические показатели комплекса «ДСП-СТК» по сравнению с традиционной настройкой СТК на поддержание нулевого значения реактивной мощности в узле нагрузки. Генерация реактивной мощности при работающей ДСП обеспечивает повышение электрической мощности, вводимой в печь и сокращение потерь за счет уменьшения токов дуг и ТРГ; потребление реактивной мощности обеспечивает снижение бросков тока при включении печного трансформатора.

В седьмой главе приведены результаты промышленного внедрения и экспериментальных исследований электротехнических комплексов с усовершенствованными режимами работы и разработанными компенсирующими устройствами.

Результаты внедрения и промышленных испытаний компенсирующих устройств на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК».

Установка конденсаторных батарей в составе фильтров на шинах 10 кВ обеспечивает следующие положительные результаты: а) снижение несинусоидальности напряжения на шинах 10 кВ в точке подключения мощных ТП; б) уменьшение загрузки сетевого трансформатора 110/10 кВ и снижение активных потерь в элементах питающей сети от перетоков реактивной мощности и высших гармоник.

На рис. 20 приведены кривые токов и напряжений на секции 10 кВ при работе двух тиристорных преобразователей в исходной схеме (а) и в схеме с фильтрами 5-ой, 11-ой и 13-ой гармоник (б). Процентное содержание отдель-

ных гармоник в сетевом напряжении показано в табл. 4. В схеме с фильтрами коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения не превышает 0,82 %, а содержание отдельных гармоник находится в пределах 0,03 -0,05 % (рис. 20, б), что соответствует требованиям ГОСТ.

Рис. 20. Кривые изменения линейных токов и напряжений И;. в исходной схеме (а) и с фильтрами (б)

Таблица 4

Состав высших гармоник в сетевом напряжении 10 кВ

Углы управ. Состав высших гармоник в %

5 7 11 13 23 25 29 31 35 37

а =80° 0,36 0,31 8,9 7,75 1,67 0,73 0,15 0,25 2,54 2,56

а =50° 0,12 0,22 5,88 4,29 2,32 2,53 0,25 0,19 0,63 0,46

сред, знач. 0,24 0,27 7,39 6,02 2,00 1,63 0,20 0,22 1,585 1,51

Суммарное снижение потерь мощности от воздействий ТП на установленное электрооборудование определяется тремя составляющими: потерями от реактивной мощности др потерями от высших гармоник АРВГ> потерями в самих компенсирующих устройствах Др

АРг - АРв + АРВГ - АРКУ

При этом не учитывается вероятность снижения аварийных ситуаций, происходящих по причине отключения сетевого трансформатора из-за перегрузки. Такие ситуации возникают в результате наложения токов отдельных клетей главных приводов при захвате металла.

При непрерывном повышении стоимости энергоресурсов на 20-25% в год (в январе 2005 г. стоимость электроэнергии была в три раза ниже Сэл = 440 руб./тыс. кВт-ч) и снижении цен на силовые тиристоры, вопрос об установке компенсирующих устройств является экономически оправданным. Однако в существующей экономической ситуации принято решение о промышленном исполнении разработанной системы АРВ СД, внедрение которой не требует капитальных затрат. Данная система внедрена и находится в эксплуатации на стане 2000 ОАО «ММК».

Результаты промышленного внедрения усовершенствованных режимов работы статического тиристорного компенсатора сверхмощной ДСП-ISO ОАО «ММК».

В результате расширения диапазонов регулирования реактивной мощности тиристорного компенсатора обеспечивается генерация реактивной мощности в питающую сеть. Такой режим приводит к снижению потерь не только в самом комплексе «ДСП-СТК», но и в линиях, соединяющих Магнитогорский энергоузел с внешними энергосистемами. Повышение напряжения на высокой стороне печного трансформатора при соответствующей настройке системы перемещения электродов обеспечивает увеличение мощности, вводимой в печь, и способствует повышению производительности ДСП. Режим потребления реактивной мощности позволяет, наоборот, кратковременно снизить питающее напряжение, что благоприятно сказывается на условиях включения печного трансформатора без нагрузки.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили работоспособность предложенных режимов и показали их эффективность.

При исследовании возможностей СТК фиксировались уставки регулятора реактивной мощности в диапазоне от -10 до + 30 Мвар. Напряжение на шинах 35 кВ при этом изменялось в пределах (-2,2% )^(+3%) от исходного уровня. Режим потребления реактивной мощности СТК при QMJ = 50 Мвар приводит к уменьшению бросков тока печного трансформатора при включении без нагрузки по максимальной амплитуде на 45% (2,4/1,65), а в среднем на 25% (рис. 21).

Разработанные усовершенствованные режимы комплекса «ДСП-СТК» внедрены в электросталеплавильном цехе ОАО «ММК». В ходе экспериментов подтверждены их техническая реализуемость и высокая технико-экономическая эффективность. Суммарный годовой экономический эффект за счет снижения потерь электрической энергии без учета повышения производительности ДСП составляет более 700 тыс. рублей. Данный эффект достигается за счет изменения алгоритмов управления, т.е. без дополнительных капитальных затрат.

Результаты промышленного внедрения усовершенствованной системы регулирования возбуждения синхронного двигателя турбокомпрессора кислородной станции М'5.

Экономический эффект от внедрения разработанной системы автоматического регулирования возбуждения определяется снижением потерь электрической энергии в синхронном двигателе. На рис. 22 представлены кривые изменения потерь мощности в СД при работе с нагрузкой ft - 0,1; 1,0 (в таком диапазоне изменяется нагрузка турбокомпрессора). При расчете суммарных потерь мощности (ZAP) в СД учитывались потери в статоре и цепи возбуждения.

Напряжение на шине 35 кВ ПС-4 ОАО «ММЮ»

ил,о.е.......

0.57

01»л1=ОМваР

£/„«=1,05о.е. : :

J_

I

, Напряжение на шине 35 кВ ПС-4 ОАО «ММК»

U „ое- - • 'л г«.'.

= 'yAU-^-O,Обо., j : &«-+50M»p

U4

1.0«

"t

и,»,, =J,05o.eJ

tit

ТТ

i

i I_i_i_L

_1_

J

100

300

-1.5 -2.0 -2.5

150 200

a)

Линейные токи на первичной стороне трансформатора

'дсп

1.5

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 (,С

В)

Линейные токи на первичной стороне трансформатора

11,77.

■W5

1,74

' 0;74

. "А5..

'1,52 : ,

1,75 :

(1,8

2,4

';1СП.0е:.—

U5 1

:l,H ,

U''

.1.5. .:'|т< .

; 11,75 :.¿.

б)

100 150 200 250 300 350 «О 450 500 1,с

Г)

Рис. 21. Включение печного трансформатора без нагрузки при исходных условиях (а и б) и пониженном напряжении (в и г)

50 100 150 200 250 lf А

Рис. 22. Кривые изменения потерь мощности в СД До установки регулятора ток возбуждения 1 f был постоянным, равным 260 А. При условии, что турбокомпрессор 10% времени находится в режиме

холостого хода, а остальное время работает с номинальной нагрузкой, экономия электроэнергии за год для одного турбокомпрессора составляет:

Ээл = Т,{АРа - Д/|0)+ Т2(АРЬ ~ АР0 ] )=558,6 тыс. кВт-ч, где ДРо =452 кВт, ДРь = 340 кВт, А/| 0 =380 кВт, Д/>л = 190 кВт-потери мощности в СД определяются из графика на рис. 22; 7| - время работы под нагрузкой; Т2 - время работы в режиме холостого хода.

Расчет экономии электроэнергии выполнен для одного турбокомпрессора, на котором установлена усовершенствованная система АРВ. Всего на кислородной станции работает 10 подобных машин.

Полученные результаты могут быть использованы при наладке существующих систем АРВ СД металлургического и горнорудного производств, а также при разработке новых систем АРВ СД.

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на ОАО «ММК» превышает 7,6 млн. кВт-ч/год, что составляет в денежном выражении более 10 млн. руб./год. Результаты рекомендуются для промышленного внедрения на аналогичных металлургических предприятиях, имеющих в своем составе ДСП, прокатные станы и сетевые синхронные двигатели, таких как ОАО «Северсталь», ОАО «НЛМК», а также средних металлургических предприятиях (г. Новотроицк, г. Челябинск, г. Новокузнецк и др.). Результаты диссертационной работы будут способствовать инновационному развитию металлургической отрасли России и успешной модернизации действующих предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе поставлена и решена актуальная научно-техническая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке и промышленном внедрении совокупности научно обоснованных технических решений и режимов компенсирующих устройств для энергоемких электротехнических комплексов предприятий черной металлургии, позволяющих снизить электропотребление и обеспечить значительную экономию электрической энергии.

В работе получены следующие основные научные результаты:

1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования воздействия тиристорных электроприводов клетей чистовой группы широкополосного стана 2000 и сверхмощной ДСП-180 на питающую сеть. Показано, что основные показатели электромагнитной совместимости превышают нормы, допустимые стандартом ГОСТ 13109-97. Так, для стана 2000 отклонения напряжения на секциях шин 10 кВ составляют 7-10 %, несинусоидальность превышает 15% при нормативных значениях - 5%, дефицит реактивной мощности более 50 Мвар, что приводит к дополнительным потерям электри-

ческой энергии. Для ДСП-180 показатели качества электроэнергии в точке общего присоединения не превышают допустимых даже при неполном составе фильтрокомпенсирующих цепей, что создает предпосылки для генерирования избытка реактивной мощности в питающую сеть.

2. Предложен способ и разработана система автоматического управления реактивной мощностью, согласно которым осуществляются ступенчатое изменение мощности батарей статических конденсаторов и последующая плавная подстройка за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя.

3. Предложен и реализован алгоритм регулирования, согласно которому батареи конденсаторов компенсируют условно постоянную составляющую реактивной мощности, а её колебания при изменении нагрузок отдельных клетей устраняются за счет управления током возбуждения СД, работающего в режиме дополнительного регулятора.

4. Разработаны способ и система АРВ СД с переменной структурой, обеспечивающие регулирование активной составляющей тока статора при наличии нагрузки и регулирование реактивной составляющей в режиме холостого хода. Реализация способа обеспечивает динамическую устойчивость СД при ударном приложении нагрузки при одновременном использовании его компенсирующей способности.

5. Предложены алгоритм и разработана система управления реактивной мощностью КБ из условий, что максимальные расчетные мощности компенсирующих устройств по каждой секции 10 кВ составляют 18 Мвар, с дискре-той регулирования 3 Мвар, равной предельной мощности, генерируемой СД. Разработана и реализована система управления тиристорным ключом, обеспечивающая безтоковую коммутацию конденсаторных батарей.

6. Предложены новые усовершенствованные режимы работы статического тиристорного компенсатора сверхмощной ДСП, позволяющие при генерировании реактивной мощности снизить общие активные потери в комплексе «ДСП-СТК» и повысить производительность дуговой печи, а в режиме потребления реактивной мощности - понизить напряжение и за счет этого снизить броски тока печного трансформатора при включении.

7. Разработана математическая модель комплекса «ДСП-СТК», позволяющая в полном объеме проводить исследования динамических и статических режимов СТК, в том числе при аварийных и несимметричных режимах работы дуговой печи. Математическая модель отличается от известных тем, что учитывает особенности работы системы управления электрическим режимом ДСП, включая САР перемещения электродов, а также учитывает случайные процессы горения дуг.

8. Предложена методика оценки несимметричных режимов ДСП и их влияния на резервы генерации избыточной реактивной мощности СТК при различных технологических режимах дуговой печи.

9. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность снижения бросков тока при включении печного трансформатора за

счет перевода СТК на момент включения в режим потребления реактивной мощности из питающей сети и, как следствие, кратковременному снижению напряжения на высокой стороне трансформатора.

10. Разработана система параметрического управления синхронным двигателем, реализующая способ, обеспечивающий поддержание cos<pCß= 1

независимо от режима нагрузки. Система имеет наиболее простую структуру и более высокое быстродействие по сравнению с известными системами автоматического регулирования возбуждения.

11. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы на ОАО «ММК» превышает 7,6 млн.-кВтч/год, что составляет в денежном выражении более 10 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК РОССИИ

1. Корнилов Г.П., Николаев A.A., Якимов И.А. Перспективы и средства повышения эффективности дуговых сталеплавильных печей за счет силового электрооборудования // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2009. Вып. II. № 15(148).-С. 32-38.

2. Управление реактивной мощностью в системах электроснабжения с мощными тиристорными преобразователями прокатных станов / Г.П. Корнилов, А.Н. Ше-метов, Т.Р. Храмшин и др. // Промышленная энергетика. 2008. № 1. - С. 39-44.

3. Современные способы компенсации реактивной мощности крупных металлургических приводов / Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, А.Н. Шеметов и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. № 1. - С. 28-31.

4. Корнилов Г.П., Семенов Е.А., Хабиров P.P. Определение компенсирующей способности синхронных двигателей с учётом влияния питающей сети // Изв. вузов. Электромеханика. 2007. № 5. - С. 72-73.

5. Средства и перспективы управления реактивной мощностью крупного металлургического предприятия / Г.П. Корнилов, A.A. Николаев, А.Ю. Коваленко и др. // Электротехника. 2008. № 5. - С. 25-32.

6. Системы векторного регулирования возбуждения синхронного двигателя / Корнилов Г.П., Лазоренко A.C., Храмшин Т.Р. и др. // Изв. вузов. Электромеханика, 2004. № 2. - С. 28-31.

7. Способы управления электрическим режимом электродуговых печей / Ю.П. Журавлев, Г.П. Корнилов, A.A. Николаев и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2006. №4.-С. 76-81.

8. Управление тепловым и электрическим режимами агрегата печь-ковш / Е.Б. Агапитов, Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин и др. // Электрометаллургия. 2006. №6. -С. 11-16.

9. Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Осипов A.B. Современные проблемы электромагнитной совместимости в системах электроснабжения с резкопеременными и нелинейными нагрузками // Изв. вузов Электромеханика. 2006. № 4. - С. 89-93

10. Федоров A.A., Корнилов Г.П. Повышение технико-экономических показателей вентильных преобразователей постоянного тока // Промышленная энергетика. 1977.№11.-С. 46-48.

11. Селиванов И.А., Чурсин П.И., Корнилов Г.П. Реализация принципа подчиненного регулирования на электроприводе непрерывного стана с электронным регулятором скорости // Изв. вузов Электромеханика. 1977. №4. - С. 451-454.

12. Федоров A.A., Корнилов Г.П. О качестве электроэнергии и её эффективном использовании // Промышленная энергетика. 1978. №11. - С. 27-29.

13. Федоров A.A., Клецкий Н.И., Корнилов Г.П. Выбор источников реактивной мощности на основе технико-экономических расчетов // Промышленная энергетика. 1979. № 10. - С. 20-22.

14. Федоров A.A., Корнилов Г.П. О применении компенсирующих устройств в системах электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками // Электричество. 1980. Ks 7.- С. 64-67.

15. Повышение эффективности работы сверхмощной дуговой сталеплавильной печи / Г.П. Корнилов, A.A. Николаев, Т.Р. Храмшин и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. №1. - С. 55-60.

16. Корнилов Г.П., Сорокин А.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения с мощными вентильными преобразователями Ч Промышленная энергетика. 1983. № 9. - С. 30-32.

17. Федоров A.A., Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Улучшение энергетических показателей электропривода в системе двухзонного регулирования частоты вращения // Изв. вузов. Энергетика. 1983. № 9. - С. 29—33.

18. Корнилов Г.П., Пережигин Е.А., Шурыгина Г.В. Система управления быстродействующим тиристорным ключом для регулирования мощности конденсаторных батарей // Промышленная энергетика. 1985. № 1. — С. 52-54.

19. Корнилов Г.П., Карандаев A.C., Шурыгина Г.В. Исследование автоматизированного электропривода постоянного тока с компенсированным преобразователем // Электротехника. 1985. № 12. - С. 32-35.

20. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В. Динамика изменения реактивной мощности вентильных преобразователей постоянного тока // Промышленная энергетика. 1986. № 7. - С. 46-49.

21. Корнилов Г.П. Анализ электропотребления некоторых автоматизированных приводов постоянного тока // Промышленная энергетика. 1988. № 7. - С. 33-35.

22. Корнилов Г.П., Карандаев A.C., Шурыгина Г.В. Оптимальное регулирование возбуждения синхронного двигателя // Промышленная энергетика, 1990. № 8. -С. 24-25.

23. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В., Самохин Ю.А. Управление возбуждением синхронного двигателя преобразовательного агрегата с резко переменной нагрузкой // Промышленная энергетика, 1990, №3. - С. 24-26.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА И ПАТЕНТЫ

24. A.C. СССР № 892634. Устройство для управления возбуждением электродвигателя постоянного тока. / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, В.И. Кос-матов и др. Опубл. в Б .И. № 47, 1981, МКИ Н02Р5/06.

25. A.C. СССР № 970615. Электропривод клети прокатного стана / A.C. Ка-рандаев, Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов и др. Опубл. в Б.И. №40, 1982, МКИ Н02Р5/06.

26. A.C. СССР № 904098. Устройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя / A.C. Карандаев, Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов и др. Опубл. в Б.И. № 5, 1982, МКИ H02J3/18.

27. А.С, СССР № 1069065. Устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев. Опубл. в Б.И. № 3, 1984, МКИ H02J3/18.

28. A.C. СССР № 1070643. Устройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, И.А. Селиванов. Опубл. в Б.И. № 4, 1984, МКИ H02J3/18.

29. A.C. СССР № 1087905. Устройство для измерения реактивной мощности вентильного преобразователя / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев. Опубл. в Б.И. № 15,1984, МКИШШЗ/18.

30. A.C. СССР № 1339862. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев. Опубл. в Б.И. №35, 1987, МКИ Н02Р7/36.

31. A.C. СССР № 1451828. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Г.В. Шурыгина Опубл. в Б.И. №2, 1989, МКИ Н02Р7/36.

32. A.C. СССР № 1487145. Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов, Г.В. Шурыгина, и др. Опубл. в Б.И. №22, 1989, МКИ, Н02Р9/14.

33. A.C. СССР № 1624658. Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Г.В. Шурыгина, и др. Опубл. В Б.И. №4, 1991, МКИ Н02Р9/14.

34. A.C. СССР №1663728. Устройство для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя / Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов, A.C. Карандаев. Опубл. в Б.И. №26, 1991, МКИН02Р9/14.

35. Патент РФ на полезную модель. RU №57398. F04D 27/00. Схема регулирования воздушных центробежных компрессоров с электрическим приводом на кислородных станциях низкого давления / Е.Б. Агапитов, Г.П. Корнилов, Е.А. Семенов и др. Опубликован в БИПМ, 2006. №28.

36. Патент РФ на полезную модель. RU 84646 U1. Н02Р 9/14. Устройство автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя прокатного стана / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Т.Р. Храмшин, и др. Опубликован в БИПМ, 2009. №19.

37. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610145. Прикладной компонент программы структурного моделирования динамических систем Simulink 6 для сбора информации с АЦП устройства Е14-140 фирмы L-CARD в режиме реального времени / Д.В. Романов, М.Ф. Мигранов, Г.П. Корнилов и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ

ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». -№2005612853; заявл. 3.11.05; зарегистр. 10.01.06.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ В ДРУГИХ ЖУРНАЛАХ, СБОРНИКАХ НАУЧНЫХ ТРУДОВ, МАТЕРИАЛАХ МЕЖДУНАРОДНЫХ, ВСЕРОССИЙСКИХ НАУЧНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ

38. Experimental Investigation of Dependence of Power Quality from the Operation Mode of the Ultra High-Power Electric Arc Furnace [Электронный ресурс] / Kornilov G.P., Nikolaev A.A., Khramshin T.R., Shemetov A.N. // Compatibility in Power Electronics (CPE '07): Сб. тр. международной науч. конф. Gdansk (Poland), 2007. С. 1-4. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp7tp =&arnumber=4296496&isnumber =4296485 (дата обращения: 10.09.2009).

39. Корнилов Г.П., Николаев A.A., Храмшин Т.Р. Математическая модель комплекса дуговая сталеплавильная печь - статический компенсатор реактивной мощности. Ч. 1. // Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях Российской Федерации: Сб. докл. второй междунар. конф. по КИС. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - С. 278-286.

40. Корнилов Г.П., Николаев A.A., Храмшин Т.Р. Способы моделирования электрического контура дуговой сталеплавильной печи // Энергетика и энергоэффективные технологии: Сб. докл. по итогам научно-технической конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ. - Липецк: ГОУ ВПО «ЛГТУ». 2006. -С. 34-41.

41. Расчет и анализ потерь в статическом компенсаторе реактивной мощности дуговой сталеплавильной печи ОАО «ММК» / Г.П. Корнилов, A.A. Николаев, Т.Р. Храмшин и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». 2008. Вып. 15. -С. 238-247.

42. Статическое моделирование режимов электропотребления дуговой сталеплавильной печи / Корнилов Г.П., Николаев A.A., Шеметов А.Н., Кузнецов Е.А. // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2008. - С. 148-153.

43. Журавлев Ю.П., Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Анализ способов компенсации реактивной мощности тиристорных электроприводов прокатного стана // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Труды II Всероссийской науч.-техн. конф. с междунар. участием. Ч. 2. -Тольятти: ТГУ. 2007. - С. 232-236.

44. Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Журавлев Ю.П. Компенсация реактивной мощности в системах промышленного электроснабжения с мощными вентильными преобразователями постоянного тока // Труды V Международной (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (АЭП-2007). - Санкт-Петербург, 2007. - С. 505-507.

45. Журавлев Ю.П., Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Исследование гармонического состава напряжения и тока на шинах 10 кВ широкополосного стана горячей прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2007. № 2. - С.65-68.

46. Быстродействующая система автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя в функции активной составляющей тока статора / Е.А. Семенов, Ю.П. Журавлев, Д.Ф. Хамитов и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. трудов. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. Вып.14. - С. 243-247.

47. Модель управления реактивной мощностью в системах электроснабжения с вентильными преобразователями прокатных станов / Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, А.Н. Шеметов и др. // Создание и внедрение корпоративных информационных систем на промышленных предприятиях Российской Федерации: Труды 2-ой Междунар. науч.-техн. конф. - Магнитогорск, 2007. - С. 232-237.

48. Разработка структуры автоматизированной подсистемы управления компенсацией реактивной мощности в системах электроснабжения с вентильными преобразователями / Г.П. Корнилов, А.Н. Шеметов, Ю.П. Журавлев и др. // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. научн. тр.-Красноярск, 2008. -С. 141-147.

49. Анализ системы возбуждения мощных синхронных двигателей металлургических приводов / Е. А. Семенов, Т.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин и др. // Сб. труд. XIII Междунар. науч.-техн. конф. электропривода переменного тока» «ЭППТ-05». - Екатеринбург, 2005. - С. 286-288.

50. Основные направления модернизации систем управления синхронных двигателей / Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин., Г.В. Шурыгина; Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (АЭП-2004). - Магнитогорск, 2004. - С. 124-126.

51. Перспективы внедрения статкомов для мощных тиристорных преобразователей прокатных станов / Ю.П. Журавлев, Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин и др. // Сб. труд. I Междунар. науч.-практ. конф. «Интехмет-2008». — Санкт-Петербург, 2008. - С. 162-165.

Подписано в печать 22.04.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 2,00. Тираж 100 экз. Заказ 315.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОЕМКИХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ. СПОСОБЫ ИХ УЛУЧШЕНИЯ.

1.1. Обоснование применения компенсирующих устройств для повышения эффективности мощных электротехнических комплексов.:.

1.2. Анализ энергетических показателей тиристорных электроприводов прокатных станов.

1.2.1. Характеристика узла нагрузки широкополосного стана 2000 горячей прокатки.

1.2.2. Анализ причин ухудшения энергетических показателей тиристорных электроприводов прокатных станов.

1.3. Классификация компенсирующих устройств для тиристорных электроприводов прокатных станов.

1.4. Характеристика технологических и электрических режимов сверхмощной дуговой сталеплавильной печи.

1.4.1. Описание комплекса «ДСП-СТК».

1.4.2. Характеритстика технологического процесса ДСП.

1.4.3. Особенности электрических режимов.

1.5. Теоретические основы компенсации реактивной мощности ДСП с учетом несимметричных режимов.

1.6. Анализ систем автоматического регулирования СТК сверхмощных ДСП.

1.7. Выводы и постановка задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.

2.1. Анализ нормативных показателей качества электрической энергии.

2.2. Расчет параметров электромагнитной совместимости тиристорных преобразователей.

22.1. Расчет высших гармоник тока и несинусоидальности питающего напряжения при работе тиристорных преобразователей.

2.2.2. Расчет изменений напряжения питающей сети при работе тиристорных преобразователей.

2.3. Экспериментальные исследования энергетических показателей электроприводов и качества напряжения на шинах 10 кВ стана 2000.

2.3.1. Обоснование методов исследований.

2.3.2. Анализ графиков электрических нагрузок на шинах 10 кВ.

2.3.3. Эспериментальные исследования показателей качества электроэнергии на шинах 10 кВ.

2.4. Экспериментальные исследования режимов работы комплекса «ДСП-СТК».

2.4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований комплекса «ДСП-СТК».

2.4.2. Исследование энергетических режимов работы ДСП-180.

2.4.3. Исследование параметров электромагнитной совместимости ДСП на шинах 35 и 220 кВ.

ВЫВОДЫ.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

3.1. Математическая модель синхронного двигателя.

3.2. Разработка модели узла нагрузки секции 10 кВ прокатного стана.

3.3. Разработка математической модели комплекса «ДСП-СТК».

3.3.1. Анализ способов моделирования электрической дуги i-переменного тока.

3.3.2. Математическая модель печного трансформатора.

3.3.3. Математическая модель гидропривода перемещения электродов.

3.3.4. Математическая модель тиристорно-реакторной группы.

3.3.5. Модель системы управления электрическим режимом.

3.3.6. Модель системы автоматического регулирования СТК.

3.3.7. Формирование случайных возмущений в модели ДСП.

3.4. Проверка адекватности разработанных математических моделей.

ВЫВОДЫ.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

4.1. Исследование компенсированных тиристорных преобразователей.

4.1.1. Анализ схем включения компенсирующих устройств

4.1.2. Расчет конденсаторов.

4.1.3. Влияние конденсаторов на работу тиристорных преобразователей.

4.1.4. Оценка динамических показателей компенсированных ТП.

4.2. Разработка системы управления реактивной мощностью непрерывного прокатного стана.

4.2.1. Структурная схема системы компенсации реактивной мощности.

4.2.2. Управление реактивной мощностью конденсаторных батарей.

4.3. Исследование динамических показателей системы автоматического управления реактивной мощностью.

ВЫВОДЫ.

5. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОЩНЫХ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

5.1. Исследование компенсирующей способности синхронных двигателей.

5.2. Расчет тока возбуждения синхронного двигателя с учетом технологических режимов прокатки.

5.3. Разработка системы управления возбуждением СД с переключающейся структурой.

5.4. Исследование синхронного двигателя на модели.

5.5. Способ регулирования возбуждения СД, обеспечивающий минимум суммарных электрических потерь.

5.6. Расчет оптимального режима возбуждения синхронного двигателя по минимуму потерь.

ВЫВОДЫ.

6. УПРАВЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ СТАТИЧЕСКОГО ТИРИСТОРНОГО КОМПЕНСАТОРА СВЕРХМОЩНОЙ ДСП.

6.1. Классификция и анализ несимметричных режимов ДСП-180.

6.2. Разработка методики оценки генерирующей способности СТК.

6.3. Расчет основных энергетических показателей комплекса «ДСП-СТК» при генерации реактивной мощности в питающую сеть.

6.3.1. Оценка уровней напряжения на шинах 35 и 220 кВ.

6.3.2. Исследование гармонического состава токов и напряжений на шинах 35 кВ.

6.3.3. Оценка активных потерь в элементах комплекса «ДСП-СТК».

6.3.4. Оценка дозы фликера на шинах 35 кВ.

6.4. Разработка способа снижения потерь в элементах ДСП-180 при генерации реактивной мощности в питающую сеть.

6.5. Разработка способа снижения броска тока при включении печного трансформатора на холостом ходу.

6.6. Влияние генерирующей способности СТК на потери электроэнергии в сетях Магнитогорского энергоузла.

ВЫВОДЫ.

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИ-ЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМИ РЕЖИ-МАМИ РАБОТЫ И КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

7.1. Экспериментальные исследования усовершенствованных режимов работы статического тиристорного компенсатора сверхмощной ДСП.

7.1.1. Исследование СТК в режиме генерации реактивной мощности.

7.1.2. Исследование СТК в режиме потребления реактивной мощности.

7.1.3. Расчет технико-экономических показателей от внедрения результатов работы.

7.2. Оценка технико-экономической эффективности внедрения компенсирующих устройств непрерывного стана горячей прокатки.

7.2.1. Расчет дополнительных потерь активной мощности, вызванных несинусоидальностыо напряжения.

7.2.2. Расчет активных потерь от перетоков реактивной мощности.

7.3. Промышленные испытания системы параметрического управления для мощных синхронных двигателей и оценка технико-экономической эффективности.

ВЫВОДЫ.

Энергосбережение - эффективное использование энергоресурсов, в том числе и электрической энергии, является одним из приоритетных направлений развития современной экономики как у нас в стране, так и за рубежом. На принятие действенных мер, обеспечивающих эффективное электропотребление, направлены обращения и Указы Президента России, в частности, принятый недавно Федеральный закон 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности.» от 23.11.2009. Острота проблемы обусловлена непрерывно возрастающим потреблением невосполнимого углеводородного сырья и увеличением стоимости электроэнергии, производимой на его основе. За последние десятилетия эта величина удваивалась каждые пять лет.

Неоднократно отмечалось, что наиболее заметные результаты эффективного электропотребления могут быть достигнуты при разумном использовании всех имеющихся резервов, особенно энергоемких и мощных потребителей. Такие приемники сосредоточены, в частности, на предприятиях черной металлургии - отрасли, которая является одной из наиболее энергоемких в народном хозяйстве страны. Металлургические предприятия потребляют более 18% электрической энергии, вырабатываемой в России. В России на сегодняшний день успешно функционируют три крупнейших металлургических комбината: ОАО «ММК» (г. Магнитогорск), ОАО «НЛМК» (г. Липецк) и ОАО «Северсталь» (г. Череповец), - на долю которых приходится около 50 % производимой в стране стали, а также более 20 средних металлургических предприятий. С переходом на рыночные отношения составляющая энергозатрат в себестоимости металлопродукции выросла более чем в три раза с 10-12% до 35-40% [1]. Десятилетия неэффективного использования энергоресурсов создали огромный потенциал энергосбережения.

Крупные электротехнические комплексы черной металлургии, в первую очередь, - это тиристорные электроприводы прокатных станов, сверхмощные дуговые сталеплавильные печи (ДСП), как приемники электрической энергии, характеризуются нелинейной и несимметричной нагрузкой с резкопеременными характером ее изменения. Их суммарная установленная мощность в масштабах отдельного предприятия весьма значительна и составляет не менее половины всей потребляемой мощности. При эксплуатации таких электротехнических комплексов наиболее актуальными являются три проблемы:

- во-первых, сокращение величины удельных энергозатрат на единицу готовой продукции при сохранении ее качественных характеристик;

- во-вторых, сохранение заданной производительности комплекса при изменении его технологических и электрических параметров в широком диапазоне;

- в-третьих, соблюдение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) потребителей с питающей сетью, что стало особенно актуально в последние годы в связи с массовым использованием мощных электроприемников с нелинейными вольтамперными характеристиками.

Наиболее эффективными мероприятиями, обеспечивающими снижение потребления электроэнергии приемниками черной металлургии, являются повышение её качества и компенсация реактивной мощности. С увеличением протяженности электрических сетей и установленной мощности приемников существенно возросли потери электроэнергии при ее транспортировке. Во внутризаводских сетях среднего напряжения (35-110 кВ) они достигают 10-, 15 % от передаваемой мощности. Значительная часть этих потерь вызвана перетоками реактивной мощности, что свидетельствует о низкой степени её компенсации в месте потребления. Существующие показатели отечественных предприятий - 0,2-0,3 квар на один кВт установленной мощности электростанций, значительно уступают аналогичным показателям в промышленно развитых странах, где степень компенсации превышает 0,6 квар/кВт, а в отдельных энергосистемах достигает 1 квар/кВт.

Высшие гармоники в кривой питающего напряжения вызывают дополнительные потери в силовом электрооборудовании, подключенном на общие шины с нелинейной нагрузкой. Набросы мощности являются причиной отклонений и колебаний напряжения в узле нагрузки. С учетом того, что суммарное индуктивное сопротивление от источника до приемника значительно превы I I шает активное, во внимание принимают изменение реактивной мощности (реактивного тока) нагрузки.

Наиболее экономичными источниками реактивной мощности являются батареи статических конденсаторов. Их установка в электрических сетях позволяет снизить величину генерирующей мощности генераторов собственных электростанций, уменьшить потери электроэнергии в сетях, а также регулировать уровни напряжения. Наличие высших гармоник и резкопеременный характер нагрузки накладывают определенные ограничения на непосредственную установку конденсаторов в сети.

Во-первых, между конденсаторами и питающей сетью возможно возникновение резонанса тока на одной из гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой, с разрушительными последствиями для самих конденсаторов; поэтому их включают, как правило, в составе фильтров высших гармоник, так называемых фильтрокомпенсирующих устройствах - ФКУ.

Во-вторых, применение нерегулируемых конденсаторных батарей даже в составе ФКУ не устраняет колебаний и несимметрии напряжения при резкопе-ременной и несимметричной нагрузке.

Накопившиеся проблемы компенсации реактивной мощности приобрели особую актуальность в электроснабжении мощных тиристорных электроприводов прокатных станов в связи с интенсификацией производства и освоением новых профилей прокатки, в частности, толстолистовой трубной заготовки повышенной прочности, которая характеризуется высокими обжатиями в клетях и низкой скоростью прокатки. При этом тиристорные преобразователи главных электроприводов работают в глубоко зарегулированном режиме с низким коэффициентом мощности (соБф ~ 0,3-0,4). Это значит, что реактивная мощность, потребляемая преобразователем на основной частоте, в 2-3 раза (и более), превышает активную нагрузку.

В соответствии с директивными материалами правительства РФ, регламентирующими коммерческие отношения предприятий с внешней энергосистемой, установлено нормативное значение коэффициента реактивной мощности tgcp = 0,5) для сетей напряжением 110 kB и выше. Существующие соотношения сальдовых поставок реактивной и активной мощностей из энергосистемы для металлургических предприятий, как правило, не выполняются и значение коэффициента реактивной мощности обычно больше нормативного. Одной из причин сложившейся ситуации является недоиспользование установленных источников реактивной мощности.

В этой связи актуальной и практически значимой является задача повышения коэффициента использования всех установленных компенсирующих устройств металлургического комплекса. Это относится, в первую очередь, к статическим тиристорным компенсаторам сверхмощных ДСП, а также мощным синхронным турбодвигателям кислородных и компрессорных станций.

Вопросам улучшения энергетических показателей мощных нелинейных электроприёмников и непосредственно разработке компенсирующих устройств посвящены работы многих отечественных научных школ, а также известных ученых в области электроэнергетики и энергосбережения. Наиболее значимые результаты в данном направлении были достигнуты в Московском энергетическом институте (Техническом университете) под руководством В.А. Веникова, A.A. Федорова, JT.A Жукова, Ю.К. Розанова, Южно-Уральском государственном университете (A.B. Баев, Ю.И. Хохлов). Известны разработки компенсирующих устройств отраслевых проектных институтов ВНИПИ «Тяжпромэлек-тропроект» (под руководством Я.Ю. Солодухо ), ВЭИ (JI.A. Добрусин, А.Г. Павлович, В.А. Чванов), ОАО «Электропривод» (Ю.В. Шевырёв), ВНИИЭ (О.П. Кочкин, В.И. Нечаев), Исследования по оценке воздействий ДСП на питающую сеть и способам их уменьшения нашли отражения в трудах Кучумова JI.A., Рубцова В.П., Минеева А.Р., Вагина Г.Я., Салтыкова В.М., Жежеленко И.В., L. Gyugyi, N.G. Hingorani:

Следует признать, в литературе до настоящего времени не сформулирован системный подход к оценке роли компенсирующих устройств в обеспечении рационального функционирования крупного металлургического предприятия с уникальными потребителями мощностью 100 МВт и выше и собственными генерирующими станциями; не содержится достаточно сведений о широком промышленном внедрении регулируемых компенсирующих устройств, например, для тиристорных электроприводов прокатных станов, с использованием установленных и работающих синхронных двигателей, не рассмотрены вопросы повышения эффективности использования компенсирующих устройств уникальных электротехнических комплексов (сверхмощных ДСП) и оценке технико-экономические показателей подобных комплексов, с учётом режимов работы компенсирующих устройств.

Решению отмеченных проблем посвящены исследования и разработки, обобщённые в диссертации и определяющие её сущность и актуальность.

Цель работы - разработка и внедрение научно обоснованных технических решений, обеспечивающих снижение электропотребления и повышение качества электроэнергии энергоёмких электротехнических комплексов металлургических предприятий за счёт эффективного использования регулируемых компенсирующих устройств.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены еле-' дующие задачи:

1. Анализ основных причин, как технологического, так и электрического ; характера снижения энергетических показателей основных электротехнических комплексов металлургического производства.

2. Экспериментальные исследования воздействий мощных электроприёмников с нелинейными характеристиками на питающую сеть, расчёт показателей электромагнитной совместимости.

3. Исследование компенсированных тиристорных преобразователей постоянного тока и разработка системы управления реактивной мощностью мощных электроприводов прокатных станов на основе конденсаторных батарей, управляемых тиристорными ключами и синхронного двигателя с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

4. Разработка математических моделей основных электротехнических комплексов, их адаптация к конкретным условиям металлургического производства с учётом технологии. Использование аппарата математической статистики и теории вероятности для формирования случайных возмущений при моделировании ДСП.

5. Обоснование рациональных диапазонов изменения реактивной мощности (в режиме генерации и потребления) статического тиристорного компенсатора ДСП. Исследование влияния новых режимов на энергетические параметры печи и показатели электромагнитной совместимости комплекса «ДСП — СТК» с питающей сетью.

6. Разработка способа снижения бросков тока при включении печного трансформатора за счёт снижения напряжения путём кратковременного перевода компенсатора в режим потребления реактивной мощности.

7. Разработка систем АРВ с переменной структурой для мощных синхронных двигателей с ударной нагрузкой, обеспечивающих демпфирование качаний ротора за счёт регулирования активной составляющей тока статора и генерирование реактивной мощности в режиме холостого хода.

8. Экспериментальное исследование разработанных положений, их апробация и внедрение полученных результатов.

Содержание работы изложено в семи главах:

В первой главе выполнен анализ энергетических показателей основных электротехнических комплексов металлургических предприятий. На основе патентного и литературного обзора рассмотрены основные типы компенсирующих устройств, предназначенных для улучшения показателей электромагнитной совместимости в точке общего присоединения и дана их классификация. Сформулированы критерии оптимизации для выбора компенсирующих устройств мощных тиристорных электроприводов и дуговых сталеплавильных печей.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований показателей электромагнитной совместимости мощных электротехнических комплексов и питающей сети. Отмечено, что основные показатели качества электроэнергии при работе главных электроприводов стана горячей прокатки существенно превышают допустимые нормы. Для сверхмощных ДСП показатели качества в точке общего присоединения не выходят за пределы допустимых значений. Результаты эксперимента подтвердили наличие существенного запаса установленной мощности статического тиристорного компенсатора, которая в настоящее время не используется.

В третьей главе приведены математические модели основных электротехнических комплексов металлургического производства: синхронного двигателя и тиристорного преобразователя электропривода прокатного стана 2000 с двухзонным зависимым регулированием скорости, математическая модель комплекса «дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор». Моделирование электрического контура ДСП выполнено с учетом нелинейных свойств дуг переменного тока на различных стадиях плавки. В главе дан анализ известных способов математического описания дуги, который позволил выбрать модель, наиболее адекватно отражающую реальные процессы.

В четвертой главе приведены результаты исследований тиристорных электроприводов прокатного стана с двумя схемами подключения конденсаторов: компенсированных преобразователей с конденсаторами на вентильной обмотке и системой управления реактивной мощностью в составе конденсаторных батарей, управляемых тиристорными ключами и синхронного двигателя с системой автоматического регулирования возбуждения.

В пятой главе рассмотрены способы и средства повышения эффективности мощных синхронных двигателей, работающих со спокойной и ударной нагрузкой. В первом случае предложен и реализован способ параметрического задания возбуждения, при котором коэффициент мощности поддерживается на оптимальном уровне, равном единице. Во втором случае предложена схема с переключающееся структурой, которая улучшает демпфирование качания ротора при набросе нагрузки и обеспечивает генерацию реактивной мощности на холостом ходу.

В шестой главе рассмотрены возможности и резервы статического тиристорного компенсатора реактивной мощности сверхмощной ДСП с учётом несимметричных режимов. Предложены новые усовершенствованные режимы работы статического тиристорного компенсатора дуговой сталеплавильной печи (ДСП-180), позволяющие генерировать избыточную реактивную мощность в питающую сеть, снизить общие активные потери в комплексе «ДСП-СТК», повысить производительность дуговой печи. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность снижения бросков тока при включении печного трансформатора за счет перевода СТК на момент включения в режим потребления реактивной мощности из питающей сети, и как следствие, кратковременному снижению напряжения на высокой стороне трансформатора.

В седьмой главе приведены результаты экспериментальных исследований электротехнических комплексов с внедрением разработанных мероприятий. Показано, что суммарное снижение потерь от внедрения результатов работы превышает 7,6 млн. кВт-ч, что составляет в денежном выражении около 10 млн. руб. в год.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований мощных электротехнических комплексов металлургического производства с нелинейной резкопере-менной нагрузкой и оценка показателей электромагнитной совместимости этих комплексов на примере ОАО «ММК».

2. Способ автоматического управления реактивной мощностью и улучшения гармонического состава тока и напряжения в узле нагрузки широкополосного стана горячей прокатки.

3. Способы автоматического регулирования возбуждения СД с ударной и спокойной нагрузкой.

4. Усовершенствованный режим работы СТК сверхмощной ДСП с изменяющейся уставкой на реактивную мощность.

5. Математическая модель комплекса «ДСП-СТК».

6. Методика определения генерирующей способности СТК при несимметричных режимах ДСП.

7. Способ снижения бросков тока при включении печного трансформатора на холостом ходу за счет перевода СТК в режим потребления реактивной мощности.

8. Способ снижения потерь активной мощности в электрическом контуре

ДСП.

Результаты рекомендуются для практического внедрения на аналогичных металлургических предприятиях, имеющих в своем составе сверхмощные ДСП, прокатные станы и сетевые синхронные двигатели — это крупные металлургические предприятия в городах Череповце (ОАО «Северсталь»), Липецке (ОАО «НЛМК»), и других (г. Новотроицк, г. Новокузнецк, г. Комсомольск-на-Амуре).

Основное содержание диссертационной работы изложено в 51 печатном труде, в том числе 23 статьи в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ по направлению «Энергетика», 14 авторских свидетельств и патентов.

Автор выражает глубокую благодарность проф. Селиванову И.А., проф. Карандаеву A.C., проф. Бигееву В.А., а также своим ближайшим помощникам — ученикам Николаеву A.A., Якимову И.А., коллективам кафедр электротехники и электротехнических систем, электроснабжения промышленных предприятий ГОУ ВПО МГТУ им. Г.И. Носова. Особая благодарность работникам ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» - Журавлеву Ю.П., Головину В.В., Николаеву H.A., Кузнецову Е.А., Осипову 0.3., Коваленко Ю.П. за помощь и поддержку при выполнении настоящей работы.

ВЫВОДЫ

1. Проведены экспериментальные исследования новых режимов работы СТК сверхмощной ДСП с осциллографированием электрических сигналов: напряжения, реактивной мощности и тока печного трансформатора на шинах 35 кВ. В результате обработки осциллограмм зафиксировано: а) перевод СТК в режим генерации реактивной мощности сопровождается повышением напряжения на уровне 2,2 - 3 %, что не выходит за рамки допустимых пределов; б) перевод СТК в режим потребления реактивной мощности снижает напряжение на 5 %, что благоприятно сказывается на условиях включения печного трансформатора и приводит к уменьшению бросков тока в среднем на 25 %. Результаты экспериментальных исследований подтвердили работоспособность предложенных усовершенствованных режимов и показали их эффективность.

2. Технико-экономический эффект от внедрения результатов работы определяется снижением потерь активной мощности в комплексе «ДСП-СТК», увеличением ресурсов работы печного трансформатора и фильтрокомпенси-рующих цепей, а также увеличением производительности ДСП за счет повышения мощности, водимой в печь. Ожидаемая величина экономического эффекта составляет более 700 тыс. руб. в год.

3. Внедрение системы компенсации реактивной мощности на широкополосном стане горячей прокатки 2000 ОАО «ММК» обеспечивает снижение активных потерь от перетоков реактивной мощности, от высших гармоник и, как следствие, стабильную работу основного и вспомогательного оборудования, подключенного в общем узле нагрузки на шинах 10 кВ.

4. Системы параметрического регулирования возбуждения СД со спокойной нагрузкой обеспечивают режим работы с постоянным коэффициентом мощности, равным единице, что соответствует условию минимума суммарных активных потерь в двигателе и вспомогательном оборудовании (возбудитель с трансформатором и питающие линии).

5. Суммарная годовая экономия электроэнергии для трех электротехнических комплексов - «ДСП-СТК», широкополосный стан горячей прокатки 2000, синхронные турбодвигатели кислородной станции №5 от внедрения разработанных систем и режимов составляет более 7,6 млн. кВт-ч электроэнергии, что при нынешнем уровне цен соответствует 10 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования воздействия тиристорных электроприводов клетей чистовой группы широкополосного стана 2000 и сверхмощной ДСП-180 на питающую сеть. Показано, что основные показатели электромагнитной совместимости превышают нормы, допустимые стандартом ГОСТ 13109-97; для стана 2000 отклонения напряжения на секциях шин 10 кВ составляют 7—10 %, несинусоидальность превышает 15% при нормативных значениях - 5%, дефицит реактивной мощности более 90 Мвар, что приводит к дополнительным потерям электрической энергии; для ДСП-180 показатели качества электроэнергии в точке общего присоединения не превышают допустимых даже при неполном составе фильтрокомпенсирующих цепей, что создает предпосылки для генерирования избытка реактивной в питающую сеть.

2. Предложен способ и разработана система автоматического управления реактивной мощностью, обеспечивающая ступенчатое изменение мощности батарей статических конденсаторов и последующую плавную подстройку за счет автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя, при этом батареи конденсаторов компенсируют условно постоянную составляющую реактивной мощности, а её колебания при изменении нагрузок отдельных клетей устраняются за счет управления током возбуждения СД, работающего в режиме дополнительного регулятора.

3. Разработаны способ и система АРВ СД с переменной структурой, обеспечивающие регулирование активной составляющей тока статора при наличии нагрузки и регулирование реактивной составляющей в режиме холостого хода. Реализация способа обеспечивает динамическую устойчивость СД при ударном приложении нагрузки при одновременном использовании, его компенсирующей способности.

4. Предложены алгоритм и разработана система управления реактивной мощностью КБ из условий, что максимальные расчетные мощности КУ по каждой секции 10 кВ составляют 18 Мвар, с дискретой регулирования 3 Мвар, равной предельной мощности, генерируемой СД. Разработана и реализована система управления тиристорным ключом, обеспечивающая безтоковую коммутацию конденсаторных батарей.

5. Предложены новые усовершенствованные режимы работы статического тиристорного компенсатора дуговой сталеплавильной печи (ДСП-180), позволяющие генерировать избыточную реактивную мощность в питающую сеть, снизить общие активные потери в комплексе «ДСП-СТК», повысить производительность дуговой печи и снизить броски тока печного трансформатора при включении.

6. Разработана математическая модель комплекса «ДСП-СТК», позволяющая в полном объеме проводить исследования динамических и статических режимов СТК, в том числе при аварийных и несимметричных режимах работы дуговой печи. Математическая модель отличается от известных тем, что учитывает особенности работы системы управления электрическим режимом ДСП, включая САР перемещения электродов, а также учитывает случайные процессы горения дуг.

7. Предложена методика оценки несимметричных режимов ДСП и их влияние на резервы генерации избыточной реактивной мощности СТК при различных технологических режимах дуговой печи.

8. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность снижения бросков тока при включении печного трансформатора за счет перевода СТК на момент включения в режим потребления реактивной мощности из питающей сети, и как следствие, кратковременному снижению напряжения на высокой стороне трансформатора.

9. Разработана система параметрического управления синхронным двигателем, реализующая способ, обеспечивающий поддержание созсрсд =1 независимо от режима нагрузки. Система имеет наиболее простую структуру и более высокое быстродействие по сравнению с известными трехконтурными' системами автоматического регулирования возбуждения.

10. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы на ОАО «ММК» составляет более 7,6 млн. кВт-ч/год, что составляет в денежном выражении около 10 млн. руб. в год.

1. Никифоров Г.В., Олейников В.К., Заславец Б.И. Энергосбережение и управление энергопотреблением в металлургическом производстве. — М.: Энергоатомиздат, 2003.- 480 с.

2. Горнов В.К., Рабинович В.Б., Вишневецкий JI.M. Унифицированные системы автоуправления электроприводом в металлургии.- М.: Машиностроение, 1971.- 215 с. ил.

3. Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е., Пистрак М.Я., Слежановский О.В.- М.: Энергия, 1970.- 200 с.

4. Корнилов Г.П. Улучшение энергетических показателей электроприводов с двухзонным зависимым регулированием скорости. В сб. Энергетика и автоматика, Магнитогорск.- 1975, № 154.- С. 18-20.

5. Солодухо Я.Ю. О влиянии вентильного электропривода на питающую сеть // Электротехника.- 1974, №10.- С. 35-38.

6. Глинтерник С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей.- JL: Наука, 1968.- 308 с.

7. Поссе A.B. Схемы и режимы электропередач постоянного тока.- JL: Энергия, 1973.- 303 с.

8. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В .И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, M.JI. Самовера. — М.: Энергоиздат, 1982 — 416 с.

9. Фотиев М.М., Шапиро 3.JI. Методы повышения коэффициента мощности вентильных электроприводов постоянного тока.- М.: Информэлектро, 1975.- 75 с.

10. A.C. СССР № 970615. Электропривод клети прокатного стана / Карандаев A.C., Корнилов Г.П., Селиванов И.А., Чигвинцев Н.С. Опубл. в Б.И. № 40, 1982, МКИ Н02Р5/06.

11. Шипилло В.П. Влияние тиристорного электропривода на питающую сеть //Электропривод.- 1970, № 1.- С. 3-7.

12. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий.-М.: Энергоатомиздат, 1987.- 337 с.

13. Федоров A.A., Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1981. - 360 с.

14. Солодухо Я.Ю., Еремеев В.Е., Красновский А.К. Методы расчёта на ЭВМ электромагнитной совместимости мощных тиристорных электроприводов и электроснабжающих сетей // Электротехника.- 1989, №7.- С. 36-40.

15. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. Учебное пособие.- СПБ.: Корона, 2001.- 320 с.

16. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б. Исследование режимов работы мощных статических компенсаторов на металлургических предприятиях с дуговыми печами // Промышленная энергетика. №12. 1991.С. 32-42.

17. Лапшин И.В. Автоматизация дуговых печей. М.: МГУ, 2004. 166 с.

18. Тельный С.И. К теории трехфазной дуговой печи с непроводящей подиной // Электричество. 1954. №12. С. 38 42.

19. Егупов Н. Д., Пупков К. А., Баркин А. И. Методы классической и современной теории автоматического управления: В 5 тт: Т. 2: Статистическая динамика и идентификация систем автоматического управления. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2004 г. 638 с.

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

21. Журавлёв Ю.П., Корнилов Г.П., Карандаев А.С. Исследование гармонического состава напряжения и тока на шинах 10 кВ широкополосного стана горячей прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2007, №2.- С. 65-68.

22. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий.- М.: НЦ ЭНАС., 2002.- 247 с.

23. Солодухо Я.Ю. Состояние и перспективы внедрения в электропривод статических компенсаторов реактивной мощности. Статические компенсаторы реактивной мощности ведущих зарубежных фирм и отечественных предприятий.- М.: Информэлектро, 1982,- 66 с.

24. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей группы Исследовательского Комитета №38 СИГРЭ/ Под ред. Карташёва И.И.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 174 с.

25. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности/ Под ред. P.M. Матура: Пер. с англ.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 160 с.

26. Guygui L., Otto R.A., Putman Т.Н. Principles and applications of static, thyristor-controlled shunt compensators. // IEEE. Transaction on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-97. №5. 1978. P. 1935-1945.

27. Patent 4172234 United States, H 02 J 3/18. Static var generator compensating control circuit and method for using same / Laszlo Gyugyi; Michael B. Brennen; Thomas H. Putman Filed: Feb.23, 1978; Date of Patent: Oct. 23, 1979.

28. Перспективы внедрения Статкомов для мощных теристорных преобразователей прокатных станов текст. / Журавлёв Ю.П., Корнилов

29. Г.П., Храмшин Т.Р., Мурзиков А.А. // Сб. труд. 1-ой Международной научно- практической конференции «Интехмет- 2008»- СПб, 2008.- С. 162-165.

30. Мисриханов М.Ш., Ситников В.Ф., Шаров Ю.В. Модальный синтез регуляторов энергосистемы на основе устройств FACTS // Электротехника.- 2007, №10.- С. 22-29.

31. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях // Веников В.А., Жуков Л.А., Карташёв И.И., Рыжов Ю.П. М.: Энергия, 1975.- 136с.

32. Рябчицкий М.В. Регулятор качества электроэнергии на базе активного фильтра // Электротехника.- 2000, №7.- С. 37-41.

33. Жуков Л.А., Карташёв И.И., Рыжов Ю.П. Дискретное быстродействующее регулирование мощности батарей статических конденсаторов с помощью тиристорных выключателей // Электричество.- 1977, №7.- С. 68-71.

34. Бакута В.П., Копырин B.C. Автоматизированное управление реактивной мощностью в узле нагрузки системы электроснабжения предприятия // Промышленная энергетика.- 2002, №5,- С. 54-57.

35. Теоретические основы электротехники: В 3-х томах. Т.1 / К.С. Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В. Коровкин и др. СПб.: Питер, 2004.

36. А.С. 1091273 (СССР). Н 02 J 3/18. Регулятор статического компенсатора / Кене Ю.А., Варецкий Ю.Е. Опубл. в Б.И. №17. 1984.

37. Patent 6333863 United States, Н 02 J 3/18. Method and a device for compensation of the consumption of reactive power by an industrial load / Lennart Wernersson Filed: May. 29, 2003; Date of Patent: Jan. 6, 2004.

38. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока.- Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980.- 256 с.

39. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование элементов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.- Екатеринбург.: Урал. от. РАН, 2000.- 654 с.

40. Вагин Г.Я. Построение систем электроснабжения промышленных предприятий с учетом электромагнитной совместимости электроприемников // Промышленная энергетика.- 2005, №2.- С. 38-43.

41. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.- М.: Изд-во стандартов, 1997.

42. ГОСТ Р 51317.4.15-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Технические требования и методы испытаний // М.: Изд-во стандартов. 1999.

43. Нечаев О.П. Оценка колебаний напряжения и определение мощности фликеркомпенсатора // Электротехника.- 1990, №9.- С. 71-73.

44. Современные проблемы электромагнитной совместимости в системах электроснабжения с резкопеременными и нелинейными нагрузками / Г.П. Корнилов, А.Н. Шеметов, A.B. Осипов // Изв. вузов Электромеханика. 2006. №4. С. 89-93.

45. Параметры дугового разряда и их влияние на эффективность работы электротехнологических установок / Рубцов В.П., Дмитриев И.Ю., Минеев А.Р. // Электричество. № 8. 2000. С. 40-45.

46. Казаков O.A. О вольт-амперной характеристике дугового разряда переменного тока// Электричество. № 8. 1995. С. 49-56.

47. Минеев А.Р. Энергосберегающая статистическая и динамическая оптимизация параметров и структур компьютеризированных электроприводов ( на примере электрических печей) // Электротехника. № 10. 1998. С. 15-22.

48. Игнатов И.И., Хаинсон A.B. Математическое моделирование электрических режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. № 8: 1985. С. 69-72.

49. Игнатов И.И., Хаинсон A.B. Расчет электрических параметров и режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. № 8. 1983. С. 62-65.

50. Разинцев В.И. Электрогидравлические усилители мощности. М: Машиностроение. 1980. 120 с.

51. Басков С.Н. Разработка и исследование автоматизированных электроприводов черновой клети толстолистового стана в режимах регулируемого формоизменения прокатываемого металла: Дис. . канд. техн. наук : 05.09.03 М., 1999.

52. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат. 2001. 697 с.

53. Кучумов JI.A. Вопросы компенсации реактивной мощности на подстанциях с резкопеременной нагрузкой. Труды Ленинградского политехнического института, 1975, вып. 340.- С. 56-62.

54. Фёдоров A.A., Корнилов Г.П. О применении компенсирующих устройств в системах электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками // Электричество.- 1980, №7.- С. 64-67.

55. Управление реактивной мощностью в системах электроснабжения с мощными тиристорными преобразователями прокатных станов / Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Храмшин Т.Р., Журавлёв Ю.П., Семёнов Е.А. // Промышленная энергетика.- 2008, №1.- С. 39-44.

56. Современные способы компенсации реактивной мощности крупных металлургических приводов / Корнилов Г.П., Храмшин Т.Р., Шеметов А.Н., Журавлёв Ю.П., Мурзиков A.A. // Изв. вузов. Электромеханика.-2009, №1,- С. 28-31.

57. Першин Ю.С., Першина Л.М. Расчёт оптимального режима работы синхронного двигателя // Электричество.- 1981, №9.- С. 30-33.

58. Першина JI.M., Першин Ю.С. Расчет тока возбуждения и потерь в синхронных машинах в зависимости от характера нагрузки // Электричество.- 1978, №3.- С. 57-62.

59. Корнилов Г.П., Пережигин Е.А., Шурыгина Г.В. Система управления быстродействующим тиристорным ключом для регулирования мощности конденсаторных батарей // Промышленная энергетика.- 1975, №1.- С. 5254.

60. Исследование автоматизированного электропривода постоянного тока с компенсированным преобразователем / Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Г.В. Шурыгина // Электротехника. 1985. № 12. С.32-35.

61. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В. Динамика изменения реактивной мощности вентильных преобразователей постоянного тока // Промышленная энергетика, 1986, №7 С. 46-49.

62. Добрусин Л.А. Автоматизация расчёта гармоник в электрических сетях, питающих преобразователи // Промышленная энергетика.- 2003, №4.- С. 44-49.

63. Добрусин Л.А. Автоматизация расчёта фильтрокомпенсирующих устройств для электрических сетей, питающих преобразователи // Промышленная энергетика.- 2004, №5.- С. 34-39.

64. Абрамович Б.Н., Круглый АА. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей Л.: Энергоатомиздаг, 1983. -167 с.

65. Корнилов Г.П., Хабиров Р.Р., Семенов Е.А. Определение компенсирующей способности синхронных двигателей с учётом влияния питающей сети // Изв. вузов. Электромеханика.- 2007, №5.- С. 72-73.

66. Гендельман Б.Р., Вайнтруб О.Ш., Швецов А.И. Управление мощными синхронными двигателями с тиристорным возбуждением и автоматическим регулированием // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод.- 1973, №5.

67. Гендельман Б.Р., Вайнтруб О.Ш., Швецов А.И. Применение синхронных двигателей в металлургическом электроприводе // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. М.: Информэлектро. 1970, №5 -С. 81-87.

68. Вайнтбург О.Ш., Вейнгер А.М., Гендельман Б.Р. Система управления синхронным двигателем с подчинённой структурой регулирования // Электричество.- 1975, №4.

69. A.C. СССР № 1339862. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата, /Т.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Г.В. Шурыгина и др. Опубл. в Б.И. №35, 1987, МКИ Н02Р7/36.

70. A.C. СССР № 1451828. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата /, Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев, Г.В. Шурыгина Опубл. в Б.И. №2, 1989, МКИ Н02Р7/36.

71. Патент РФ на полезную модель. RU 84646 Ul. Н02Р 9/14. Устройство автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя прокатного стана / Корнилов Г.П., Карандаев A.C., Храмшин Т.Р., Журавлев Ю.П. и др. Опубликован в БИПМ, 2009. №19.

72. Фомин Д.В. Разработка тиристорного электропривода с автоматическим регулированием возбуждения с улучшенными динамическими характеристиками. Автореф. дисс. канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2003. -20 с.

73. Корнилов Г.П., Карандаев А.С., Шурыгина Г.В. Оптимальное регулирование возбуждения синхронного двигателя // Промышленная энергетика, 1990, №8. С. 24-25.

74. Системы векторного регулирования возбуждения синхронного двигателя / Г.П. Корнилов, А.С. Лазоренко, Т.Р. Храмшин, Г.В. Шурыгина //Изв. вузов. Электромеханика. 2004, №2. — С. 28—31.

75. Орел О.А. Оптимизация режимов работы синхронного двигателя по критерию минимума электромагнитных потерь // Электричество. — 1988, №3. С. 75-76.

76. Jones L. D., Black Well D. Energy saver power factor controller for synchronous motors // IEEE Transactions on Power Apparatus and System. — 1983, №5.

77. A.C. СССР №1663728. Устройство для автоматического регулирования' тока возбуждения синхронного двигателя / Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов, Г.В.Шурыгина, А.С. Карандаев. Опубл. в Б.И. №26, 1991, МКИН02Р9/14.

78. Интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. Т. В. Тарабрина. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528 с.

79. Расчет и анализ потерь в статическом компенсаторе реактивной мощности дуговой сталеплавильной печи ОАО "ММК" / Корнилов Г.П., Николаев

80. Повышение эффективности работы сверхмощной дуговой сталеплавильной печи / Корнилов Г.П., Николаев A.A., Храмшин Т.Р., Шеметов А.Н, Якимов. И.А. // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. №1. С. 55-60.

81. Thyristor aidarcfurnace economy.-Electrical review, 1983, vol. 213, №11, p 28-29.-Эксперсс-информация, Электротехника / Преобразовательная техника, аппараты низкого напряжения. 1984. №3. С. 3-5.

82. Способы управления электрическим режимом электродуговых печей / Журавлев Ю. П., Корнилов Г. П., Храмшин Т. Р., Николаев А. А., Агапитов Е. Б. // Изв. вузов. Электромеханика. 2006. №4. С.76 81.

83. Железко Ю.С., Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 224 с.

84. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость технических средств в электрических сетях. Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ». 1999. - 392 с.

85. Фёдоров A.A., Корнилов Г.П. Повышение технико-экономических показателей вентильных преобразователей постоянного тока // Промышленная энергетика.- 1977, № 11.- С. 46-48.

86. Корнилов Г.П. Анализ электропотребления некоторых автоматизированных приводов постоянного тока // Промышленная энергетика. 1988. № 7. С.33-35.

87. Федоров A.A., Корнилов Г.П. О качестве электроэнергии и ее эффективном использовании // Промышленная энергетика. 1978. №11. С.27-29.

88. ПО.Выбор источников реактивной мощности на основе технико-экономических расчетов / A.A. Федоров, Н.И. Клецкий, Г.П. Корнилов // Промышленная энергетика. 1979. № 10. С.20-22.

89. Ш.Корнилов Г.П., Сорокин А.И., Качество электроэнергии в системах электроснабжения с мощными вентильными преобразователями // Промышленная энергетика. 1983. № 9. С.30-32.

90. А.С. СССР № 892634. Устройство для управления возбуждением электродвигателя постоянного тока. / Корнилов Г.П., Карандаев A.C., Косматов В.И. и др. Опубл. в Б.И. № 47, 1981, МКИ Н02Р5/06.

91. А.С. СССР № 904098. Устройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя / Карандаев A.C., Корнилов Г.П., Селиванов И.А. и др. Опубл. в Б.И. № 5, 1982, МКИ H02J3/18.

92. И 4.A.C. СССР № 1069065. Устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя / Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Опубл. в Б.И. № 3, 1984, МКИ H02J3/18.

93. A.C. СССР № 1070643. Устройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя / Корнилов Г.П., Карандаев A.C., Селиванов И.А. Опубл. в Б.И. № 4, 1984, МКИ H02J3/18.

94. А.С. СССР № 1087905. Устройство для измерения реактивной мощности вентильного преобразователя / Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Опубл. в Б.И. № 15, 1984, МКИ H02J3/18.

95. А.С. СССР № 1487145. Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.В. Шурыгина, Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов и др. Опубл. в Б.И. №22, 1989, МКИ, Н02Р9/14.

96. A.C. СССР № 1624658. Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата / Г.В. Шурыгина, Г.П. Корнилов, A.C. Карандаев и др. Опубл. В Б.И. №4, 1991, МКИН02Р9/14.

97. Выдолоб Ю.Ф. Работа мостовой схемы выпрямления в неуправляемом режиме при параллельном включении конденсаторов. В сб. Труды Киевского политехнического института. Изд. Киевского университета. Киев, 1963, том 14.- С. 20-32.

98. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей группы Исследовательского Комитета №38 СИГРЭ/ Под ред. Карташёва И.И.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 174 с.

99. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности/ Под ред. P.M. Матура: Пер. с англ.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 160 с.

100. Журавлёв Ю.П., Корнилов Г.П., Карандаев A.C. Анализ способов компенсации реактивной мощности тиристорных электроприводов прокатного стана // Тольяттинский государственный университет.- 2007, часть 1.-С. 232-236.

101. Вейнгер A.M., Янко-Триницкий A.A. Критерии качества автоматического регулирования возбуждения крупных синхронных двигателей.- Инструктивные указания Тяжпромэлектропроект, Энергия.-1967, №7,- С. 3-6.

102. Силовая электротехника и качество электроэнергии / Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк A.A., Гринберг Р.П. // Электротехника.- 2002, №2.- С. 16-23.

103. Шевырёв Ю.В. Динамические процессы в электромеханических системах соизмеримой мощности с фильтрокомпенсирующими устройствами // Электротехника.- 2007, №12.- С. 24-30.

104. Координированное противоаварийное управление нагрузкой и устройствами FACTS / Воропай Н.И., Этингов П.В., Удалов A.C., Жермон А., Шеркави Р. // Электричество.- 2005, №10.- С. 25-37.

105. Розанов Ю.К. О мощностях в цепях переменного и постоянного токов // Электричество.- 2009, №4.- С. 32-36.

106. Смирнов С.С. Метод оценки вклада мощной искажающей нагрузки в коэффициенты высших гармоник напряжения сети высокого напряжения // Электричество.- 2008, №8.- С. 28-39.

107. Способ инструментального выявления источников искажения напряжения и их влияние на качество электроэнергетики / Карташёв И.И., Пономаренко И.С., Сыромятинков С.Ю., Гук JI.JI. // Электричество.- 2001, №3.

108. Смирнов С.С. Метод определения фактического вклада сети и потребления в коэффициенты высших гармоник напряжения // Электричество, 2005, №10.

109. Гамазин С.И., Петрович В.А., Никифорова В.Н. Определение фактического вклада потребителя в искажение параметров качества электрической энергии // Промышленная энергетика, 2003, №1.

110. МО.Средства и перспективы управления реактивной мощностью крупного металлургического предприятия / Корнилов Г. П., Николаев А. А., Коваленко А.Ю., Кузнецов Е. А. // Электротехника. 2008. №5. С. 25-32.

111. Жохов Б. Д. Компенсация реактивной мощности в сетях с электродуговыми печами // Промышленная энергетика. №11. 1994. С.39-45.

112. Николаев A.A., Емалеева Н.Г., Якимов И.А. Сравнительный анализ показателей качества электрической энергии в промышленности // Электротехнические системы и комплексы: межвузовский сб. науч. тр. Вып. 15. Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ". 2008. С.252-258.

113. Бедин М., Романо М. Дуговая печь с питанием через насыщающийся реактор // Электрометаллургия. 2004. № 4. С. 15 20.

114. Нб.Матросов А.П., Миронов Ю.М. Компьютерное моделирование процессов в электрических цепях дуговых печей // Электрометаллургия. №6.2006. С. 27-32.

115. У правление тепловым и электрическим режимами агрегата печь-ковш / Агапитов Е.Б., Корнилов Г.П., Храмшин Т.Р., Ерофеев М.М., Николаев A.A. // Электрометаллургия. 2006. №6. С. 11-16.

116. Hingorani N. G., Gyugyi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems // IEEE Press book. 2000. 432 p.

117. Нечаев О.П., Таратута И.П., Чуприков B.C. Электрические воздействия на оборудование статического тиристорного компенсатора на Молдавском металлургическом заводе // Электротехника. 1989. № 8.- С. 15-19.

118. Богуш А.Г. О "броске" намагничивающего тока при включении трансформатора //Электричество. 1957, №2. С. 38-40.

119. Влияние характеристик дуговых сталеплавильных печей на качество напряжения в системах электроснабжения / Салтыков В.М., Салтыков O.A., Салтыков A.B. // М.: Энергоатомиздат. 2006. 245.

120. Смирнов С.С. Метод оценки вклада мощной искажающей нагрузки в коэффициенты высших гармоник напряжения сети высокого напряжения //Электричество. 2008. №8.-С. 28-39.

121. Кучумов JI.A., Кузнецов A.A., Сапунов М.В. Вопросы измерения параметров электрических режимов и гармонических спектров в сетях с резкопеременной и нелинейной нагрузкой // Промышленная энергетика. 2005. №3. C44-48.

122. Карташёв И.И., Рыжов Ю.П. Способы и средства управления режимами электропотребления энергетических систем и качеством электроэнергии// Электричество.2007. №9. С20-25.

123. Экономия электроэнергии в дуговых сталеплавильных печах / Тулуевский Ю.Н., Зинуров И.Ю., Попов А.Н., Галян B.C. // М.: Энергоатомиздат. 1987. 104 с.

124. Ридингер Д., Бок М. Компьютерная программа для расчета мощности дуговых сталеплавильных печей и стабильности работы дуги // Черные металлы. 2002. № 2. С. 49-51.

125. Кнооп М., Кёлле 3. Расчет трехфазных дуговых печей с высоким реактансом и высоким напряжением // Черные металлы. 1996. № 11. С. 2021.

126. Чванов В.А., Абакумов П.Н. Стабилизатор сети переменного тока на основе статического источника реактивной мощности в режиме симметрирования нагрузки // Вестник ВНИИЭТО Серия "Преобразовательная техника", выпуск 4. 1977 г. С. 7-10.

127. Худяков В.В, Чванов В.А. Управляемый статический источник реактивной мощности // Электричество. №1.1969. С.29-35.

128. Абакумов П.Н., Чванов В.А. стабилизатор сети переменного тока на основе статического источника реактивной мощности // Электричество. №12. 1971. С. 61-65.

129. Thyristor-controlled reactors nonlinear and linear dynamic analytical models / Alves J.E.R., Luiz A. S. Pilotto, Edson Hirokazu W. // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 23, No. 1, January. 2008.

130. Чуприков B.C. Управление статическим тиристорным компенсатором для линий электропередач // Электричество. №4.1990. С.2-7.

131. Карандаев A.C. Энергосбережение приоритетное направление научных исследований энергетического факультета Магнитогорского государственного технического университета // Изв. вузов. Электромеханика, 2004. №2. - С. 5-10.

132. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / Под ред. В.Г. Лисиенко. -М.: Теплоэнергетик, 2002. 668 с.

133. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 2 / Под ред. В.Г. Лисиенко. — М.: Теплоэнергетик, 2002. — 768 с.

134. Абакумов A.M., Мигачева Л.А., Шварц Г.Р. Оптимальное управление реактивной мощностью синхронного двигателя при случайных возмущениях // Электричество, 1998, №6. - С.46 - 49.

135. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В., Самохин Ю.А. Управление возбуждением синхронного двигателя преобразовательного агрегата с резко переменной нагрузкой // Промышленная энергетика, 1990, №3. — С. 24-26.

136. Логинов С.И., Михайлов В.В. Всесоюзное совещание по автоматическому регулированию и системам возбуждения синхронных двигателей // Электричество, 1964, №7. С. 85 - 87.

137. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В. Перспективы использования синхронных двигателей на ОАО «ММК» // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып. 9. Магнитогорск: МГТУ, 2004. — С. 124-128.

138. Вершинин П.П., Хашпер П.Я. Применение синхронных электроприводов в металлургии. -М.: Металлургия, 1974. 271 с.

139. Корнилов Г.П., Шурыгина Г.В. Проблемы экономии электроэнергии в промышленных электроприводах. Деп. в ИНФОРМЭЛЕКТРО. Библ. Указатель ВИНИТИ, 1989, №7. - С. 152 - 175.

140. Вейнгер A.M., Янко-Триницкий A.A. Приближенный закон оптимального регулирования возбуждения крупных синхронных двигателей // Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок, 1968, №12. С. 7 - 12.

141. Глебов И.А., Логинов С.И. Системы возбуждения и регулирования синхронных двигателей. Л.: Энергия, 1972. - 113 с.

142. Корытин A.M., Бербенец И.И., Зимненко В.Т. Тиристорное возбуждение синхронных двигателей прокатных станов с автоматическим регулятором возбуждения // Электротехника. 1970, №2. С. 53 — 54.

143. Янко-Триницкий A.A. Новый метод анализа работы синхронных двигателей при резко переменных нагрузках. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958.

144. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

145. Даниленко В.Г., Николаев H.A., Коваленко А.Ю. Развитие электросетевого хозяйства ОАО «ММК» // Промышленная энергетика. 2008. №12. С.8-15.