电力系统储能技术——尹忠东老师(电弧炉负荷孤网运行案例)
浅析孤网运行控制策略 在印尼镍铁项目自备电厂中的应用
浅析孤网运行控制策略在印尼镍铁项目自备电厂中的应用
摘要：本文通过工程实例，介绍了镍铁矿热炉负荷特性及孤网运行控制策略在印尼孤网运行的镍铁项目配套自备电厂的应用，对今后处理同类机组具有一定的参考价值。
关键词：负荷特性；孤网运行；控制策略；镍铁冶炼
Application Research of The Control System in Indonesian Nickel Iron Captive Power Plants’ Isolated Electric Grid
Key word：Load characteristics；Isolated electric grid；Control system；Nickel Iron
前言1
随着中国不锈钢产量的逐年增长，国内镍铁合金市场原料供应十分紧缺，而印尼政府近年来积极鼓励外资企业对原矿进行就地深加工。中国企业投资印尼镍铁项目，符合我国一带一路的发展战略，同时将提高印尼当地人民的就业机会和促进当地经济发展。
（3）发电机及其励磁系统
发电机及其励磁系统应该能够按照0.85的功率因数，在输出额定有功和无功功率的情况下，长期稳定运行。并且能够在高负载的特殊运行方式下保持安全稳定。其励磁应选用高性能的产品，以满足电网无功调节的要求。励磁系统应具有外部通讯接口，以利用电网运行方式的分析和调整。
4.2电负荷平衡系统
先进储能技术在智能电网中的应用和展望
料的化学组成来看，又可分为无机 设备与公共电网的接入结构图如图 就成为了解决上述问题的有效手段
材料相变、有机相变材料和混合相 所示。
之一。
变材料等。相变储能在航空航天、
1. 抽水蓄能水电站
2. 钠硫电池
太阳能利用、采暖和空调、电力调
日、美、西欧等国家和地区在
储能技术是智能电网的核心技
峰、废热利用、跨季节储热和储 20世纪60～70年代进入抽水蓄能电 术之一， 钠硫电池是一种以金属
冷、食物保鲜、建筑节能、纺织服 站建设的高峰期，到目前为止，美 钠作为负极，硫作为正极，陶瓷管
装和农业等多个领域均有价值。
国和西欧经济发达国家抽水储能机 作为电解质隔膜的二次电池。在一
组容量占世界抽水蓄能电站总装 定的工作温度下，钠离子透过电解
智能电网技术
机容量55%以上，其中：美国约占 质隔膜与正极硫之间发生的可逆反
抽水储能电站储存能量的释放 时间可以从几小时到几天，综合效
表 储能技术研究及应用现状
储能类型
典型功率 典型能量
应用方向
抽水蓄能
100～2 000 MW
4～10 h 日负荷调节，频率控制和系统备用
机械储能
CAES
100～300 MW 6～20 h
Micro－CAES 10～50 MW 1～4 h
调峰发电厂，系统备用电源 调峰
控制的目的。根据相变的形式、相 节之一，可以对风电厂、光伏发电 济社会的发展和未来智能电网建设
变储能材料的不同可基本上分为四 站送出的电能进行储存进入稳定送 目标的实现，未来峰谷差还将进一
大类：固—固相变、固—液相变、 入电网，有效解决风能和太阳能发 步加大，调峰矛盾也就将越发明
电弧炉系统电弧模型的建立与参数辨识
电弧炉系统电弧模型的建立与参数辨识于丰;毛志忠【摘要】分析了电弧辐射散热规律,并在此基础上考虑炉温变化对电弧特性的影响,建立了电弧炉系统电弧模型.针对炉温难以测量的情况,将电弧随炉温变化的特性等效于电弧的时变性,研究了整个冶炼过程中模型参数的时变情况.在使用现场生产数据对模型参数进行辨识的过程中,针对模型中参数存在相关性的情况,使用基于样条变换的偏最小二乘方法对模型参数进行辨识.辨识结果表明,参数随时间的变化符合以前文献的研究结果以及现场情况,所建立的模型可以全面反映整个冶炼过程中的电弧特性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】4页(P178-181)【关键词】电弧模型;时变性;偏最小二乘回归;参数辨识【作者】于丰;毛志忠【作者单位】东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TF345.5一个准确的电弧炉电弧模型是模拟电弧特性及控制、优化电弧炉系统的基础，对炼钢质量的提高、成本的降低起着重要作用[1].在电弧炉冶炼过程中，尤其是炉内环境变化剧烈的穿井期和熔化期，电弧特性会随炉温的变化而改变，而现有电弧模型的研究[2-5]均未考虑电弧的这一特性；因此这些模型不能反映整个炼钢过程中电弧的时变特性，在电弧炉电能的优化及电极调节的控制等应用中，不能确保整个炼钢过程中模型的准确.鉴于此，本文在分析电弧炉电弧辐射散热的基础上，充分考虑炉温变化对电弧特性的影响，将电弧随炉温变化的特性等价于电弧的时变性，建立了电弧炉电弧模型，并采用基于样条变换的偏最小二乘辨识方法对现场数据进行拟合计算，得到各辨识参数序列在冶炼过程中的变化规律.所得结论与文献结果及现场经验相符，为模型的应用及其进一步研究提供依据.1 模型建立1.1 模型描述电弧炉系统中产生的电弧属于大电流电弧，其特性可以使用局部热平衡假设进行简化，即可以将电弧视为径向上温度不变，轴向上半径相等的圆柱形高温等离子体[6].对于交流电弧，电流交变性对电弧半径有效值产生的影响可以忽略[7].对于大电流电弧，其散失能量的90%以上是通过辐射散热完成的[8]，灰体与外界的辐射换热功率由下式计算：(1)式中：Q为辐射散热功率，W；ε为系统灰度；Sarc为电弧表面积，mm2；Tarc 为电弧温度，K；T为环境温度，即炉温，K.式(1)表达了电弧与电弧炉内的辐射换热情况，其中，表示电弧的辐射散热功率，表示炉内环境对电弧的辐射功率.由于Tarc≫T，炉内环境对电弧的辐射可以忽略.考虑到电弧温度轴向分布不同，沿轴向取dl(见图1)，可以得到单位弧长散失的辐射功率如式(2)所示：dQ散(2)式中：k1为常数；z∈(0，l)；l为弧长，mm；rarc为电弧半径，mm.图1 简化电弧模型Fig.1 Simplified arc model由于假设轴向半径不变，全部电弧辐射散热功率可以表示为Q散(3)根据积分中值定理可得Q散(4)式中z′为在(0，l)间的某个值.在电弧炉系统中，变量rarc，l，Tarc均无法测量，需要研究它们与可测变量间的关系.根据文献[9]使用探针法对高温大电流等离子体物理特性的研究结果，在大电流电弧中，电子温度与探针电流有如下近似关系：(5)式中：ne为电子密度，根据文献[10]可认为是常数；Te为电子温度，K；e为单个电子带电量；mi为离子质量，g；Sp为探针表面积，mm2；n为常数.当Sp=Sarc时，有Ip=Iarc，在局部热平衡假设条件下，有Te=Tarc[11]；因此可以认为式中：Iarc为电弧电流，A；β1和τ为模型参数.根据文献[12]对空气中自然燃炽的电弧半径的研究得出的结论，电弧半径与电弧电流有如下近似关系：(7)综合式(4)，式(6)和式(7)，可得Q散(8)式中k2为模型参数.对于电弧炉系统中产生的电弧，由于其散失能量的90%以上是通过辐射散热完成的，因此忽略其他散热方式，根据能量守恒，认为输入电能等于电弧辐射散热量，即(9)式中k3为模型参数.根据文献[13]对不同材料电极电弧伏安特性曲线的实验研究结果，在大电流碳钢电极电弧情况下，电弧伏安特性有如下近似关系：Uarc=a+bl.(10)式中：Uarc为电弧电压，V；a为电弧阴、阳极电压降，根据文献[14]可以认为a 为一常数，约为40 V；b为电弧压降梯度，V/mm，随炉温变化而变化.可以将式(9)改写为式中式(11)将电弧的辐射散热功率表达为以电弧电流和电压为自变量的函数.在电弧炉系统中，这些变量容易获得，为模型中参数k，a，β的辨识提供了方便条件. 1.2 炉内环境对电弧特性的影响在电弧炉冶炼过程中，炉内温度的变化对电弧特性产生一定影响.炉温的上升使电极发射电子及炉内气体电离化能力增强[15]，导致电弧电压梯度随着炉温的升高而减小.这种电弧梯度的变化体现在单位长度电弧电阻的变化上，即单位弧长的电阻不断减小.在目前建立的电弧模型中大都没有提及炉内温度变化对电弧特性的影响，这主要是由于冶炼过程中导致电弧特性变化的主要因素炉温难以测量，无法得到炉温与电弧特性变化的直接关系.为了研究炉温与电弧特性之间的关系，需要对电弧炉系统作适当假设，即由于电弧炉通常使用恒功率冶炼策略，可以近似认为炉内温度匀速升高.这一假设将电弧随炉温的变化特性等价于电弧的时变性，避免了炉温数据的缺失给研究带来的不便.基于此，可以将电弧特性随炉温的变化体现于模型参数随时间的变化上，即将式(11)改写为(12)相对于文献[2-5]，该模型将电弧视为可变负载，更加全面、真实地反映了电弧炉系统中电弧的特性.2 参数辨识为进一步研究电弧的时变特性，需要对模型中参数进行辨识，首先对电弧炉系统进行简单介绍.2.1 电弧炉供电系统在电弧炉系统中，将短网中软电缆、导电横臂及碳电极视为纯电阻，电弧视为耗电负载；考虑到短网自感，电弧炉供电系统单相主回路经过简化后等效为R-L电路，有(13)(14)式中：Up为变压器二次侧电压，V；Rd为短网电阻，Ω；Xd为短网电感，Ω；Pp为变压器二次侧输出功率，W.2.2 模型参数辨识在工业现场，可以得到的数据有变压器二次侧输出功率及电压Up、电流有效值Iarc；短网电阻、电感值可以通过设备手册查询；通过式(13)，(14)可以得到电弧电阻Uarc以及电弧功率Parc.使用数据Iarc，Uarc和Parc，可以辨识模型参数并研究电弧的时变性，对模型结构的合理性进行验证.对于参数辨识策略，由于参数存在时变性，不能使用批量算法对测量数据进行统一辨识；同时考虑到参数的慢时变性以及现场测量数据存在噪声，可以将辨识数据分成时间上等长的若干段，对每段内的数据进行一次参数辨识，由此得到一组辨识参数序列.通过观察各个参数序列的变化趋势研究温度变化对电弧特性的影响.由于自变量电弧电流、电压之间存在严重的相关性，使用最小二乘等仅以估计偏差和最小为目标的辨识方法不能得到正确反映炉温变化对电弧特性影响的参数辨识结果.偏最小二乘(PLS)方法在自变量中逐次提取综合成分，得到对因变量解释能力最强同时又最能概括自变量集合信息且彼此独立的综合变量，避免了电弧电流、电压之间因多重相关性对辨识结果造成的影响，因此本文使用该方法对模型参数进行辨识.式(12)为非线性表达式，不能直接使用PLS方法，先要对其进行处理.将式(12)两边取对数：lgParc=lgk(t)+β(t)lgIarc+lg(Uarc-a)，(15)可见，由于非线性项lg(Uarc-a)的存在，式(12)仍然无法转化成线性形式.令β(t)lgIarc=f(Iarc)，lg(Uarc-a)=g(Uarc)，lgk(t)=λ0，lgParc=y，有y=λ0+f(Iarc)+g(Uarc).(16)对于如式(16)所示的非线性函数辨识问题，采用基于样条变换的偏最小二乘方法，可以将f(Iarc)和g(Uarc)表达为光滑对接的分段样条函数：(17)(18)式中：γi为模型待定参数；Mi为样条函数段数；ξi为样条函数内节点；hi为样条函数宽度；i=I，U.选取Ω3为3次B样条函数.经过PLS方法进行参数辨识后，能得到满意的因变量拟合效果，同时还可以对式(17)和式(18)进行较好的还原，并得到参数λ0以及f(Iarc)和g(Uarc)两项的估计值.辨识参数估计值和使用最小二乘法即可.使用上述方法，选取3个炉次记录的数据对参数进行辨识.将每一炉次记录的数据按时间等分为100段，每段进行一次辨识计算.由此，三相交流电弧炉中A，B，C 相电极在每一炉次可以得到一组参数序列.限于篇幅，这里只给出1炉次辨识结果，如图2所示；各相电极功率拟合均方误差分别为0.010 56，0.013 47，0.024 90. 可见，随着时间的推移，参数k(t)和β(t)序列都表现出相同的变化趋势.根据文献[16-17]以及现场经验，电弧压降梯度b(t)随炉温升高而逐渐减小，其值在冶炼初期与末期相差近10倍.由于k(t)=k3/b(t)，k3为常数，从图中可见k(t)值逐渐增大，且变化范围与b(t)相同，亦约为10倍，符合文献结果及现场经验，体现了电弧压降梯度随炉温变化的特点；参数β(t)值逐渐降低，表明在冶炼初期，电流对电弧特性的影响要大于冶炼末期.参数a序列在40附近浮动，并没有随炉温变化而显著变化，符合文献[10]中a为常数以及在碳、钢电极下约为40的结论.拟合均方误差表明，该模型可以对原数据进行较好的拟合，验证了模型结构的合理性.图2 参数辨识结果Fig.2 Parameter identification r esults×—A相参数；●—B相参数；○—C相参数.3 结论本文建立了一种电弧炉系统中的电弧模型，该模型将炉温对电弧特性的影响体现在各待定参数随时间的变化上.通过使用适当的辨识方法得到的各参数随炉温变化的趋势及范围，完全符合文献结果及现场经验.对电弧功率的拟合结果表明了自变量选取及模型结构选择的合理性以及参数随炉温时变这一建模思路的可行性.该模型的建立更加全面地反映了电弧炉炼钢过程中的电弧特性，对电弧随炉温变化的现象有了更深入的了解.参考文献：[1] Zheng T，Makram E.An adaptive arc furnace model[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2000，15(3)：931-939.[2] Golshan M，Samet H.Updating stochastic model coefficients for prediction of arc furnace reactive power[J].Electric Power Systems Research，2009，79(7)：1114-1120.[3] Hauksdottir A S，Gestsson A，Vesteinsson A.Current control of a three-phase submerged arc ferrosilicon furnace[J].Control Engineering Practice，2002，10(4)：457-463.[4] Hocine L，Yacine D，Kamel B，et al.Improvement of electricalarc furnace operation with an appropriate model[J].Energy，2009，34(9)：1207-1214.[5] 刘小河.电弧炉电气系统的模型，谐波分析及电极调节系统自适应控制的研究[D].西安：西安理工大学，2000.(Liu Xiao-he.Research on model and harmonic analysis of arc furnace electric power system，and adaptive control of electrode regulator system of arc furna ce[D].Xi’an：Xi’an University of Technology，2000.)[6] Ramakrishnan S，Stokes A D，Lowke J J.An approximate model for high-current free-burning arcs[J].Journal of Physics D：Applied Physics，1978，11(16)：2267-2280.[7] Phillips R L.Theory of the non-stationary arc column[J].British Journal of Applied Physics，1967，18(1)：65-78.[8] Latham D J.A channel model for long arcs in air[J].Physics of Fluids，1980，23(8)：1710-1715.[9] Fanara C.Sweeping electrostatic probes in atmospheric pressure arc plasmas—part Ⅱ：temperature determination[J].IEEE Transactions on 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孤北热电厂直流系统免维护蓄电池充放电维护方法探讨
池 在 实际 运 行 中 ｄ现 的 １遵进 行 了分 析 探 讨 ， 根据 蓄 电池 工 作 原理 砭工 作 囊 际总 结 出一 套 运 行 及 维 护 经 验 ， 包括 对单 只 电池 采 取 盔线 ： 口 ． ］
充 电 、带 负荷放 电 及 核 对性 放 ｔ等 措 施 ．延 长 了电池 使 用寿 命 ．提 高 了运 行 可 ・ 乜 ｝ 生 关 键 词 免 维护 蓄 电池 １ 免 维 护 蓄 电 池 的工 作 原 理 直 流 系统 运 行 维护
ｊ 由琏 鼓 ｊ年第 职 １ ’３
技 术 创 新
பைடு நூலகம்
孤 北 热 电厂 直 系统 维 护 蓄 电池 充 放 电维 护 方 法 探 讨 流 免
孙 陈 清
ｆ ｌ石 化 胜 利 ｉＩ｜ 力 管 总 公 ＿ 孤 北 热 － Ｉ Ｉ ＩＵ 电 Ｉ 『 Ｊ 乜厂 Ｊ 摘 要 直 流 系统 被 称 为发 电厂 的 心 脏 ．是 保 证 发 电 厂 、 变 电站 稳 定安 全运 行 的 关键 本 文针 对孤 北 热 电 厂 直 流 系绳 免 维 护 蓄 电
川 Ｉ池 ．交流失电后Ｉ 乜 乜池瞬Ｍ放 电完毕 ，厂内电话通 Ｉ Ｈ中断 ，
免维护铅 酸蓄 也池¨Ｅ — Ｉ Ａ ＂Ｅ Ｙ） 卜 Ｉ 电解 液楚 ＡＤ ＡＣ Ｄ Ｂ Ｉ ’Ｒ ｔ 他Ｊ 的 Ｉ ｛
氯离子浓度最 高ｔ ｆ 硫酸溶液 ．￣ ｌ 硫酸液的比重大约 为ＪＩ ｃ ’ １ｉ ￣； Ｉｌ ｌ， ；ｉ ｌ ． ／ ｎ． ； ｌ． ｇ 不管是免维护的还是传统的蓄 池部使川此溶液 ｆ 免维护的 只不过是 Ｈ 吸满 硫酸 的石 材料代 替了原来的隔 饭 ，使得 活性 物质 不棒 易脱 ｛ 藩，他｝寿 命僻 以延长 ）． Ｉ Ｊ 极板为川铅做成的州状结构 ，在其上敷涂 化学反应 的活性物质 ，其中正极板的活性 物质为二氯化铅 ， ，负极 －ｖ ．加 ｉ ｔ 板的活性物质为海绵状 铅粉末 放电时正极扳二氧 化铅转化为硫酸铅 ，酸ｌ 的氧离子获得Ｉ 子转 Ｉ ｜ 乜 化为水，负极饭锚粉末也转化为硫酸铅 ．硫酸根 失去ｌ 予在负极产生 Ｕ 也子，也予在外Ｉ 路中产生｜ 流 ；充电时 与上述过程枉 反 ，硫酸铅转 山 也 １ 化 为』 有不Ｉ 能量状 态的二氧化钳和纯 铅，此 为铅酸蓄 ｌ池的工作原 毒 叫 乜
基于储能参与的电网连锁跳闸主动防控方法
基于储能参与的电网连锁跳闸主动防控方法余鹏飞;熊小伏;朱继忠;何祥桢;南东亮【期刊名称】《电力系统自动化》【年(卷),期】2024(48)1【摘要】新型电力系统中系统惯性降低及触发连锁跳闸风险因素的增多,使得防范连锁跳闸的重要性愈发凸显。
针对这一问题,提出一种融合储能的电网连锁跳闸抑制方法。
利用储能的快速响应特性,在潮流转移初期即投入储能调控电网潮流,可快速抑制导线温升,为后续水火电机组及其他慢速响应的备用电源参与调控赢得时间。
文中提出了基于网络动态最大电气介数、风险扫描和需量计算的“三要素法”储能配置决策方法,包括构建反映网络薄弱环节和时变风险的连锁跳闸防控预案,解决了连锁跳闸抑制的储能资源时空选择问题;基于输电线路动态热特性,提出了储能与水火电协同调控时的储能功率和容量计算方法,确定了防范连锁跳闸所需要的储能资源规模。
针对IEEE 30节点网络给出了N-1和N-2故障计算案例,验证了所提方法的有效性。
【总页数】12页(P119-130)【作者】余鹏飞;熊小伏;朱继忠;何祥桢;南东亮【作者单位】输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学);华南理工大学电力学院;国网新疆电力有限公司电力科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TM7【相关文献】1.基于QCQP的含储能主动配电网联合优化方法2.一种基于危险度的电网连锁跳闸分析方法3.基于模糊决策算法的主动配电网储能容量最佳配比方法4.基于最小运行成本的储能参与电网辅助调峰容量配置及优化运行方法5.基于区域控制偏差的电池储能参与电网二次调频的容量配置方法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于低压配电网无功负序不平衡现象的节能降损解决方案
基于低压配电网无功负序不平衡现象的节能降损解决方案赵吴鹏;尹忠东;周浩;张瑜
【期刊名称】《电网与清洁能源》
【年(卷),期】2009(025)007
【摘要】低压配电网中普遍存在的三相不平衡现象将导致系统中出现负序电流,负序电流会在电网中产生损耗,并影响变压器及电动机的正常运行.为消除负序电流,达到节能降损的目的,可利用双向晶闸管控制电抗器、电容器并配合12脉动技术,实现低压配电网三相平衡:详细介绍三相平衡补偿原理,并在实验窒搭建了试验模型,分析了得到的波形及数据,结果表明,12脉动技术降低了品闸管向系统中注入的谐波,在无需滤波器的情况下,便能符合国家标准,节省了投资成本.
【总页数】5页(P15-19)
【作者】赵吴鹏;尹忠东;周浩;张瑜
【作者单位】华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206;华北电力大学,电气与电子工程学院,北京,102206
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.基于低压配电网络无功补偿降损方式的研究 [J], 高春超
2.基于节能降损作用的工程施工用电无功补偿方式的选择 [J], 王纯高
3.基于无功补偿的配电网节能降损探讨 [J], 姚志明;
4.基于节能降损的工程施工用电无功补偿 [J], 王纯高
5.基于改进遗传算法的无功优化在节能降损方面的研究 [J], 周帅;张红旗;包曼因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电力系统运行中的电气工程自动化技术应用 仲一 韩冬
电力系统运行中的电气工程自动化技术应用仲一韩冬发表时间：2019-08-15T15:55:44.537Z 来源：《当代电力文化》2019年第07期作者：仲一韩冬[导读] 电气工程的发展应用，很好的推动了社会经济的发展，改善了人民的基本生活。
国网宿迁供电公司江苏省宿迁市 223800摘要：电气工程的发展应用，很好的推动了社会经济的发展，改善了人民的基本生活。
在今后电气工程发展中，需要更好的发挥出电气自动化技术的优势，更好的将电气自动化技术应用于不同行业领域，推动国民经济和生活品质的高质量发展。
关键词：电力系统运行；电气工程；自动化技术；应用1导言电力工程自动化技术在电力系统运行中的应用，不仅能有效提高电力系统的工作效率与质量，还能有效提升电力系统的管理安全，对推动人们的高品质生活有着十分积极的意义。
今后的发展过程中，要注重对电气工程自动化技术的研究，使其更好地应用于电力系统，促进电力企业生产发展。
2自动化技术的设计原则和特点自动化技术在电气工程中应用的设计原则是最大程度将生产工艺和产品实现的要求借助该技术满足，同时对高效和经济原则进行兼顾。
自动化技术的控制系统将计算机作为核心，通过组合软硬件得到人性化和智能化的系统控制管理，自动对接每个功能模块的衔接，使自动化设计要求最大限度的得以满足。
3电力系统中运用电气工程自动化技术的必要性3.1改变传统控制模式随着电力行业不断发展，电力系统的技术含量越来越高，为了提高系统的运行效率和安全性，就要改变传统的控制模式。
应用电气工程自动化技术可以实现对电力设备的高效控制，提高电力系统运行水平。
3.2充分发挥设备性能要为用户提供安全、可靠的用电环境，就要加强对设备、系统的维护。
采用电气工程自动化技术可以充分支持设备正常运行，促进设备发挥出自身功能，提高设备的运行效率，减少资源浪费，降低成本，提高电力企业经济效益。
3.3加强系统维护电气工程自动化技术可以有效维护电力系统，对系统中的各项信息进行搜集与处理，实现系统高效运行。
孤岛运行方式下微电网储能系统能量成型控制策略_李朝东
1.1
觶 = f （x ） + g （x ）u x y = h （x ）
（1 ）
其中 ，f（x）、h（x） 为连续向量函数 。 为了方便对系统的分析及能量成型控制策略的 实施 ， 需要将系统改写为 PCH 系统模型结构 ： x x 觶 =［J（x） - R（x）］ H（x） + g（x）u x x （2 ） y = gT（x） H（x） x 其中 ，x Rn， 为 系 统 状 态 变 量 ；u、 y Rm， 分 别 为 系 统 共轭的输入 、 输出端口变量 ， 其二元积反映系统与外 界交互的功率 ；R （x） = RT （x） ≥0， 为 内 部 耗 散 矩 阵 ， 反映系统的阻尼特性 ；J （x）、 g （x） 为系统内联结构矩 阵 ， 反映了系统的结构特点 ；H （x） 为系统能量函数 ， 即哈密顿 （Hamilton ） 函数 ， 描述的是系统存储能量的 总和 ［9］。 实际电路系统对应的 PCH 结构中 ，每一变量 都有特定含义 。 2.2 ESS 的 PCH 模型 ESS 按照能量的流动方式 ， 可以划分为 DC ／ DC 和 DC ／ AC 2 级 。 在前一级 ， 即 DC ／ DC 级 ， 能量以直 流 方式传递 ； 在后一级 ， 即 DC ／ AC 级 ， 能量在交流 、 直流 2 种形式之间转换 。 设开关 VT1 -VD1 占空比为 db，以电感电流 iLb 和直 流母线 （ 电容 C） 电压 udc 为状态变量 ， 利用状态空间 平均法 ， 可得状态方程为 ：
可实现交直流之间的变换及功率的双向流动 。 半桥 式 双 向 DC ／ DC 直 流 变 换 器 采 用 互 补 PWM 控 制 方 式 ［13］， 以提高动态性能 ； 后级 DC ／ AC 逆变整流器为 提高母线的直流电压利用率采用经典空间矢量脉 宽调制 （SVPWM ） 方式 。
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电弧炉负荷孤网运行存在的主要问题孤网运行下的频率稳定性及抑制措施重点分析冲击性的电炉负荷对孤网系统频率的影响，分析频率波动对其他负荷运行及孤网系统的影响。
孤网运行下的继电保护、安稳控制方案二、电炉负荷特性与建模电炉负荷特性的典型曲线2.1 概况矿热电炉是RKEF工艺中的主要用电设备，具有非线性、时变、多参量等特性。
电炉负荷综合阻抗由电炉变压器、电炉短网、炉内等三部分阻抗组成。
电炉变压器一次侧功率不稳定，且存在三相负荷不平衡、缺相、短路等现象。
操作人员可通过升降电炉电极、调整档位来升降负荷。
电炉工况（正常负荷为66MW）典型电弧炉电压、电流曲线电压曲线电流曲线2.2 电弧炉模型仿真在PSCAD/EMTDC环境下搭建电弧炉电气系统仿真模型，以验证上述模型的有效性。
仿真结果ⅠA相电弧电压的随机变化曲线A相电弧电流的随机变化曲线仿真结果ⅡA相电弧电阻的随机变化曲线电弧炉负荷变化曲线仿真结果分析由仿真结果可见，电弧电压波形是不对称的，波形接近方波，其电压峰值随机变化，即存在电压波动现象；电流波形接近正弦波。
将仿真得到的电炉负荷变化曲线与实际电炉负荷特性的典型曲线比较，两者非常相似，可以利用所建模型进行分析研究。
三、孤网系统建模与暂态稳定性仿真分析孤网暂态稳定分析基于PSASP软件，搭建的系统模型如图3-1（a）所示。
4台60MW的发电机接6.3/35kV升压变压器经两回35kV的输电线路连接负荷。
图3-1孤岛系统PSASP模型3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析1、工况一①只有一台电弧炉负荷在10s时刻增加15%，即增加10MW，此时频率响应如图3-2所示。
图3-2 （b）一台电弧炉增加15%冲击负荷时的频率响应图3-2（a）冲击负荷设置时序一台电弧炉突加15%冲击负荷时，频率降低0.5Hz。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析②两台电弧炉，每台均增加15%冲击负荷，即10s时刻共增加20MW冲击负荷，此时的频率响应如图3-3所示。
图3-3(b) 两台电弧炉，每台均增加15%时的频率响应图3-3(a) 冲击负荷设置此工况下，系统频率降低了约0.8Hz，然后在自身调速器调节下逐渐恢复稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析2、工况二①单台电弧炉功率在10s时刻增加15%，即增加10MW，后在15s时刻10MW切除，此时的频率响应如图3-4所示。
图3-4(b) 单台电弧炉功率增加图3-4(a) 冲击负荷设置15%时的频率响应此工况下，系统频率降低了约0.5Hz，后在15s时由于又有冲击性切10WM负荷，故在15s时有频率突变，增加到约50.5Hz，后逐渐恢复稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析②两台电弧炉，每台在10s时均增加15%，即增加20MW，后在15s将20MW切除，此时的频率响应如图3-5所示。
图3-5 (b) 两台电弧炉，每台均增图3-5(a) 冲击负荷设置加15%，后又切除时的频率响应此种工况下频率向下波动了约1Hz，后在自身调节下恢复稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析3、工况三①单台电弧炉在10s时减小15%，即减小10MW，此时的频率响应如图3-6所示。
图3-6(b) 单台电弧炉功率减小15%时的频率响应图3-6(a) 冲击负荷设置单台电弧炉减小15%的冲击性负荷，频率增加了约0.5Hz，后在自身调节下趋于稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析②两台电弧炉均减小15%，即在10s时减小20MW，此时的频率响应如图3-7所示。
图3-7(b) 两台电弧炉每台功率同时减图3-7(a) 冲击负荷设置小15%频率响应两台电弧炉均减小15%，此时系统频率增加了约1Hz，后在自身调节下趋于稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析4、工况四①单台电弧炉减小15%，后又恢复，即在10s时减小10MW，15s时又恢复，此时的频率响应如图3-8所示。
图3-8 (b)单台电弧炉功率减小15%，后又恢复时的频率响应图3-8(a) 冲击负荷设置此种工况下，系统在10s和15s时均承受了冲击负荷，频率幅值波动了约0.5Hz，后在自身调节下趋于稳定。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析②两台电弧炉均减小15%，后又恢复，即在10s时减小20MW，15s时又恢复，此时的频率响应如图3-9所示。
图3-9(b) 两台电弧炉功率同时均减小图3-9(a) 冲击负荷设置15%，后又恢复时的频率响应两台电弧炉同时发生了15%的减负荷波动，此时频率波动约1Hz。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析5、工况五①一台电弧炉减小15%，后增加到115%，后减小到85%，如此连续3个冲击，此时的频率响应如图3-10所示。
图3-10(b) 单台电弧炉连续3个冲击时图3-10(a) 冲击负荷设置频率响应此工况下，频率向下波动超过了0.5Hz。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析图3-10（c）单台电弧炉连续3个冲击时频率和发电机机械功率暂态情况在频率波动的同时，发电机机械功率也周期性受迫振动，这对汽轮机的轴系安全会产生影响。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析②两台电弧炉同时均减小15%，后均增加到115%，后均减小到85%，如此连续3个冲击，此时的频率响应如图3-11所示。
图3-11(b) 两台电弧炉连续3个冲击图3-11(a) 冲击负荷设置时频率响应此工况下，频率向下波动超过了1Hz。
3.1 电炉冲击负荷对系统暂态稳定影响的仿真分析图3-11（c）两台电弧炉连续3个冲击时频率和机械功率暂态情况在频率波动的同时，发电机机械功率也周期性受迫振动，这对汽轮机的轴系安全会产生影响。
3.2突增、减负荷及发电机时的频率稳定性1、工况一开始时两台电弧炉正常运行，2秒时刻切一台电弧炉，系统频率变化情况如图3-12所示。
图3-12 在2秒的时候切一台电弧炉时频率变化情况开始时两台66MW电弧炉同时工作，4台发电机同时出力，平均每台发电机出力4.3MW，2s 时切1台电弧炉后，发电机发出的功率剩余，使得系统频率升高，后在发电机调速器的调整下系统趋于稳定，稳定频率约为50.5Hz。
频率波动持续时间大于10s ，最高频率52.6Hz，最低频率48.25Hz。
3.2突增、减负荷及发电机时的频率稳定性3、工况二1回35kV输电线路于2s时刻发生三相短路故障，故障持续时间为0.1s，系统频率的变化情况如图3-14所示。
图3-14 35kV输电线路三相故障时频率变化情况由图3-14可知，故障后系统频率快速升高，故障切除后在5s 内趋于稳定，最后稳定于50Hz。
图3-15(a) 35kV输电线路三相故障时频率变化情况（故障时间2s~2.57s）图3-15(b) 35kV输电线路三相故障时频率变化情况(故障时间2s~2.58s)图3-15(c) 35kV输电线路三相故障时频率变化情况(故障时间2s~2.59s)由3-15(a)、(b)和(c)可知0.58s是临界切除时间，即系统的cct为0.58s。
4、工况三1回35kV输电线路在2s时刻发生两相短路故障，0.1s后故障切除，系统频率的变化情况如图3-16所示。
图3-16 35kV输电线路两相故障时频率变化情况由图3-5可见，此时频率先增大，最高可达50.5Hz，后趋于稳定，最后稳定于50Hz。
3.2突增、减负荷及发电机时的频率稳定性5、工况四一台电弧炉工作，切除1台发电机时，系统频率变化情况如图3-17所示。
图3-17 一台电弧炉工作，切除1台发电机时频率变化情况孤网系统4台发电机和一台电弧炉均投入运行，每台发电机出力为25MW，如果在2s时切除一台发电机，孤网系统会出现频率先降低后趋于49.5Hz。
3.2突增、减负荷及发电机时的频率稳定性孤网运行的有功平衡方案由于交流电弧炉工作状态极不稳定，功率波动较快。
当电网孤岛运行时，传统的切机、切负荷方案不能完全满足系统稳控要求，需要考虑增加稳控设备。
串联电抗器、飞轮储能系统、电池储能系统、SPLC（Smart Predictive Line Controller）平衡电阻控制系统。
4.6 SPLCSPLC在由单相供电的两电极电弧炉中的简化模型如图4-6所示。
通过控制SPLC的触发角可以实现对线路电抗的动态控制。
与晶闸管串联的电抗为开断过程中产生的过大的di/dt提供保护，与晶闸管并联的电抗有限制短路电流的作用。
图4-6 SPLC的工作原理图SPLC建模建立了基于PSCAD软件的SPLC仿真模型，并对SPLC投入前后的效果进行了仿真研究。
仿真时间为120s，Pset=55MW。
SPLC投入前后电弧炉功率变化如图4-9所示，40s时投入SPLC，80s时SPLC退出运行。
图4-9 SPLC投入前后电弧炉功率对比SPLC投入前后电源侧输出侧的功率波形，可以发现在投入SPLC之前，功率波动较大，投入SPLC后，功率波动得到明显改善，基本稳定在设定的范围内波动。
然而，SPLC基于可变串联电抗的原理来平抑线路上的功率波动，却难以应对电炉电极烧断、塌料或系统故障条件下的频率稳定问题。
图4-10 平衡电阻主电路仿真模型4.7.2 仿真结果系统运行至1s时，电弧炉退出运行（电极烧断），2s时重新投入；运行至4s时，电弧炉发生短路（塌料）扰动。
图4-11 电弧炉侧功率波形与电源侧功率波形。