电弧炉电气系统谐波分析的仿真研究
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。
谐波不仅会导致电力设备的损坏，还会增加电能损耗，降低电力系统的可靠性。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有十分重要的意义。
一、谐波的产生要理解谐波，首先需要了解它的产生原因。
谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。
常见的非线性负载包括各种电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等，以及电弧炉、荧光灯等。
以变频器为例，它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。
在这个过程中，电流和电压的波形不再是标准的正弦波，而是包含了各种频率的谐波成分。
整流器在将交流电转换为直流电的过程中，由于其工作特性，也会产生谐波。
同样，电弧炉在工作时，电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化，从而产生谐波。
二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。
对电力设备而言，谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗，导致设备发热增加，缩短使用寿命。
对于电容器来说，谐波电流可能会使其过载甚至损坏。
在电能质量方面，谐波会导致电压和电流波形的畸变，使电能质量下降，影响用电设备的正常运行。
例如，对于计算机等精密电子设备，谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。
此外，谐波还会增加电力系统的无功功率，降低功率因数，从而增加线路损耗和电能浪费。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析。
目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。
傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。
它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。
然而，傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。
小波变换则能够很好地处理非平稳信号，它通过对信号进行多尺度分析，可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。
《2024年配电网系统背景谐波抑制方案研究》范文
《配电网系统背景谐波抑制方案研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展和广泛应用，非线性负荷在配电网中的比重逐渐增加，导致谐波问题日益严重。
谐波不仅会降低电能质量，还会对电网设备造成损害，影响系统的稳定性和可靠性。
因此，研究配电网系统背景下的谐波抑制方案，对于保障电网安全、经济运行具有重要意义。
二、配电网系统背景谐波产生原因及影响1. 产生原因：配电网中的谐波主要由非线性负荷产生，如整流设备、变频设备、电弧炉等。
这些设备在工作过程中会产生电压或电流的畸变，从而产生谐波。
2. 影响：谐波会对配电网系统造成多方面的影响。
首先，它会降低电能质量，影响敏感设备的正常运行。
其次，谐波会增大系统损耗，降低设备使用寿命。
此外，谐波还会对通信系统产生干扰，影响系统的稳定性和可靠性。
三、谐波抑制方案研究针对配电网系统背景下的谐波问题，本文提出以下抑制方案：1. 优化设备选型和配置：在配电网规划和设计阶段，应优先选用低谐波含量的设备和器材，如采用多重化技术、脉宽调制技术的整流设备等。
同时，应合理配置设备的数量和容量，避免过载和过度利用导致谐波的产生。
2. 安装无源滤波器：无源滤波器是一种常见的谐波抑制方法。
通过在配电网中安装无源滤波器，可以有效地滤除特定频率的谐波。
应根据配电网的实际情况，选择合适的滤波器类型和参数。
3. 安装有源滤波器：与无源滤波器相比，有源滤波器具有更好的灵活性和适应性。
有源滤波器可以通过实时检测和分析谐波信号，快速地发出相反的补偿电流来抵消谐波。
在配电网中安装有源滤波器，可以有效地减小谐波对系统的影响。
4. 实施综合治理：除了上述两种方法外，还应实施综合治理措施来抑制谐波。
这包括加强配电网的监测和监控、定期对设备进行维护和检修、提高配电网的自动化水平等。
通过综合治理措施的实施，可以及时发现和处理谐波问题，保障配电网的安全、经济运行。
四、实施方案及效果评估针对上述提出的谐波抑制方案，应制定详细的实施方案并进行效果评估。
基于电力仿真的电力系统谐波分析方法探究
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald73DOI：10.16660/ki.1674-098X.2004-5253-7811基于电力仿真的电力系统谐波分析方法探究①崔庆伟(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)摘 要：非线性负荷的大量使用是导致谐波问题的主要根源，并且极大地降低了电力系统的电能质量，谐波电流流经电力设备，会导致电力设备温度提高，造成绝缘损坏而影响电力设备的整体寿命。
电力系统采取各种有效措施进行谐波抑制，在减少谐波源的谐波含量的同时，设计并投入合适的谐波滤波器到低压侧或负荷端。
利用ETAP进行预先的谐波仿真分析可以根据实际情况辅助建立仿真模型，通过采集到的现实谐波数据来建立ETAP谐波数据库，进一步设计合适的滤波器，实现降低系统谐波畸变的目的。
关键词：非线性负载 谐波畸变程度 ETAP 谐波分析中图分类号：TM935文献标识码：A文章编号：1674-098X(2020)07(c)-0073-03Research on Power System Harmonic Analysis Method based onPower SimulationCUI Qingwei(CNOOC (China) Limited Tianjin Branch，Tianjin，300459 China)Abstract: The heavy use of non-linear loads is the main source of harmonic problems and greatly reduces the power quality of power systems. Harmonic current f lowing through power equipment will cause the temperature of the equipment to increase, causing insulation damage and affecting the overall life of the equipment. The power system adopts various effective measures for harmonic suppression, including reducing the harmonic content of the harmonic source, as well as designing and putting in a suitable harmonic filter to the low-voltage side or load side. Using ETAP for pre-harmonic simulation analysis, a simulation model can be established according to the actual situation and the ETAP harmonic database can be established by the collected harmonic data, as well as further suitable filters can be designed to reduce the harmonic distortion of the system.Key Words: Nonlinear load; Degree of harmonic distortion; ETAP; Harmonic analysis①作者简介：崔庆伟（1971—），男，汉族，天津人，本科，工程师，研究方向为电气设备维修管理。
电力系统谐波与失真特性分析
电力系统谐波与失真特性分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，为我们提供电能供应。
然而，由于电力系统中存在各种电气设备和非线性负载，谐波和失真问题成为了电力系统中一个严重而又常见的挑战。
本文将对电力系统的谐波和失真特性进行分析和探讨。
谐波是指电压、电流和功率中的频率为原信号频率的整数倍的分量。
谐波会导致电网中的电流和电压波形变形，并且可能对其他设备产生负面影响。
谐波问题主要由非线性负载引起，如电弧炉、整流器和变频器等。
非线性负载会引发谐波电流，导致电网谐波电压上升。
为了分析谐波，我们可以使用离散傅立叶变换（DFT）或快速傅立叶变换（FFT）将电流和电压信号转换为频谱。
通过查看频谱，我们可以确定电网中存在的各个谐波成分。
此外，我们还可以使用谐波电压源和谐波电流源模型来模拟电力系统中的谐波传播。
谐波的影响会导致电力系统中的多种问题。
首先，谐波会导致电流和电压的畸变，增加电线和设备的损耗，降低系统效率。
其次，谐波会引起系统的过电压和过电流问题，从而可能造成设备的损坏、甚至系统的崩溃。
此外，谐波还会对电能质量产生负面影响，如导致电网频率扭曲和电能计量的不准确性。
为了解决谐波问题，我们可以采取一系列措施。
首先，我们可以通过选择合适的设备和减少非线性负载的使用来减轻谐波问题。
其次，可以使用滤波器来抑制谐波电流和电压。
滤波器可以将谐波分量削弱或消除，从而改善电能质量。
此外，我们还可以设计敏感电子设备，使其对谐波具有更好的抗干扰能力。
除了谐波问题，失真也是电力系统中的一个重要问题。
失真指的是电压或电流波形中的畸变或非正弦特性。
失真主要由非线性负载和电网中的其他干扰源引起。
失真会对电力系统中的设备产生负面影响，并可能导致电能质量下降。
为了分析失真问题，我们可以使用总谐波失真（THD）等指标来评估波形的失真程度。
THD是所有谐波分量幅值与基波幅值的比值。
通常，较高的THD值表示波形中存在更多的失真。
此外，我们还可以使用采样技术和现代测试设备来分析电压和电流波形，以确定失真情况。
电力系统谐波抑制仿真研究
电力系统谐波抑制仿真研究施滨 郑全新*(荆楚理工学院 湖北荆门 448000)摘要：利用傅里叶转换与FTT转换技术对所建立的谐波模型进行了模拟，发现利用FTT的时频特征可以提取出该信号的时间-频率特征，能够有效地消除干扰，并能有效地探测出信号的频域特征，而傅里叶转换则能有效地反映出信号的频域特征。
将傅里叶分析与FTT分析相比较，将其优点相融合，利用小波分析法对信号中的突变点进行了提取和除噪，再利用傅氏转换对各个稳态的频域和振幅进行精确的检测。
关键词：谐波干扰检测傅里叶变换 小波变换 抑制 仿真中图分类号：TM761文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)20-0054-04 Simulation Research on Harmonic Suppression in the Power SystemSHI Bin ZHENG Quanxin*(Jingchu University of Technology, Jingmen, Hubei Province, 448000 China)Abstract:Fourier transform and FTT transform techniques are used to simulate the established harmonic model, and it is found that the time-frequency characteristics of the signal can be extracted by using the time-frequency characteristics of FTT, which can effectively eliminate interference and effectively detect the frequency domain characteristics of the signal, and that Fourier transform can effectively reflect the frequency domain characteristics of the signal. Fourier analysis is compared with FTT analysis, their advantages are fused, the abrupt points in the signal are extracted and denoised by wavelet analysis, and the frequency domain and amplitude of each steady state are ac‐curately detected by Fourier transform.Key Words: Harmonic interference detection; Fourier transform; Wavelet transform; Suppression; Simulation目前，谐波的解析有多种，小波变换方法和傅里叶变换法，它们在谐波的应用领域和侧重点不同。
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
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一、本文概述本文旨在深入研究电弧炉电气系统的模型构建、谐波分析以及电极调节系统的自适应控制。
电弧炉作为现代工业中的重要设备，其电气系统的性能直接影响到生产效率和产品质量。
然而，电弧炉电气系统具有高度的复杂性和非线性特性，使得其建模、分析和控制面临诸多挑战。
因此，本文的研究具有重要的理论价值和实践意义。
本文将对电弧炉电气系统的模型构建进行深入研究。
通过建立精确的数学模型，可以更好地理解系统的运行机制，为后续的谐波分析和控制策略设计提供基础。
在模型构建过程中，将充分考虑电弧炉电气系统的非线性、时变性和不确定性等因素，以提高模型的准确性和实用性。
本文将对电弧炉电气系统中的谐波问题进行分析。
谐波不仅会对电气设备的正常运行产生干扰，还可能引发严重的电气故障。
因此，本文将通过谐波分析，揭示谐波产生的机理和传播规律，为谐波抑制和治理提供理论依据。
本文将研究电极调节系统的自适应控制策略。
电极调节系统是电弧炉电气系统的核心组成部分，其性能直接影响到电弧炉的稳定性和生产效率。
通过设计自适应控制策略，可以实现对电极调节系统的精确控制，提高系统的鲁棒性和自适应性。
在控制策略设计过程中，将采用先进的控制算法和优化技术，以提高控制效果和系统性能。
本文将对电弧炉电气系统的模型构建、谐波分析及电极调节系统自适应控制进行深入研究，以期为电弧炉电气系统的优化设计和运行控制提供理论支持和实践指导。
二、电弧炉电气系统模型电弧炉电气系统是一个复杂的工业过程控制系统，其核心在于电弧炉变压器、电极及其调节系统。
为了深入研究电弧炉电气系统的特性和行为，首先需要建立一个精确的数学模型。
该模型需要能够描述电弧炉电气系统的动态特性，包括电流、电压、功率、电弧稳定性等关键参数的变化规律。
在建立模型时，我们需要考虑电弧炉电气系统的非线性、时变性和不确定性。
这些特性使得电弧炉电气系统的建模成为一个具有挑战性的任务。
电力系统谐波稳定性分析及改善方法研究
电力系统谐波稳定性分析及改善方法研究电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其稳定运行对于保障供电质量和可靠性至关重要。
然而，随着电力系统规模的不断扩大和负荷特性的变化，谐波问题逐渐凸显出来，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。
因此，对电力系统谐波稳定性进行深入分析并提出改善方案具有重要意义。
谐波问题主要源自不线性负荷、电力电子设备、电弧炉等非线性负荷和电源的存在。
这些非线性负荷会引入高次谐波，并导致系统频率响应偏离正弦波。
当谐波频率接近系统特征频率时，可能引起共振效应，导致系统振荡现象。
因此，为了分析电力系统的谐波稳定性，首先需要确定系统的特征频率和谐波源。
对于电力系统的谐波稳定性分析，常用的方法包括频率扫描法、频率响应法和模态分析法等。
其中，频率扫描法是一种比较常用的方法，通过改变谐波源的频率，观察系统的频率响应以判断系统的稳定性。
频率响应法则是在给定的谐波源频率条件下，测量系统的频率响应曲线，从而判断系统的稳定性。
而模态分析法主要是通过对系统进行模态分解，得到系统的固有频率和阻尼比，进而评估系统的稳定性。
除了谐波稳定性的分析，针对谐波问题的改善方法也是关键所在。
一些常见的改善方法包括：滤波器、谐波源消除和负荷管理等。
滤波器是常用的解决电力系统谐波问题的方法之一。
通过添加合适的谐波滤波器，可以对谐波进行滤波和衰减，从而达到控制谐波的目的。
这些滤波器通常分为无源滤波器和有源滤波器两种。
无源滤波器基于电感、电容等元件进行谐波滤波，主要用于小功率负载。
而有源滤波器则是利用现代电力电子技术，通过控制装置对谐波进行主动调节，广泛应用于大功率负载。
另一个改善谐波问题的方法是消除谐波源。
这种方法主要通过优化电力电子设备的设计和控制策略，减少谐波的产生和输出。
例如，在电力电子变流器中，采用合适的PWM调制方法和滤波电路可以有效降低谐波的产生。
此外，改善电力电子设备的设计，减小其谐波输出也是一条有效的途径。
电力系统谐波的研究与治理
分析方法包括：频域分析、时域分析和统 计方法等。
分析过程中需要考虑电力系统的运 行状态、负荷特性和设备参数等因 素，以便更准确地分析谐波的影响 。
03
电力系统谐波治理方案
无源滤波器
总结词
无源滤波器是一种常见的谐波治理方案，具有结构简单、运行可靠、成本低等优 点。
详细描述
无源滤波器主要由电感、电容和电阻组成，通过设计合理的电路参数，可以滤除 电力系统中的谐波电流。无源滤波器通常安装在电力系统中，对特定频率的谐波 电流进行滤除，同时还可以改善系统的功率因数。
有源滤波器
总结词
有源滤波器是一种先进的谐波治理方案，能够实时监测和补 偿电力系统中的谐波电流。
详细描述
有源滤波器通过采样和计算，实时监测系统中的谐波电流， 并产生相应的补偿电流进行抵消。有源滤波器具有灵活性和 可扩展性，可以同时补偿多个谐波频段，对谐波电流进行动 态跟踪和补偿。
混合滤波器
总结词
混合滤波器是一种综合方案，结合了无源滤波器和有源滤波器的优点，具有更高的治理效果和更低的成本。
未来发展趋势
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的进步，电力系统谐波治理将更加智 能化，包括智能检测、智能分析和智能控制等方面。
模块化与集成化发展
未来电力系统谐波治理将更加注重模块化和集成化，以提高治理 效果和降低成本。
绿色环保发展
随着环保意识的提高，电力系统谐波治理将更加注重绿色环保，减 少对环境的影响。
该电网公司采用了无源滤波器、有源 滤波器、静止无功补偿装置等多种技 术手段进行治理。其中，无源滤波器 主要针对特定频率的谐波进行滤除， 有源滤波器则主动消除谐波，而静止 无功补偿装置则用于动态调节无功功 率。
电力系统中的谐波分析技术及应用教程
电力系统中的谐波分析技术及应用教程简介：在电力系统中，谐波分析技术被广泛应用于电力质量监测与评估、设备故障诊断与排除、谐波滤波器的设计等方面。
本文将介绍电力系统中谐波分析的基本原理、常用的谐波分析方法以及谐波分析在电力系统中的应用。
一、谐波分析的基本原理1.1 谐波的概念谐波是指波形与基波具有相同频率但具有不同幅值和相位的波形。
在电力系统中，谐波是由非线性负载和电力设备引起的。
常见的负载谐波包括电弧炉、变频器、电子设备等。
1.2 谐波分析的原理谐波分析的基本原理是将电力系统中的电压和电流信号经过傅里叶变换，将复杂的波形分解为一系列的正弦波，然后通过计算得到各个谐波分量的频率、幅值和相位。
根据这些参数，可以评估电力系统中的谐波程度，进而采取相应的措施进行修复或优化。
二、谐波分析方法2.1 快速傅里叶变换（FFT）快速傅里叶变换是最常用的谐波分析方法之一，它可以将时域信号转换为频域信号。
通过FFT分析，可以得到电力系统中各个谐波分量的频率、幅值和相位，并进一步计算谐波总畸变率（THD）等参数。
FFT算法的优势在于高速、高效，并且可以利用现有的计算平台进行实时分析。
2.2 小波变换小波变换是一种时频分析方法，可以同时提供时间域和频域信息。
相比于FFT，小波变换在时域和频域的分辨率上更具优势，能够更准确地分析瞬态过程和短时谐波。
小波变换在电力系统中的应用越来越广泛。
2.3 自适应滤波器法自适应滤波器法结合了信号处理和协方差分析原理，可以自动识别和消除电力系统中的谐波。
通过建立自适应滤波器，可以实时跟踪电力系统中的谐波分量，并对其进行有效的滤波补偿。
自适应滤波器法在电力系统的谐波控制中具有重要的应用价值。
三、谐波分析在电力系统中的应用3.1 电力质量监测与评估谐波对电力质量产生显著的影响，会导致电压波动、电流畸变、设备损坏等问题。
通过谐波分析，可以准确评估电力系统中的谐波情况，及时发现潜在问题，并采取措施改善电力质量。
电力系统谐波分析与仿真
电力系统谐波分析与仿真【摘要】随着社会经济的发展，化工、冶金和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，使大量非线性负荷急剧增加，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等的普及使用，特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步，使得电力系统的正弦电压波形发生畸变，影响系统的运行效率，危害电力系统的安全运行。
而且情况日趋严重，对谐波危害的重视和处理势在必行。
【关键词】电力系统；谐波；仿真分析产生谐波的主要根源是电力电子设备，而它又是提高供电可靠性和传输正弦电压和电流给终端用户的非常有效的手段。
因此，谐波成为一个长期而重要的研究方向，对电力系统工作者提出了新的挑战。
1 电力系统中的谐波源1.1 谐波的定义“谐波”一词起源于声学。
有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪奠定了良好的基础。
傅利叶等提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945 J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有变流电力系统、工业、交流及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注。
国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅利叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。
谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。
电网中有时也存在非整数倍谐波称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。
谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”，而现在供电系统谐波污染日趋严重。
1.2 电力系统中主要的谐波源所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。
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电弧炉主电路的仿真模型
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２．１工程实例 为了进行仿真研究，应确定仿真模型中各模块的 参数，对给出的工程实例，根据实际系统计算仿真模 型参数。本文仿真模型参数根据某钢厂３吨电弧炉 系统确定∞１。 配电变压器Ｓ。：６３００ｋＶＡ；Ｕ。：高压１１０ｋＶ，低压 “ｋＶ；空载损耗（ｋＷ）１２．５，负载损耗（ｋＷ）６６，空载 电流（％）１．１，阻抗电压（％）１６．７，接线方式Ｙｙ。电 弧炉变压器Ｓ。：１８００ｋＶＡ；Ｕ。：高压１１ｋＶ，低压０． ２２ｋＶ；空载损耗（ｋｗ）６．５，负载损耗（ｋｗ）“，空载电 流（％）１．９，阻抗电压（％）１７．８。接线方式Ｙｄ。架 空线约ｌ千米，铝线ＬＪ９５，室外载流量３２５Ａ，单位电 阻ｒ＝Ｏ．３４ ｒｙｋｍ，电抗ｘ＝０．３４９ｒｙｋｍ；电缆长度０．
一个典型的电弧炉供电系统如图ｌ所示。图ｌ 中ＨＶ．ＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ为高压配电系统，ＳＴ为配电变压
器，Ｒ。和ｘ。为配电变压器至电弧炉变压器盯之间
传输线的电阻和电抗，Ｒ。和Ｘ。是电弧炉变压器至电 弧炉间的短网电阻和电抗．通常在电弧炉变压器的一 侧会接一组无功补偿装置，对大型的电弧炉，此处可
研究并解决电弧炉对电力系统的谐波危害问题具有
重要的理论和实际意义Ｍ引。本文的仿真研究是在
ＭＡ，Ｉ’ＬＡＢ
６．５／ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真环境下进行，以参考文献
收稿日期：２００９ｍ３．１６ 基金项目：南阳师范学院科研基金资助项目（专项项目） 作者简介：吕晓东（１９７８．），女，河南南阳人，南阳师范学院物理与电子工程学院助教，硕士，研究方向：现代控制理论及应 用，非线性系统分析与控制。
图ｌ
电弧炉供电系统不意图
由图ｌ可知，电弧炉主电路部分由高压配电系 统、配电变压器、架空线和电缆、无功补偿电容器、电 弧炉变压器、短网、电弧炉组成。本文的仿真研究是 在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真环境下进行的，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ提供了动态 系统建模、分析和仿真的交互环境，能够实现交互建 模、交互仿真，并允许用户扩展仿真环境等功能【７ Ｊ。 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的专用模型库提供了一些专用元件集，例如 电力系统模块库提供了电源、变压器、电容器、连接和 测量模块，可以直接利用这些模块进行建模。在电弧 炉系统的建模中除了电弧炉外，其他都可以直接利用 现成的模块，所以交流电弧炉的模型是其中的难点和 关键问题。 １．１交流电弧电阻的数学模型 本文在仿真研究中以参考文献［６］提出的交流 电弧电阻的等效数学模型为基础进行建模，等效数学 模型如公式（１）和（２）。
进行谐波分析，以利于采取有效的谐波抑制措施，例 如安装无源滤波器和有源滤波器。本文的电弧炉仿
真模型很大程度克服了以往研究中电弧炉模型的局 限性，或仅用于谐波分析，或仅用于预测电网电压波 动，且均为单相或三相对称模型，也为其他研究工作 打下基础，例如谐波检测方法的研究¨２ｄ ３｜。另外模 型加入电极调节系统后，可用于电弧炉引起的电网电
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用ＭＡＴＬＡＢ函数模块，计算Ｂ的值，ＭＡＴＬＡＢ函数模
（２）
＝ｆ（ｉ（ｔ），ｉ（ｔ—Ｔ／４），Ｄ）
块的作用是把输入端信号值通过ＭＡＴＬＡＢ函数的形 参，传递给函数，函数返回一个值给输出端。ＭＡＴ－ ＬＡＢ函数如下：
ｆｕｎｃｔｉ∞Ｂ＝Ｂｍａｔｈ（ｕ，Ｉ） Ｔ＝１／５０；％外加激励周期 ｉｆ（ｕ＜Ｔ） Ｂ＝Ｏ．１６；％给Ｂ赋初值
果表明，电弧炉的谐波电流成份主要为２—７次，与实际系统频谱分析仪实测的结果定性性质一样。 关键词：电弧炉；谐波分析；仿真 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｒｃ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏ璐ｏｎ Ｈａｒｍｏｎｉｃ
Ｆｕｍａｃｅ
Ｅｌｅｃｔｎｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＵ Ｘｉａｏ．ｄｏｎ９１，ＺＯＵ Ｄｏｎ９２，ＧＯＮＧ Ｑｉｏｎ９１ （１．ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃ８鲫ｄ
万方数据
７２
计算机与现代化
２００９年第６期
接静止无功补偿装置ＳＶＣ和滤波装置。图ｌ示意的 是专线供电的电弧炉电气系统，对于中小容量的电弧 炉，配电变压器ＳＴ还可能接有其他用户负荷。
底电阻的作用。在电弧炉的模型中，电弧电阻对电弧 炉电气系统有着十分重要的影响１６ Ｊ。因此可根据交 流电弧电阻的数学模型搭建交流电弧炉的仿真模型。 搭建时需要利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ基本模型库中的元件，遵照 式（１）和式（２），利用数学运算模块和用户自定义的 ＭＡＴＬＡＢ函数模块通过信号线相连，建成子系统模 块。由于此子系统模块是由基本模块搭成的，不能直 接接人主电路中，需要借助电流电压测量模块和受控 源模块做媒介接入电弧炉主电路中。又由于电弧电 阻Ｒ是与电弧电流Ｉ有关的函数，电弧电压ｕ为电弧 电阻与电弧电流的乘积，所以选择电流测量模块和受 控电乐源模块作为媒介。根据电弧电阻计算公式搭 建电弧电阻的仿真模型如图２所示。图２的输入端 口ｉｎ和输出端口ｏｕｔ之问相当于接入了一个可变电 弧电阻。
摘要：交流电弧炉是一种不平衡、非线性、时变负载，在炼钢过程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波，使得电网电能 质量变差，通过对电弧炉电气系统的谐波分析，有利于采取合适的谐波抑制措施，改善电网电能的质量。本文采取在
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６．５／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下搭建交流电弧炉系统仿真模型的方法，通过仿真对电弧炉电气ｐｐｌｙ ｎｅｔｗｏｒｋ．ＨａＨｎｏＩｌｉｃ
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图２电弧炉电弧电阻仿真模型（单相）
仿真模型中函数模块ｆ（ｕ）＝（１－２木ｕ２）唪ｃｏｓ （Ｄ）。电弧电阻计算公式中Ａ、Ｄ为常数，但是Ｂ却 与电流的有效值相关，所以在电弧电阻仿真模型中利
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中，当仿真完毕后，双击打开，点击Ｆ盯分析即可。
配电变压器二侧Ａ相电流仿真结果如图４（ａ）所示， Ｆ兀’分析结果如图４（ｂ）所示。ＰＣ点Ａ相线路对中 性点地的相电压波形如图４（ｃ）所示，Ｆ兀＇分析结果 如图４（ｄ）所示。这里利用了电力系统工具箱中的电 压、电流测量模块。
ＰＣＣ点和ＰＣ点三相线路对中性点地的相电压瞬时
Ｏ．２１×１０。Ｑ，ｘ。＝０．６×１０。ｎ。对于电弧炉的参
数，根据电弧电阻公式，Ａ、Ｄ可事先确定，Ｂ在程序中 确定，弧长给定值通过给定的平均功率因数计算确
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输入，当进行谐波分析时，弧长输入可设为定值。当 进行电压波动或电极控制策略的研究时，可接电极调 节系统哺引。三相电弧炉模型由相同的三个单相电弧 电阻仿真模型构成子系统模块。 高压配电系统、配电变压器、架空线和电缆、无功 补偿电容器、电弧炉变压器、短网均可直接采用Ｐｏｗ— ｅ—ｓｙｓｔｅｍ Ｂｌｏｃｋｓｅｔ（电力系统模块库）中的元件。电弧 炉主电路仿真模型如图３所示。其中电压测量模块 是由三个单相电压测量模块组成的子系统，测得的为
（ｃ）Ａ相电压的仿真波形
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（ｄ）Ａ相电压的Ｆ兀＇分析
图４仿真波形及Ｆｆｌｒ分析结果
由图４可以看出，Ａ相电压和电流中，５．次、７次
谐波所占的比例最大¨ｏＩ，造成电网电压的明显畸变，
同时，Ａ相电流中存在较大的偶数次谐波和直流分
量。仿真波形的Ｆ盯分析与频谱分析仪实测的结果
ｅｌｓｅ
此交流电弧模型从电路的观点出发，将交流电弧 视为一个非线性时变电阻，宏观上反映了交流电弧在 电弧炉系统中的电路效应，满足交流电弧的外特性， 并且进一步从交流电弧的物理机理出发，抓住了对象 的主要物理特征，这体现在数学模型的相关参数上。
Ａ和Ｂ反映了弧柱温度的影响，Ａ一般为常数，Ｂ可
表示为电弧电流有效值的函数；Ｃ反映了弧柱半径的 影响，Ｃ为常数；Ｄ反映了弧柱气体热惯性的影响，Ｄ 为常数；Ｌ为弧长，由电极调节系统控制；Ｔ为外加激 励周期，Ｉ。为电流幅值。 １．２交流电弧炉系统的仿真模型 三相电弧炉的电路模型由电弧电阻和炉底电阻 组成。一般来说，炉底电阻对电弧炉主电路几乎没有 影响，在进行电弧炉电气系统分析时，可以不考虑炉
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６．５／Ｓｉｍｌｌｌｉｎｋ．Ｂｙ ｍｋｉｎｇ ８ｉｍｕｌ撕∞ｔｈｅ ｒ瞄ｕｌｔｓ