Використання перетворювачів сталий струм – стала напруга для ефективного зниження коливань напруги у мережах живлення дугових сталеплавильних печей

Автор(и)

  • Volodymyr Turkovskyi Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-1869-8139
  • Anton Malinovskyi Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0001-9765-3494
  • Andrii Muzychak Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-6330-1076
  • Olexandr Turkovskyi Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-1402-1588

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.219439

Ключові слова:

зниження дози флікера, коливання напруги, якість електроенергії, дугова сталеплавильна піч

Анотація

Дугові сталеплавильні печі змінного струму (EAF) є одними з найпоширеніших технологічних агрегатів для отримання високоякісної сталі. Використання печей має перспективу й надалі, позаяк темпи виробництва електросталі зростають. Ці печі є потужними електричними установками з динамічним, несиметричним й нелінійним навантаженням, що негативно впливає на показники якості електроенергії мережі живлення. Традиційно цей негативний вплив знижують живленням EAF від енергосистем великої потужності або, у більшості випадків, використанням різних типів статичних компенсаторів реактивної потужності. Такі підходи потребують значного інвестування у розвиток енергосистеми або у обладнання компенсувальних установок, встановлена потужність яких у декілька разів перевищує потужність пічного трансформатора.

Ці підходи є скеровані на зниження наслідків негативного впливу. Більший ефект обмеження негативного впливу з меншими інвестиціями може дати альтернативний підхід, який спрямований безпосередньо на джерело негативного впливу. Реалізація підходу полягає у формуванні зовнішньої характеристики джерела живлення EAF. Характеристика повинна бути жорсткою за струмом у області робочих для печі режимів від експлуатаційного короткого замикання до номінального навантаження. У області режимів від номінального навантаження до неробочого ходу ця характеристика повинна бути жорсткою за напругою. Основою формування такої характеристики може бути резонансний перетворювач, який забезпечує практично стале значення струму дуги у робочих режимах печі.

Дослідженнями доведено суттєві переваги запропонованого підходу, який ефективніше покращує якість електроенергії у мережі. Це дає можливість використовувати EAF у енергосистемах меншої потужності й забезпечувати розвиток галузі з меншими інвестиціями

Біографії авторів

Volodymyr Turkovskyi, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики та систем управління

Anton Malinovskyi, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електроенергетики та систем управління

Andrii Muzychak, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики та систем управління

Olexandr Turkovskyi, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Провідний інженер

Кафедра електроенергетики та систем управління

Посилання

  1. IEEE Std 1453-2015 - IEEE Recommended Practice for the Analysis of Fluctuating Installations on Power Systems. doi: https://doi.org/10.1109/ieeestd.2015.7317469
  2. Ryzhnev, Yu. L., Mineev, R. V., Miheev, A. P., Smelyanskiy, M. Ya. (1975). Vliyanie dugovyh elektropechey na sistemy elektrosnabzheniya. Moscow: Energiya, 185.
  3. Testa, A., Akram, M. F., Burch, R., Carpinelli, G., Chang, G., Dinavahi, V. et. al. (2007). Interharmonics: Theory and Modeling. IEEE Transactions on Power Delivery, 22 (4), 2335–2348. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2007.905505
  4. Zhezhelenko, I. V., Shidlovskiy, A. K., Pivnyak, G. G., Saenko, Yu. L., Noyberger, N. A. (2012). Elektromagnitnaya sovmestimost' potrebiteley. Moscow: Mashinostroenie, 351.
  5. Zhezhelenko, I. V., Saenko, Yu. L., Baranenko, T. K. (2002). Spektral'niy analiz toka nagruzki istochnikov intergarmonik v promyshlennyh elektricheskih setyah. Visnyk Pryazovskoho Derzhavnoho tekhnichnoho universytetu, 12, 194–201.
  6. Yusoff, M. R., Jopri, M. H., Abdullah, A. R., Sutikno, T., Manap, M., Hussin, A. S. (2017). An Analysis of Harmonic and Interharmonic Contribution of Electric Arc Furnace by Using Periodogram. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 7 (6), 3753. doi: https://doi.org/10.11591/ijece.v7i6.pp3753-3760
  7. Sarma, P. M., Jayaram Kumar, S. V. (2013). Electric Arc Furnace Flicker Mitigation in a Steel Plant Using a Statcom. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), 2 (1). 227–231. Available at: http://www.ijesit.com/Volume%202/Issue%201/IJESIT201301_33.pdf
  8. Howroyd, D. C. (1979). Distortion and Unbalance From Abnormal Loads on a Power System. IFAC Proceedings Volumes, 12 (5), 233–240. doi: https://doi.org/10.1016/s1474-6670(17)65310-2
  9. Białek, J. Wąsowski, A. (2005). Advantages of changing 3-phase ARC furnaces asymmetry estimation criteria in international and European standards. Electrical Power Quality and Utilisation, 11 (1), 93–96.
  10. Salor, O., Gultekin, B., Buhan, S., Boyrazoglu, B., Inan, T., Atalik, T. et. al. (2007). Electrical Power Quality of Iron and Steel Industry in Turkey. 2007 IEEE Industry Applications Annual Meeting. doi: https://doi.org/10.1109/07ias.2007.67
  11. Toma, A. I., Popa, G. N., Iagar, A., Deaconu, S. I. (2010). Experimental analysis of electric parameters of a 100 t UHP electric arc furnace. 2010 IEEE International Conference on Industrial Technology. doi: https://doi.org/10.1109/icit.2010.5472563
  12. Łukasik, Z., Olczykowski, Z. (2020). Estimating the Impact of Arc Furnaces on the Quality of Power in Supply Systems. Energies, 13 (6), 1462. doi: https://doi.org/10.3390/en13061462
  13. Khalik, H., Aziz, M. M. A., Farouk, E. (2011). Improvement of Power System Distribution Quality Due to Using Dc-Converter Loads and Electric Arc Furnaces. New York Science Journal, 4 (12), 10–19.
  14. Mayordomo, J. G., Prieto, E., Hernandez, A., Beites, L. F. (2000). Arc furnace characterization from an off-line analysis of measurements. Ninth International Conference on Harmonics and Quality of Power. Proceedings (Cat. No.00EX441). doi: https://doi.org/10.1109/ichqp.2000.896877
  15. Donsión, M. P., Oliveira, F. (2007). AC arc furnaces flicker measurement with and without a SVC system connected. Renewable Energy and Power Quality Journal, 1 (05), 785–788. doi: https://doi.org/10.24084/repqj05.383
  16. Issouribehere, P. E., Issouribehere, F., Barbera, G. A. (2005). Power quality measurements and operating characteristics of electric arc furnaces. IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2005. doi: https://doi.org/10.1109/pes.2005.1489388
  17. Lu, C.-W., Huang, S.-J., Huang, C.-L. (2000). Flicker characteristic estimation of an AC electric arc furnace. Electric Power Systems Research, 54 (2), 121–130. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7796(99)00080-2
  18. Nikoloski, L., Rafajlovski, G. (2000). Power quality aspects of arc steel melting furnace. A case study. 2000 10th Mediterranean Electrotechnical Conference. Information Technology and Electrotechnology for the Mediterranean Countries. Proceedings. MeleCon 2000 (Cat. No.00CH37099). doi: https://doi.org/10.1109/melcon.2000.879681
  19. Larsson, T., Poumarede, C. (1999). STATCOM, an efficient means for flicker mitigation. IEEE Power Engineering Society. 1999 Winter Meeting (Cat. No.99CH36233). doi: https://doi.org/10.1109/pesw.1999.747380
  20. Mustafa, D., Sridhar, P., Bhaskar, V., Aditya, P. (2017). Compensation of Voltage Flicker by Using Statcom and Facts Devices. International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering, 5 (8), 122–130. Available at: https://www.ijireeice.com/upload/2017/august-17/IJIREEICE%2020.pdf
  21. Tadivaka, T., Srikanth, M., Muni, T. V. (2014). THD reduction and voltage flicker mitigation in power system base on STATCOM. International Conference on Information Communication and Embedded Systems (ICICES2014). doi: https://doi.org/10.1109/icices.2014.7034161
  22. Vorganti, D., Sriram, C. (2014). Implementation of SPWM Technique in D-STATCOM for Voltage Sag and Swell. International Electrical Engineering Journal (IEEJ), 5 (12), 1649–1654.
  23. Couvreur, M. (2001). The concept of short-circuit power and the assessment of the flicker emission level. 16th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2001). doi: https://doi.org/10.1049/cp:20010765
  24. DeDad, J. (2007). Flicker: Causes, Symptoms, and Cures. Electrical Construction and Maintenance. Available at: https://www.researchgate.net/publication/298602970
  25. Igbinovia, F. O., Fandi, G., Svec, J., Muller, Z., Tlusty, J. (2015). Comparative review of reactive power compensation technologies. 2015 16th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). doi: https://doi.org/10.1109/epe.2015.7161066
  26. Naderi, Y., Hosseini, S. H., Ghassem Zadeh, S., Mohammadi-Ivatloo, B., Vasquez, J. C., Guerrero, J. M. (2018). An overview of power quality enhancement techniques applied to distributed generation in electrical distribution networks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 93, 201–214. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.013
  27. Jirange, S. N., Kinge, A. P. (2017). A Review on Power Quality Compensation Devices. International Journal of Scientific Development and Research (IJSDR), 2 (9), 29–36.
  28. Shahgholian, G., Golibagh, M. (2012). Compensation for Power Quality Improvement in Electric Arc Furnace with Considering Economic Index. Majlesi Journal of Electrical Engineering, 6 (1), 62–69.
  29. Chandra, B., Visali, N. (2013). Optimal Placement of SVC with Cost Effective Function Using Particle Swarm Optimization. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 1 (2), 41–45. Available at: http://warse.org/pdfs/2013/ijeter02122013.pdf
  30. Grunbaum, R., Dosi, D., Rizzani, L. (2005). SVC for maintaining of power quality in the feeding grid in conjunction with an electric arc furnace in a steel plant. 18th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2005). doi: https://doi.org/10.1049/cp:20051037
  31. Gajjar, K., Patel, P., Rawal, D. (2017). Modelling and Simulation of STATCOM Device for Voltage Flickering Mitigation. National Conference on Emerging Trends, Challenges & Opportunities in Power Sector. Published by IJSRD, 72–80. Available at: https://www.academia.edu/31706912
  32. VeeraRaghava, J. H. V., Sekhar, K. C. (2012). Effective Mitigation of Voltage Flicker in Power System using 12-Pulse Converter based Statcom. International Journal of Computer Applications, 44 (18), 22–26. doi: https://doi.org/10.5120/6363-8458
  33. Hackl, G., Renner, H., Krasnitzer, M., Hofbauer, C. (2012). Electric Arc Furnace with Static Var Compensator – Planning and Operational Experience. 10th EEC European Electric Steelmaking Conference. Graz, 457–464.
  34. Liberado, E. V., Souza, W. A., Pomilio, J. A., Paredes, H. K. M., Marafao, F. P. (2013). Design of static VAr compensator using a general reactive energy definition. International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation 2013 (ISNCC 2013). doi: https://doi.org/10.1109/isncc.2013.6604455
  35. Yanushkevich, A., Müller, Z., Švec, J., Tlustý, J., Valouch, V. (2014). Power Quality Enhancement using STATCOM with Energy Storage. Renewable Energy and Power Quality Journal, 349–354. doi: https://doi.org/10.24084/repq12.336
  36. Yazdani, A., Crow, M. L., Guo, J. (2009). An Improved Nonlinear STATCOM Control for Electric Arc Furnace Voltage Flicker Mitigation. IEEE Transactions on Power Delivery, 24 (4), 2284–2290. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2009.2027508
  37. Pires, I. A., Cardoso, M. M. G., Cardoso Filho, B. J. (2016). An Active Series Reactor for an Electric Arc Furnace: A Flexible Alternative for Power-Flow Control. IEEE Industry Applications Magazine, 22 (5), 53–62. doi: https://doi.org/10.1109/mias.2015.2459093
  38. Samet, H., Ghanbari, T., Ghaisari, J. (2014). Maximizing the transferred power to electric arc furnace for having maximum production. Energy, 72, 752–759. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.05.105
  39. Gała, M. (2019). Praca pieca łukowego AC w systemie elektroenergetycznym. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, 1 (12), 248–253. doi: https://doi.org/10.15199/48.2019.12.56
  40. Elnady, A., Salama, M. M. A. (2007). Mitigation of the voltage fluctuations using an efficient disturbance extraction technique. Electric Power Systems Research, 77 (3-4), 266–275. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2006.03.011
  41. Malinovskyi, A., Turkovskyi, V., Muzychak, A., Turkovskyi, Y. (2018). The Efficient Power Supply Scheme of Alternating Current Electric Arc Furnaces. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559585
  42. Turkovskyi, V., Malinovskyi, A., Muzychak, A., Turkovskyi, O. (2019). The Simulation and Analysis of the Probabilistic Characteristics of Schemes for Power Supply of Electric Arc Furnaces in Non-symmetric Modes. 2019 IEEE 20th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). doi: https://doi.org/10.1109/cpee47179.2019.8949144
  43. Volkov, I. V., Gubarevich, V. N., Isakov, V. N., Kaban, V. P. (1981). Printsipy postroeniya i optimizatsiya shem induktivno-emkostnyh preobrazovateley. Kyiv: Naukova dumka, 173.
  44. Volkov, I. V., Styazhkin, V. P., Podol'niy, S. V. (2009). Sistemy stabilizirovannogo toka dlya avtomatizirovannyh elektroprivodov. Pratsi Instytutu elektrodynamiky Natsionalnoi akademiyi nauk Ukrainy, 23, 64–71.
  45. Malinovskyi, A. A., Turkovskyi, V. H., Muzychak, A. Z., Turkovskyi, Y. V. (2019). Peculiarities of the reactive power flow in the arc furnace supply circuit with improved electromagnetic compatibility. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 79–86. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-2/10
  46. Turkovskiy, V. G., Zhovnir, Yu. M. (2001). Obosnovanie effektivnosti primeneniya ustanovki stabilizatsii rezhima v sisteme elektrosnabzheniya dugovyh staleplavil'nyh pechey peremennogo toka. Promyshlennaya energetika, 5, 40–44.
  47. IEC 61000-4-15 Ed. 2.0 b:2010. (2010). Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-15: Testing and Measurement Techniques. Flickermeter - Functional and Design Specifications.
  48. Ivanov, V. S., Sokolov, V. I. (1987). Rezhimy potrebleniya i kachestvo elektroenergii sistem elektrosnabzheniya promyshlennyh predpriyatiy. Moscow: Energoatomizdat, 336.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Turkovskyi, V., Malinovskyi, A., Muzychak, A., & Turkovskyi, O. (2020). Використання перетворювачів сталий струм – стала напруга для ефективного зниження коливань напруги у мережах живлення дугових сталеплавильних печей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (108), 54–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.219439

Номер

Том 6 № 8 (108) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Volodymyr Turkovskyi, Anton Malinovskyi, Andrii Muzychak, Olexandr Turkovskyi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.