SU1103215A1 - Automatic system for controlling electric furnace compensating capacitor tank - Google Patents

Abstract

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ , содержаща  трансформатор тока и тиристорные ключи со схемой управлени , отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности компенсации реактивной мощности, она снабжена датчиком нул  напр жени , счетчиком времени фазовой задержки тока, датчиком нул  тока, фильтром первой гармоники тока, фильтром первой гармоники напр жени , блоком вычислени  первой производной тока по времени, двум  ключами, блоком вычислени  квадрата котангенса фазьь тока, блоком вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи, выполненным согласно выражению С.llll , 00 Ua Ci i) L И Й С ti -1 о) где i(-i)-производна  тока; - -частота; Uax-напр жение на зажимах конденсаторной батареи; to -момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники напр жением нулевого значени ; tj-момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники током нулевого значени , причем фильтр первой гармоники напр жени  подключен к зажимам дл  подключени  к конденсаторной батарее, выход фильтра первой гармоники напр жени  подключен через последовательно соединенные датчик нул  напр жени , счетчик времени фазовой сл задержки, блок вычислени  квадрата котангенса фазы тока к блоку вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи, к второму входу которого через ключ подключен второй выход фильтра первой гармоники напр жени , к третьему входу блока вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи через второй ключ и блок вычислени  первой произоо водной тока по времени подключен фильтр первой гармоники тока, соединенный с трансN5 СЛ форматором тока, второй выход фильтра первой гармоники тока соединен с датчиком нул  тока, соединенным со счетчиком времени фазовой задержки и с двум  ключами; а выход блока вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи подключен к схеме управлени  тиристорными ключами.AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF COMPENSATING ELECTRICAL POWER BATTERY CONDENSING BATTERY, containing a current transformer and thyristor keys with a control circuit, characterized in that, in order to improve the accuracy of reactive power compensation, it is equipped with a voltage sensor, a phase delay timer, sensor, phase delay timer, sensor, and a phase delay sensor, sensor, and a phase sensor. the first harmonic of the current, the filter of the first harmonic of the voltage, the unit for calculating the first derivative of the current over time, two keys, the unit for calculating the square of the cotangent phase of the current, bl The computation of the required capacitor bank capacitance value is made according to the expression C.llll, 00 Ua Ci i) L AND C C ti -1 o) where i (-i) is the derivative of the current; - frequency; Uax-voltage at the capacitor battery terminals; to -the time corresponding to the first harmonic crossing by a zero voltage; tj-moment of time corresponding to the intersection of the first harmonic with a zero current, the first harmonic filter of the voltage is connected to the terminals for connecting to a capacitor battery, the output of the filter of the first voltage harmonic is connected through a series-connected voltage zero sensor, time counter calculating the square of the cotangent of the current phase to the unit calculating the required capacitance of the capacitor battery, to the second input of which a second filter output is connected via a key voltage harmonics, to the third input of the capacitor battery required capacitance value calculator through the second switch and the first current output time calculator, the first current harmonic filter connected to the transN5 SL current transformer is connected, the second current harmonic filter output is connected to the current zero sensor connected to a phase delay time counter and with two keys; and the output of the block for calculating the required capacitor bank capacitance is connected to the thyristor key control circuit.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, в частности к устройствам управлени  конденсаторными батаре ми электрических печей .The invention relates to electrical engineering, in particular, to control devices for capacitor banks of electric furnaces.

Известен регул тор мощности типа АРИК индукционной электропечи, управл ющий конденсаторной батареей печи, при отклонении величины cos У от заданных границ изменени , включающий трансформаторы тока и напр жени , блок вычислени  cos(f и блок сравнени , сигнал которого поступает на блок управлени  контакторами конденсаторной батареи 1.A power regulator of the ARIC type induction electric furnace is known, which controls the capacitor battery of the furnace when the value of cos Y deviates from the predetermined change limits, including current and voltage transformers, cos calculation unit (f and comparator, the signal of which goes to the capacitor bank contactors control unit one.

Известно автоматическое устройство типа АРКОН, управл ющее конденсаторной батареей в функции изменени  либо напр жени , либо реактивной составл ющей тока нагрузки и включаюпшй трансформаторы тока , командный блок выдающий сигналы управлени  контакторами 2.An automatic device of the ARKON type is known that controls a capacitor battery as a function of changing either the voltage or the reactive component of the load current and switching on the current transformers, the command unit that produces control signals for the contactors 2.

Однако известные устройства характеризуютс  низкой точностью компенсации реактивной мощности нагрузки, недостаточной скоростью коммутации конденсаторных батарей в силу наличи  механических устройств контакторов.However, the known devices are characterized by low accuracy of reactive power compensation of the load, insufficient switching speed of capacitor banks due to the presence of mechanical devices of the contactors.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  автоматическа  система управлени  компенсирующей конденсаторной, батареей электропечи, содержаща  тра}1сформатор тока и тиристорные ключи со схемой управлени  3.Closest to the offer is an automatic compensating capacitor control system, an electric furnace battery containing a current transformer and thyristor switches with a control circuit 3.

Недостатками известного устройства  вл ютс  управление конденсаторной батареей по необходимой реактивной мощности, что делает всю установку компенсации реактивной мощности зависимой от напр жени  сети к которой она подключаетс  (обычно на 20-110 кВ), необходимость применени  дл  управл емой части компенсирующей установки дополнительного понижающего трансформатора, относительно низка  точность определени  необходимой реактивной мощности конденсаторной батареи, так как не учитываетс  напр жение на шинах батареи, а мощность батареи  вл етс  функцией квадрата напр жени , приложенного к ней. Следствием  вл етс  неполна  ко.мпенсаци  реактивной мощности, дополнительна  загрузка печного трансформатора реактивны.ми составл ющими токов, что ведет к снижению производительности работы печи.The disadvantages of the known device are the control of a capacitor battery for the required reactive power, which makes the entire reactive power compensation installation dependent on the network voltage to which it is connected (typically 20-110 kV), the need for an additional downconverter for the controlled part of the compensating installation, The accuracy of determining the required reactive power of a capacitor battery is relatively low, since the voltage on the tires of the battery and the power of the batteries are not taken into account. It is a function of the square of voltage applied to it. The result is incomplete compensation of reactive power, additional loading of the furnace transformer with reactive components of the currents, which leads to a decrease in the performance of the furnace.

Цель изобретени  - повышение точности компенсации реактивной мощности.The purpose of the invention is to improve the accuracy of reactive power compensation.

Указанна  цель достигаетс  тем, что автоматическа  система управлени  компенсирующей конденсаторной батареи, содержаща  трансформатор тока и тиристорные ключи со схемой управлени  снабжена датчиком нул напр жени , счетчиком времени фазовой задержки тока, датчиком нул  тока , фильтром первой гармоники тока, фильтром первой гармоники напр жени , блокомThis goal is achieved by the fact that the automatic control system of a compensating capacitor battery, containing a current transformer and thyristor switches with a control circuit, is equipped with a voltage zero sensor, a phase delay time current meter, a current zero sensor, a first harmonic filter, a first voltage harmonic filter, a unit

вычислени  первой производной тока по времени, двум  ключамк, блоком вычислени  квадрата котангенса фазы тока, блоком вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи, выполненным согласно выражениюcalculating the first time derivative of the current, two keys, a block calculating the square of the cotangent of the current phase, a block calculating the required capacitance of the capacitor battery, made according to the expression

,- LHi},, - lhi},

tt)Uax(t,);ittteJtt7(ti- to) tt) Uax (t,); ittteJtt7 (ti- to)

где )-производна  тока;where) is the derivative of current;

UJ -частота;Uj frequency;

Уд - напр жение на зажимах конденсаторной - батареи;Ud - voltage at the terminals of the capacitor - battery;

to - момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники напр жением нулевого значени ;to is the point in time corresponding to the first harmonic crossing by a zero voltage;

tj -момент времени, соответствующийtj is the time corresponding to

пересечению первой гармоники током нулевого значени , причем фильтр первой гармоники напр жени  подключен к зажимам дл  подключени  к конденсаторной батарее, выход фильтра первой гармоники напр жени  подключен через последовательно соединенные датчик нул  напр жени , счетчик времени фазовой задержки, блок вычислени  квадрата котангенса фазы тока к блоку вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи, к второму входу которого через ключ подключен второй выход фильтра первой гармоники напр жени , к третьему входу блока вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи через второй ключ и блок вычислени  первой производной тока по времени подключен фильтр первой гармоники тока, соединенный с трансформатором тока, второй выход фильтра первой гармоники тока соединен с датчиком нул  тока, соединенным со счетчиком времени фазовой задержки и с двум  ключами, а выход блока вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи подключен к схеме управлени  тиристорными ключами.the intersection of the first harmonic current is zero, the first harmonic filter is connected to the terminals for connecting to a capacitor battery, the output of the first voltage harmonic filter is connected via a series-connected voltage zero sensor, phase delay counter, block calculating the square of the current phase cotangent to the block calculating the magnitude of the required capacitor bank capacity, to the second input of which, via a switch, is connected the second output of the first voltage harmonic filter, to the third input of the unit For calculating the required capacitor bank capacitance, a first current harmonic filter connected to a current transformer is connected through a second switch and a first current derivative calculation unit, and a second current harmonic filter output is connected to a current zero sensor connected to a phase delay counter and two keys, and the output of the unit for calculating the required capacitor bank capacitance is connected to the thyristor key control circuit.

На фиг. 1 приведена блок-схема автоматической системы управлени  компенсирующей конденсаторной батареей электропечи; на фиг. 2 - схема замещени  электротермической установки; на фиг. 3 - графики изменени  первых гармоник тока и напр жени  электротермической установки в функции времени.FIG. 1 shows a block diagram of an automatic control system of an electric furnace compensating capacitor battery; in fig. 2 shows a replacement circuit for an electrothermal unit; in fig. 3 - graphs of the variation of the first harmonics of the current and the voltage of the electrothermal installation as a function of time.

Автоматическа  система управлени  компенсирующей конденсаторной батареей включает датчик 1 нул  напр жени , запитанный от первого выхода фильтра 2 первой гармоники напр жени  и подключенный к первому входу счетчика 3 времени фазовой задержки тока, к второму входу которого подключен первый выход датчика 4 нул  тока , запитанного от первого выхода фильтраThe automatic control system of the compensating capacitor battery includes a voltage sensor 1 zero, fed from the first output of the filter 2 of the first voltage harmonic and connected to the first input of the counter 3 times the phase delay of the current, to the second input of which the first output of the sensor 4 zero connected to the first is connected filter output

5 первой гармоники тока, второй выход которого соединен с входом блока 6 вычислени  первой производной тока по времени, а выход последнего подключен к инициативному первому входу первого ключа 7, второй вход которого подключен к второму выходу датчика 4 нул  тока, а выход первого ключа 7 подключен к первому входу блока 8 вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи 9, второй вход которого соединен с выходом блока 10 вычислени  квадрата котангенса фазы тока, запитанного от выхода счетчика 3 времени фазовой задержки тока, а третий вход блока 8 вычислени  требуемой емкости запитан от второго ключа 11, соединенного с вторым вы ходом фильтра 2 первой гармоники напр жени , а управл ющий вход второго ключа 11 соединен с третьим выходом датчика 4 нул  тока, выход блока 8 вычислени  требуемой емкости соединен со схемой 12 управлени  тиристорными ключами 13. Блок 8 вычислени  величины требуемой емкости конденсаторной батареи содержит блок 14 сложени , блок 15 умножени , блок 16 делени , и блок 17 масштабировани . Автоматическа  система управлени  компенсирующей конденсаторной батареей работает следующим образом. Согласно схеме замещени  (фиг. 2) общее сопротивление нагрузки, подключенное к шинам трансформатора ЭТУ с низкой сторон ы u)CVr() .ir Vf-HCu,,) где -arct - шьв момент полной компенсации реактивной мощности «р 0. Использу  зависимость L + iR и, зна , что arcig (}3() можно определить все параметры использу  значени  токов и напр жени  за два момента времени t to; t tj. (фиг. 3). Тогда дл  этих значений можно составить систему уравнений f-arct$ uL- шс. afct Lax(to) L/(to)-fi(te) Uax(ti) LilV + fHtj) U4X(to) 0 iCti) 0 rcte- -Wtti-to). Реша  данную систему уравнений относительно неизвестного значени  емкости, получают (ti)И11 (,ц2ш Cti- to) Дл  организации вычислени  необходимого значени  емкости сигналы напр жени  и тока через фильтры 2 и 5 основных гармоник напр жени  и тока соответственно подаютс  на входы блоков, где полученна  информаци  обрабатываетс  по трем взанмосв зным цепочкам блоков. Перва  цепочка определ етс  напр жением в момент времени t tj. Дл  этого напр жение от выхода фильтра 2 основной гармоники подают на первый вход второго ключа 11 напр жени , последний фиксирует напр жение Удх (ti) в момент времени 1 tj и передает его на третий вход блока 8 вычислени  емкости, дл  чего управление вторым ключом 11 осуществлено от третьего выхода датчика 4 нул  тока, запитанного от первого выхода фильтра 5 основной гармоники тока. Датчик 4 в момент времени t tj или i О подает на второй вход второго ключа 11 команду на фиксацию и передачу зафиксированного значени  напр жени . Втора  цепочка - определение квадрата котангенса фазы тока. Дл  решени  этой задачи напр жение с первого выхода фильтра 2 основной гармоники напр жени  поступает на вход датчика 1 нул  напр жени , который в момент времени 1 to фиксирует значение напр жени  Uax(to) 0 и подает команду «Запуск на первый вход счетчика 3 времени, на второй вход которого поступает команда с первого выхода датчика 4 нул  тока в момент времени t tf, когда i 0. По этой команде счетчик 3 передает накопленную информацию временную задержку тока относительно напр жени  At tj - to на вход блока 10 вычислени  квадрата котангенса фазового угла тока, после чего вычисленное значение квадрата котангенса фазы тока поступает на второй вход блока 8 вычислени  емкости. Треть  цепочка - вычисление производной тока по времени в момент t t. Дл  этого с второго выхода фильтра 5 основной гармоники тока сигнал по току поступает на вход блока 6 вычислени  производной тока, выход которого соединен с инициативным первым входом первого ключа 7 к второму управл ющему входу которого подключен второй выход датчика 4 нул  тока, в момент t tj или i О датчик 4 отдает команду первому ключу 7 на фиксацию значени  производной тока по времени и передачу полученной информации на первый вход блока 8 вычислени  требуемого значени  емкости конденсаторной батареи 9. В блоке 8 вычислени  требуемой емкости выполн ютс  следующие операции. После определени  напр жени  на выводах трансформатора в момент времени t tj, последнее через второй ключ 11 подаетс  на вход блока 17 масштабировани  (в масштабе ш ), после чего измененный сигнал поступает на второй вход блока 15 умножени , на первый вход которого поступает сигнал от выхода блока 14 сложени , в котором происходит увеличение полученного в блоке 10 значени  квадрата котангенса угла фазовой задержки тока печи относительно напр жени  на единицу. Полученна  информаци  в блоке 15 нодвергаетс  умножению и передаетс  на второй вход блока 16 л.елени , на первый вход которого поступает сигнал от первого ключа 7. Полученное таким образом значение требуемой емкости конденсаторной батареи нередаетс  на вход схемы 12 управлени  тиристорными ключами 13 конденсаторной батареи 9, что приводит к необходимым переключени м ее секций.5 of the first current harmonic, the second output of which is connected to the input of block 6 for calculating the first derivative of current over time, and the output of the latter is connected to the initiative first input of the first switch 7, the second input of which is connected to the second output of the current sensor 4 zero, and the output of the first switch 7 is connected to the first input of the block 8 for calculating the required capacitance of the capacitor battery 9, the second input of which is connected to the output of the block 10 for calculating the square of the cotangent of the current phase fed from the output of the counter 3 of the current phase delay time, and t The retired input of the required capacitance calculation unit 8 is powered from the second key 11 connected to the second output of the first voltage harmonic filter 2, and the control input of the second switch 11 is connected to the third output of the current zero sensor 4, the output of the required capacitance calculator 8 is connected to the circuit 12 controlling the thyristor keys 13. The block 8 for calculating the magnitude of the required capacity of the capacitor battery comprises an addition unit 14, a multiplication unit 15, a division unit 16, and a scaling unit 17. The automatic control system of the compensating capacitor battery operates as follows. According to the replacement scheme (Fig. 2), the total resistance of the load connected to the transformer buses of the EGS from the low side s u) CVr () .ir Vf-HCu ,,) where -arct is the time of full reactive power compensation p 0. Using the dependency L + iR and, knowing that arcig (} 3 () can determine all parameters using the values of currents and voltages for two points in time t to; t tj. (Fig. 3). Then for these values you can make a system of equations f- arct $ uL-br. afct Lax (to) L / (to) -fi (te) Uax (ti) LilV + fHtj) U4X (to) 0 iCti) 0 rcte- -Wtti-to). Solving this system of equations for an unknown capacitance value, receive (ti) 11 (c2x cti-to). To organize the calculation of the required capacitance value, the voltage and current signals through the filters 2 and 5 of the main voltage and current harmonics are respectively fed to the inputs of the blocks, where the information received is processed in three separate intermediate block chains. The first string is determined by the voltage at time t tj. To do this, the voltage from the output of the main harmonic filter 2 is supplied to the first input of the second voltage key 11, the latter captures the voltage Ux (ti) at time 1 tj and transmits it to the third input of the capacitance calculation unit 8, for which control of the second key 11 implemented from the third output of the sensor 4 zero current fed from the first output of the filter 5 main harmonic current. The sensor 4 at the time t tj or i O sends to the second input of the second key 11 a command for latching and transmitting the fixed voltage value. The second chain is the definition of the cotangent square of the current phase. To solve this problem, the voltage from the first output of the filter 2 of the main harmonic of the voltage is fed to the input of the sensor 1 zero voltage, which at time 1 to fixes the voltage Uax (to) 0 and issues the command "Run to the first input of the counter 3 times the second input of which receives a command from the first output of sensor 4 zero current at time t tf, when i 0. By this command, counter 3 transmits the accumulated information time delay of the current relative to voltage At tj - to to input of block 10 for calculating the square of the cotangent of phase corner la current, after which the calculated value of the cotangent square of the current phase is fed to the second input of the capacitance calculation unit 8. The third chain is the calculation of the current derivative with respect to time at time t t. To do this, from the second output of the main current harmonic 5, the current signal is fed to the input unit 6 for calculating the derivative of the current, the output of which is connected to the initiative first input of the first switch 7 to the second control input of which the second output of the current zero sensor 4 is connected at time t tj or i О the sensor 4 commands the first key 7 to fix the value of the current derivative with respect to time and transmit the received information to the first input of the block 8 calculating the required capacitance capacitor battery 9. In block 8 calculating the required capacitive The following operations are performed. After determining the voltage at the terminals of the transformer at time t tj, the latter through the second key 11 is fed to the input of the scaling unit 17 (on the scale w), then the modified signal is fed to the second input of the multiplication unit 15, the first input of which receives the signal from the output an addition unit 14, in which the magnitude of the square of the phase delay of the furnace current relative to the unit voltage obtained in the unit 10 is increased relative to the voltage. The information received in block 15 is multiplied and transmitted to the second input of a 16 liter block, the first input of which receives a signal from the first key 7. The value of the required capacitance battery capacity thus obtained is not input to the input of the thyristor switch 13 of the capacitor battery 9, which leads to the necessary switching of its sections.

Предлагаемое устройство позвол ет управл ть конденсаторной батареей в каждый полупериод изменени  напр жени , что повышает качество компенсации реактивной МОШ.НОСТИ, а последнее позвол ет пропустить через трансформатор ЭТУ большую активную мощность, повысить за счет этого скорость плавки, а следовательно, производительность работы ЭТУ и разгрузить сети электроснабжени  от излишних перетоков реактивной мощности.The proposed device allows to control a capacitor battery in each half-period of voltage variation, which improves the quality of compensation of the reactive MOUNT. And the latter allows a greater active power to be passed through the ETU transformer, thereby increasing the melting speed and, consequently, the performance of the ETU and unload power supply networks from excessive reactive power flows.

U(t)U (t)

Фиг.22

Claims (1)

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащая трансформатор тока и тиристорные ключи со схемой управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности компенсации реактивной мощности, она снабжена датчиком нуля напряжения, счетчиком времени фазовой задержки тока, датчиком нуля тока, фильтром первой гармоники тока, фильтром первой гармоники напряжения, блоком вычисления первой производной тока по времени, двумя ключами, блоком вычисления квадрата котангенса фазы· тока, блоком вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, выполненным согласно выражению i'(ti)_____________________ ou¹ Uax Ct ? L1 * (Ц- to) где i'(4)—производная тока;AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR COMPENSATING CAPACITOR ELECTRICAL FURNACE BATTERY, containing a current transformer and thyristor switches with a control circuit, characterized in that, in order to increase the accuracy of reactive power compensation, it is equipped with a voltage zero sensor, a current phase delay time counter, a current zero phase harmonic filter, a first filter current filter, the first voltage harmonic filter, the unit for calculating the first derivative of the current with respect to time, two keys, the unit for calculating the square of the cotangent of the phase · current, the unit in calculating the required capacitance of the capacitor bank, made according to the expression i '(ti) _____________________ ou ¹ Uax Ct? L1 * (Ts-to) where i '(4) is the derivative of current; -частота;-frequency; Uax—напряжение на зажимах конденсаторной батареи;Uax — voltage across the terminals of the capacitor bank; to - момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники напряжением нулевого значения;to is the point in time corresponding to the intersection of the first harmonic with a voltage of zero value; tj—момент времени, соответствующий пересечению первой гармоники током нулевого значения.tj is the moment of time corresponding to the intersection of the first harmonic with a current of zero value. причем фильтр первой гармоники напряже ния подключен к зажимам для подключения к конденсаторной батарее, выход фильтра первой гармоники напряжения подключен через последовательно соединенные датчик нуля напряжения, счетчик времени фазовой задержки, блок вычисления квадрата котангенса фазы тока к блоку вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи, к второму входу которого через ключ подключен второй выход фильтра первой гармоники напряжения, к третьему входу блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи через второй ключ и блок вычисления первой производной тока по времени подключен фильтр первой гармоники тока, соединенный с трансформатором тока, второй выход фильтра первой гармоники тока соединен с датчиком нуля тока, соединенным со счетчиком времени фазовой задержки и с двумя ключами; а выход блока вычисления величины требуемой емкости конденсаторной батареи под ключен к схеме управления тиристорными ключами.moreover, the filter of the first harmonic voltage is connected to the terminals for connection to a capacitor bank, the output of the filter of the first harmonic voltage is connected through a series-connected voltage zero sensor, a phase delay time counter, a unit for calculating the square of the cotangent of the current phase to the unit for calculating the required capacitance of the capacitor bank, to the second the input of which is connected via a key to the second output of the filter of the first voltage harmonic, to the third input of the unit for calculating the required capacitance value the first battery through the second key and the unit for calculating the first time derivative of the current, the filter of the first harmonic of the current is connected, connected to the current transformer, the second output of the filter of the first harmonic of the current is connected to the zero current sensor, connected to the phase delay time meter and with two keys; and the output of the unit for calculating the required capacitance of the capacitor bank is connected to the thyristor switch control circuit. >>