谐波的统计特征估计和闪烁的电弧炉给料机

1、谐波的统计特征估计和闪烁的电弧炉给料机摘要：本文提出的估计结果谐波与闪变对一个交流的随机特性和直流电弧炉线。这些特性包括平稳性，正规性和相关性。此外，对该统计概率进行评估。该估计和评估是通过基于PC的虚拟现实仪器系统。结果表明：（1）最谐波与闪变的特点是热循环的不同阶段为两个固定或弱固定交流和直流炉供料器之间，但其大部分概率密度函数不是正态分布的，（2）谐波失真和交流电压闪变炉超过当前可用的范围，（3）的直流电流炉上有比交流炉的电能质量影响较小。关键词：电能质量，谐波，闪变，电弧炉一、引言 电弧炉（EAF）是一种相对简单和高效的用于钢铁工业的设备，它已被广泛地用于熔化废钢和粒料1-3。变压器供

2、电的电弧炉的功率可能会达到100兆伏安;因此，它通常是在电力供给器的最大的单一负载。通常，一个电弧炉的工作过程通过熔化废钢炼钢是间歇式的4，一轮接着一轮，在一轮几分钟的时间内的废料再充电有一些可能的打断。并且废料熔化可分为三个时期压倒，熔化和精炼。在压倒和熔化时期，电弧电流急剧变化，因为废钢在石墨电极之间连续梅尔顿和不规则塌陷。因此，这状态相当于电炉电路的随机变化之间的短路，断路和电弧的非线性模型。为了提高钢的生产，避免不合理的炉腔容积，所述废料通常在精制前被再充电的两到三倍。在每一轮中，由于功率需求限制也有一些额外的电源中断，维护，抽样检验等。由于非线性电压 - 电流特性（VI），并表示如上

3、述的急剧电流变化，电弧炉的操作可能混入大量谐波进入电力网络而导致过大的电压波动。由于电压和电流失真不利于附近的炼钢车间的其它工作，闪光可能是对于附近的客户的感知和反应。5,6 电炉操作得到了广泛的关注。 对于电弧炉操作的测量和特性估计起到基本的和重要的作用，因为该结果提供了一个补偿电路7的设计中的关键信息。在参考8和9，基本的统计测试被用来检查电炉的运行情况，并建议用抽样检查的策略。然而，试验仅进行了一个相对短的时间，并不是完整的一轮。此外，总谐波失真因素中，闪烁分量和代表闪烁指标，如闪烁严重程度或同等10赫兹闪烁（AV10），都不包括在其中10。因为在一轮中的谐波失真是一个随机过程，概率曲线

4、如累计概率函数也被推荐11。 基于上述考虑，电压和交流电流信号和直流电弧炉料器由数字数据记录器记录许多轮，并且随机的谐波和闪烁特性被通过基于PC机的虚拟仪器系统测试。其特点包括：（1）平稳总谐波畸变率（THD），总需求畸变率（TDD），AV10和AI10;（2）正常的THD，TDD，AV10和AI10变化;（3）THD与TDD和AV10与AI10的相互关系。此外，基本的统计参数，例如平均值，标准差，都被计算在内，并且对THD，TDD ，AV10和Al1o的水平在10的累积概率进行了评估。测试算法，该仪器和测量系统，和测试结果示于下面的章节。二、估计算法 由于大量的数据和空间的限制，尽管有个别的

5、谐波分量和闪烁分量使用基于FFT的算法都可以通过频谱分析10，只有THD，TDD AV10和AI10进行测试和评估。估计的过程示于图1，各功能块被描述为如下：A. 参数设置为原始数据采集：PT的转化因子'和CT的“电力系统的比率和模拟数字转换器（ADC）的参数必须被确定。谐波分析，原电压和电流信号将在3840赫兹为一个周期的频率进行采样，并且将FFT算法可以用来计算每隔一秒的谐波。另一方面，电压和电流将在480赫兹的速率被采样128个周期，并且闪烁计算用三秒钟完成。参数研究设置原始数据采集信号采样和原始数据存储谐波与闪变计算统计参数演算随机特性试验1. 电压和电流信号的转换因子；2.

6、电压和电流信号的取样： a.原始数据采样率：3840Hz（或480Hz); b.截断时间：1个周期（或128次）; c.谐波（或闪烁）计算：1秒（或3秒）1. 基于FFT的谐波分析（基于FFT的振幅计算）2. 谐波失真系数的计算（基于FFT的闪烁解调）3. THD和TDD时序4. 等效闪烁时间顺序1. 平均值和标准偏差值的计算2. 概率密度的计算3. 累积概率计算4. 逆累积概率估计1. 平稳性：运行测试2. 常态：卡方检验3. 相关性检验 图.1 流程图测试的随机特性，并估计电弧炉馈线的谐波失真和闪烁的基本统计参数。B.信号采样和原始数据存储：操作电压和交流与直流电弧炉的电流信号分别记录在不

7、同的设备。这些信号随后被播放并取样，在实验室中，并且该数字数据的每个完整的一轮被存储为随机特性分析。C.谐波和闪烁计算：FFT用于分析从原始数据采样的谐波，并且THD和TDD可以根据自己的定义公式分别计算。这些THD和TDD，然后放入不同的数据文件中的时间序列。同样地，闪烁成分高达30赫兹可以从基于FFT的解调算法10可以看出，用这些闪烁分量来计算AV10和AI10可用以下公式：Vn（ln）：n阶电压（电流）闪烁 组件。 n：在Fn的闪烁频率的感知灵敏度的因素。 Vrms：128均方根值的平均值， 在AV10和AL10的不同阶段，然后是 分别存储在时间序列。D.统计参数计算：所有的THD，TD

8、D，AV10和AI10数据划分为不同的阶段包括初级充电（PC）。第1次充电（1 RC），第2充电（2RC），第3充电（3RC）和精炼（RF）。然后，基本统计参数计算每个周期。第二，概率密度进行了计算根据最大值将数据分成20等间隔。最后，该累积概率函数分别通过三次样条拟合建立，并且THD，TDD AV10和Al1o值在10的累积概率是预计的窜改。E.随机特性试验：THD，TDD，AV10和AI10不同时期的数据被等分成20的间隔，并且运行测试方法用于检查平稳性。可接受的范围为20个样本将是从相对于中值在500显着性水平为615变化。THD，TDD，AV10，和AL10的概率密度函数是通过使用合适

9、的卡方检验得出的。最后，计算THD，TDD AV10和Al1o向量的相关系数，并且他们的统计依赖关系可以从结果中发现。3、 仪器系统和测试馈线 算法的统计信息的参数估计和图1所示的随机特性测试由个人计算机（PC）的仪器系统12来实现。仪器系统的硬件是由信号变换模块，一个ADC接口卡，和一个PC系统。该软件是由图形编程语言编码。此外，图2描绘了测试交流和直流电弧炉馈线的单线图。图2（a）示出了一个1 0-MVA的反应器中的次要主变压器和交流40-MVA电炉变压器之间引入。它也注意到静态闪烁补偿器具有29MVA容量并联连接至馈线。图。2.（b）表示直流电弧炉是用41-MVA容量的电炉变压器，并且将

10、反应器安装在可控整流器的直流侧。4、 测试结果 图3示出的在熔断期间的交流和直流电弧炉的典型动作波形，失真可以容易地由电压和交流电弧炉的电流信号建立。图 4表示了振幅变动。图5和图6分别显示了典型的THD和AV1o不同的电弧炉趋势。统计参数估计和随机特性试验结果说明如下：A. 统计参数计算和估算 THD，TDD AV10和AI10的交流和直流电弧炉的表1和表2列出了基本的统计参数。可以看出，该交流电弧炉的所有最大的THD值超过限度14。此外，最大值，平均值，和AV10的IACP10熔点不同时期期间，也有超过0.45的感知限度。另一方面，直流电弧炉的THD，TDD和AL10值小于限制，但AV10

11、大于0.45。该最大值和THD和AV10在表l，表2的平均值表明，直流电弧炉比交流电弧炉具有更好的谐波与闪变特性。图2.单行测试电弧炉系统的图，（a）交流电弧炉，（b）直流电弧炉B.随机特性试验 1.平稳性：表3和表4分别列出了交流和直流电弧炉中测试结果。可以看出，大部分的THD，TDD AV10和AI10变化在不同时期是平稳或弱平稳的。 2.常态：图7显示出的典型的概率分布，它表示实际和THD和AV1O在阶段S中的主充电时间的正态分布。由于差异（SSOD）的求和平方大于27.59的5显着性水平，以通过正态性检验的值，概率不是正态分布。表5和表6列出的交流和直流电弧炉典型的正态性检验结果，可以

12、看出，多数情况下除了有AV1O和AI10如此不正常的分布函数在交流电弧炉的第二充电期。 3.相关性：在表7和表8中列出的系数说明的交流和直流电弧炉中THD vs TDD和AV1O vs AI10的典型相关性。从这些表中，可以看出，THD vs TDD和AV10 vs AI10。在相同的相位向量是高度相关的，因为它们的系数都超过0.9。此外，THD,TDD ,AV10,AI10在不同相的变化，不能被视为独立的随机变量，由于它们的高系数的值（大于0.6），在其他时间段和轮次发现类似的结果。图3.在熔断期间的典型的电压和电流波形表示了（a）交流电弧炉，（b）直流电弧炉的谐波失真图4.在熔断期间的典型

13、的电压和电流波形表示了（a）交流电弧炉，（b）直流电弧炉的振幅变动图5.典型的电压TUD趋势不同的电弧炉，（a）交流电弧炉，（b）直流电弧炉 图6.针对不同的电弧炉典型AV10趋势，（a）交流电弧炉，（b）直流电弧炉表1.谐波与闪变的统计参数的计算和逆累计概率估计为R相在交流电弧炉废钢不同时期崩溃的典型结果表2.谐波与闪变的统计参数的计算和逆累计概率估计为R相在直流电弧炉废钢不同时期崩溃的典型结果表3.不同的危机时期的交流电弧炉的平稳性检验结果表4.不同的危机时期的直流电弧炉的平稳性检验结果图7.典型概率分布的正态性检验（a）THD变体，（b）AV10在主充电废钢熔化期间的S相电压。5、 结论

14、 对本文中的交流和直流电弧炉总电压谐波失真因数（THD），总电流需求谐波失真（TDD），相当于10Hz的电压一电流闪动（AV10和AI10）的随机特性进行测试。基本统计参数进行了计算，并估计不同的报废危机时期。其结果可以得出结论如下： 1.基于1秒的谐波和3秒闪烁采样周期的随机特性的测试结果：THD，TDD ，AV10和AI10的大多数变体，TDD AV10和AL10是至少为弱静止的，但它们的概率密度不是正态分布函数。此外，THD，TDD AV10和AI10中同相载体是高度相关的，相关系数大于0.8，并且它们不能被看作是独立的事件统计是因为大多数不同相之间的统计独立的事件都超过0.5。 2.对

15、于交流电弧炉，所有的THD的最大值，TDD和AV10超过当前可用的限额。 3.在直流电弧炉中，THD，TDD和AI10值低于限制值，但AV10超过了限制的0.45。 4.直流电弧炉受电源质量影响较小，因为THD和AV10的统计参数值小于交流电弧炉。表5.典型的正态性检验结果进行了交流电弧炉的不同危机时期表6.典型的正态性检验结果进行了直流电弧炉的不同危机时期表7.THD vs TDD和AV10 vs AI10在交流电弧炉一次充电周期的典型相关表8.THD vs TDD和AV10 vs AI10在直流电弧炉一次充电周期的典型相关6、 致谢 作者感谢台湾科学委员会，项目NSC94-213-E151

16、-018的资金支持。七、参考文献 1 J. D. Lavers, B. Danai, P. P. Bringer, D. J. Chee-Hing, "A Methodof Examing in Detail Electric Arc Furnace Performance," IEEETrans. on IA, 21(1), Jan./Feb. 1985, P.P. 137-145. 2 S. R. Mendis, M. T. Bishop, A. V. Do, D. M. Boyd, "Investigationof Trasmission System Vo

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19、6, P. P. 471-479. 6 S. R. Mendis, D. A. Gonzalez, "Harmonic and TransientOvervoltage Analysis in Arc Furnace Power Systems," IEEE Trans, on IA, 28(2), March/April,1992,P.P.336-342. 7 B. Bhargava, "Arc Furnace flicker measurements and control,"IEEE Trans. on PWRD, 8(1), 1993, PP.

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