一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法.pdf

本发明涉及一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法对铁合金冶炼炉的运行过程中涉及到的生产过程和烘炉过程的变量和常数进行定义，根据铁合金冶炼炉的无功功率消耗与冶炼炉运行状态的关系，建立了铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型。本方法解决了电力系统运行人员对铁合金冶炼炉进行有功功率调度时，对铁合金冶炼炉无功功率变化的计算问题，为含铁合金冶炼炉的高载能企业参与新能源消纳提供了基础。以防止电力系统调节铁合金冶炼炉时造成短时的低电压，保证电力系统安全稳定运行。

1.一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法，其特征在于，该方法构建的
第i台铁合金冶炼炉在t时刻的稳态无功功率计算模型为：
$Q_t^{EF,i}-Q_{t-1}^{EF,i}={\mathrm{\α}}^i(P_{adj,t}^{EF,i}+P_{on}^{EF,i}{x}_t^{EF,i})+{\mathrm{\β}}_{start}^{\′i}{P}_{start,t}^{EF,i}-{\mathrm{\β}}_{shut}^i{P}_{shut,t}^{EF,i}+Q_{\mathrm{int}er}^{EF,i}\·(v_t^{EF,i}-u_t^{EF,i})$
其中上标i＝1,2,...,Ng，i为铁合金冶炼炉的编号，Ng为铁合金冶炼炉的数量，t＝1,
2,...,24为一个周期对应的小时时刻，一个周期共24小时，上标EF表示该变量或常数属于
铁合金冶炼炉模型，为第i台铁合金冶炼炉在t时刻所消耗的无功功率变量；αi为第i台
冶炼炉在生产过程中无功功率变化的斜率αi，该数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出；
为第i台冶炼炉在生产周期开始时刻的功率因数对应的角度，该数值由铁合金冶炼炉的运
行人员给出；为第i台冶炼炉在生产周期结束时刻的功率因数对应的角度，该数值由铁
合金冶炼炉的运行人员给出；为中间变量，无特殊含义；为第i
台铁合金冶炼炉在t时刻是否开始生产的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉生
产周期开始，为0表示该时刻不为铁合金冶炼炉生产周期开始的时刻；为第i台铁合
金冶炼炉在t时刻的生产周期是否结束的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉生
产周期结束，为0表示该时刻不为铁合金冶炼炉生产周期结束的时刻；为第i台铁合
金冶炼炉在t时刻的是否处于生产周期中的状态变量,为1时表示该时刻铁合金冶炼炉
正在生产，为0表示该时刻铁合金冶炼炉处于烘炉状态；为第i台铁合金冶炼炉生产
周期中的基本冶炼功率，铁合金冶炼炉的基本冶炼功率是铁合金冶炼炉的额定功率，为一
个常数(由铁合金冶炼炉确定)；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻生产周期中的调节功率
变量，铁合金冶炼炉的调节功率是铁合金冶炼炉生产运行人员超过额定功率进行生产时，
冶炼炉额外消耗的有功功率，由电力系统调度运行人员给出；为第i台铁合金冶炼炉在t
时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则
若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则为第i台铁合金冶
炼炉在t时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼炉在t时刻
则若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则为第i台冶炼炉
在烘炉状态的无功功率消耗，数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出。

一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法

技术领域

本发明涉及一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法，属于电力系统
运行和控制技术领域。

背景技术

近年来随着新能源装机容量的不断增长和新能源发电基地的建设，甘肃等新能源
发电装机容量富裕的区域出现严重的弃风弃光问题。由于国家政策支持，在甘肃等新能源
发电装机容量富裕地区建有高载能产业园区，产业园内建有铁合金冶炼企业、电解铝冶炼
企业等多个高载能企业，其负荷具有一定的调节能力，可参与电力系统运行，提高电网对弃
风弃光的消纳能力。当铁合金冶炼企业中的铁合金冶炼炉生产时有功功率消耗与无功功率
消耗是紧密耦合的。过去铁合金企业为减少容量费用成本，企业会将冶炼炉的生产周期错
开，因此其总的稳态有功功率和无功功率比较平稳，使用电容器等无功补偿装置可以比较
容易将负荷功率因数补偿到0.90以上。因此对于电力系统调度中心，一直将铁合金冶炼负
荷的稳态无功功率建模为有功功率与并网要求的最小功率因数之积。但当铁合金冶炼炉负
荷参与电力系统调节时，电力系统调度将改变冶炼炉的生产周期，进而铁合金企业的稳态
有功功率和无功功率将不是平稳的曲线，而电容器等无功补偿装置日内动作次数有限，无
法保证跟踪铁合金冶炼炉的无功功率变化进行补偿，也就无法保证负荷的功率因数总在
0.90以上。铁合金冶炼炉负荷的无功功率特性将在冶炼炉参与电力系统调度后发生变化，
在电力系统负荷预报中原有的计算模型为(0.9×有功功率预报)，该计算方法不考虑电力
系统调度对铁合金冶炼炉的影响，仍旧将铁合金负荷视为不可调节负荷，按并网功率因数
进行计算，无法准确计算铁合金冶炼炉在电力系统调度中心调节后的稳态无功功率消耗，
因而原有的铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型在铁合金冶炼炉参与电力系统调度后失
效。

发明内容

本发明的目的是为了解决原有的铁合金冶炼炉稳态无功功率模型在铁合金冶炼
炉参与电力系统调度后失效的问题，提出一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建
方法，本发明方法针对铁合金冶炼炉的无功功率消耗与各生产阶段的关系，建立铁合金冶
炼炉在不同的生产阶段下的稳态无功功率计算模型。该模型可以为电力系统运行人员提供
准确计算铁合金无功功率消耗的手段，从而为电力系统调度运行人员对铁合金冶炼炉进行
调度，并估计铁合金冶炼炉所接入的变压器电压水平提供基础。

本发明提出的一种铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型的构建方法，其特征在
于，该方法对铁合金冶炼炉的运行过程中涉及到的生产过程和烘炉过程的变量和常数进行
定义，根据铁合金冶炼炉的无功功率消耗与冶炼炉运行状态的关系，建立铁合金冶炼炉稳
态无功功率计算模型；构建的第i台铁合金冶炼炉在t时刻的稳态无功功率计算模型为：

$Q_t^{EF,i}-Q_{t-1}^{EF,i}={\mathrm{\α}}^i(P_{adj,t}^{EF,i}+P_{on}^{EF,i}{x}_t^{EF,i})+{\mathrm{\β}}_{start}^{\′i}{P}_{start,t}^{EF,i}-{\mathrm{\β}}_{shut}^i{P}_{shut,t}^{EF,i}+Q_{\mathrm{int}er}^{EF,i}\·(v_t^{EF,i}-u_t^{EF,i})$

其中上标i＝1,2,...,Ng，i为铁合金冶炼炉的编号，Ng为铁合金冶炼炉的数量，t＝
1,2,...,24为一个周期对应的小时时刻，一个周期共24小时，上标EF表示该变量或常数属
于铁合金冶炼炉模型，为第i台铁合金冶炼炉在t时刻所消耗的无功功率变量；αi为第i
台冶炼炉在生产过程中无功功率变化的斜率αi，该数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出；
为第i台冶炼炉在生产周期开始时刻的功率因数对应的角度，该数值由铁合金冶炼炉的
运行人员给出；为第i台冶炼炉在生产周期结束时刻的功率因数对应的角度，该数值由
铁合金冶炼炉的运行人员给出；为中间变量，无特殊含义；为
第i台铁合金冶炼炉在t时刻是否开始生产的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉
生产周期开始，为0表示该时刻不为铁合金冶炼炉生产周期开始的时刻；为第i台铁
合金冶炼炉在t时刻的生产周期是否结束的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉
生产周期结束，为0表示该时刻不为铁合金冶炼炉生产周期结束的时刻；为第i台铁
合金冶炼炉在t时刻的是否处于生产周期中的状态变量,为1时表示该时刻铁合金冶炼
炉正在生产，为0表示该时刻铁合金冶炼炉处于烘炉状态；为第i台铁合金冶炼炉生
产周期中的基本冶炼功率，铁合金冶炼炉的基本冶炼功率是铁合金冶炼炉的额定功率，为
一个常数(由铁合金冶炼炉确定)；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻生产周期中的调节功
率变量，铁合金冶炼炉的调节功率是铁合金冶炼炉生产运行人员超过额定功率进行生产
时，冶炼炉额外消耗的有功功率，由电力系统调度运行人员给出；为第i台铁合金冶炼炉
在t时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则
若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则为第i台铁合金冶
炼炉在t时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼炉在t时刻
则若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则为第i台冶炼炉
在烘炉状态的无功功率消耗，数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出。

根据本发明提出的的铁合金冶炼炉稳态无功功率计算模型，电力系统调度运行人
员即可根据铁合金冶炼炉实时运行状态，准确计算各台铁合金冶炼炉的稳态无功功率。

本发明提出的一种铁合金冶炼炉实时稳态无功功率计算模型的构建方法，其优点
是：充分考虑铁合金冶炼炉消耗的无功功率与铁合金冶炼炉生产过程和冶炼炉有功功率的
耦合特性，对铁合金冶炼炉的无功功率消耗特性构建计算模型；使电力系统调度运行人员
可以利用该模型对各个铁合金冶炼炉生产过程中各时段无功功率消耗进行计算，可用于电
力系统调度人员在调整铁合金冶炼炉有功功率时，方便运行人员评估铁合金冶炼炉接入的
变压器的电压水平，以防止电力系统调节铁合金冶炼炉时造成短时的低电压，保证电力系
统安全稳定运行。

具体实施方式

本发明提出的一种铁合金冶炼炉实时稳态无功功率计算模型的构建方法，其特征
在于，该方法对铁合金冶炼炉的运行过程中涉及到的生产过程和烘炉过程的变量和常数进
行定义，根据铁合金冶炼炉的无功功率消耗与冶炼炉运行状态的关系，建立铁合金冶炼炉
稳态无功功率计算模型；构建的第i台铁合金冶炼炉在t时刻的稳态无功功率计算模型为：

$Q_t^{EF,i}-Q_{t-1}^{EF,i}={\mathrm{\α}}^i(P_{adj,t}^{EF,i}+P_{on}^{EF,i}{x}_t^{EF,i})+{\mathrm{\β}}_{start}^{\′i}{P}_{start,t}^{EF,i}-{\mathrm{\β}}_{shut}^i{P}_{shut,t}^{EF,i}+Q_{\mathrm{int}er}^{EF,i}\·(v_t^{EF,i}-u_t^{EF,i})$

其中i＝1,2,...,Ng，为铁合金冶炼炉下标，t＝1,2,...,24为一个周期对应小时
时段，(一个周期共24小时，1表示周期开始第一时刻，24表示周期结束的最后时刻)，Ng为铁
合金冶炼炉的数量，上标EF表示该变量或常数属于铁合金冶炼炉模型，为第i台铁合金
冶炼炉在t时刻所消耗的无功功率变量；αi为第i台铁合金冶炼炉在生产过程中无功功率变
化的斜率，该数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出；为第i台冶炼炉在生产周期开始时
刻的功率因数对应的角度，该数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出；为第i台冶炼炉在
生产周期结束时刻的功率因数对应的角度，该数值由铁合金冶炼炉的运行人员给出；
为中间变量，无特殊含义；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻是否
开始生产的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉生产周期开始，为0表示该时
刻不为铁合金冶炼炉生产周期开始的时刻；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻的生产周期
是否结束的逻辑变量，为1时表示该时刻铁合金冶炼炉生产周期结束，为0表示该时
刻不为铁合金冶炼炉生产周期结束的时刻；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻的是否处于
生产周期中的状态变量,为1时表示该时刻铁合金冶炼炉正在生产，为0表示该时刻
铁合金冶炼炉处于烘炉状态；为第i台铁合金冶炼炉生产周期中的基本冶炼功率，铁合
金冶炼炉的基本冶炼功率是铁合金冶炼炉的额定功率，为一个常数(由铁合金冶炼炉确
定)；为第i台铁合金冶炼炉在t时刻生产周期中的调节功率变量，铁合金冶炼炉的调节
功率变量是铁合金冶炼炉生产运行人员超过额定功率进行生产时，冶炼炉额外消耗的有功
功率，由电力系统调度运行人员给出，取值范围视铁合金冶炼炉的具体型号而定；为第i
台铁合金冶炼炉在t时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼炉在t
时刻则若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则
为第i台铁合金冶炼炉在t时刻开始生产周期时的有功功率冲击变量，若第i台铁合金冶炼
炉在t时刻则若第i台铁合金冶炼炉在t时刻则
为第i台铁合金冶炼炉在烘炉状态的无功功率消耗，数值由铁合金冶炼炉的运行人
员给出。