Интеллектуальная фазная компенсация реактивной мощности электродуговой печи на основе генетического алгоритма

Abstract

Актуальность. Рассматривается задача оптимизации углов открытия тиристоров в системе фазной компенсации электродуговой печи с использованием генетического алгоритма. Предлагаемый подход обеспечивает пофазное регулирование потоков реактивной мощности и способствует снижению уровня несимметрии напряжений. Расширение применения электродуговых печей предъявляет повышенные требования к качеству электроэнергии, тогда как традиционные методы компенсации недостаточно эффективны при быстро изменяющемся характере нагрузки. Использование генетического алгоритма как инструмента глобальной оптимизации позволяет реализовать адаптивную компенсацию несимметрии напряжений в условиях динамических режимов. Цель. Разработка и обоснование метода оптимального управления фазными углами открытия тиристоров в системе компенсации несимметрии напряжений электродуговой печи, направленного на повышение качества электроснабжения, энергоэффективности и устойчивости технологического процесса. Методы. Генетический алгоритм, обеспечивающий поиск оптимальных значений фазных углов управления тиристорами в системе фазной компенсации. Критериями оптимизации являются минимизация коэффициента несимметрии напряжений и снижение потерь реактивной мощности, что позволяет реализовать адаптивное управление в условиях переменной нагрузки. Результаты. Разработан метод оптимального регулирования углов открытия тиристоров в диапазоне 0-90° на основе генетического алгоритма. Применение предложенного решения позволило снизить коэффициент несимметрии напряжений до 2-4 %, уменьшить удельный расход электроэнергии и повысить энергетическую эффективность работы электродуговой печи. Проведённые исследования подтвердили устойчивость алгоритма при изменяющихся режимах нагрузки и возможность его применения в других устройствах компенсации реактивной мощности

Relevance. The paper addresses the problem of optimizing the thyristor firing angles in a phase-based compensation system of an electric arc furnace using a genetic algorithm. The proposed approach provides phase-by-phase control of reactive power flows and contributes to the reduction of voltage asymmetry levels. The expanding application of electric arc furnaces imposes increased requirements on power quality, while conventional compensation methods are insufficiently effective under rapidly varying load conditions. The use of a genetic algorithm as a global optimization tool enables the implementation of adaptive compensation of voltage asymmetry under dynamic operating conditions. Aim. Development and justification of a method for optimal control of thyristor firing phase angles in a voltage asymmetry compensation system of an electric arc furnace, aimed at improving power supply quality, energy efficiency, and the stability of the technological process. Methods. Genetic algorithm to determine the optimal values of thyristor firing phase angles in the phase-based compensation system. The optimization criteria include minimization of the voltage asymmetry factor and reduction of reactive power losses, enabling adaptive control under variable load conditions. Results. The authors have developed a method for optimal control of thyristor firing angles within the range of 0-90° based on a genetic algorithm. The application of the proposed solution made it possible to reduce the voltage asymmetry factor to 2-4%, decrease specific energy consumption, and improve the energy efficiency of electric arc furnace operation. The conducted studies confirmed the stability of the algorithm under varying load conditions and the possibility of its application in other reactive power compensation devices