随着新兴领域对特殊钢材需求量的持续攀升,可冶炼优质钢材的大容量电弧炉迎来了发展的春天。伴随单体电弧炉容量的提升和交流电弧炉的广泛使用,电弧炉对电网电能质量的危害愈加凸显,治理其工作运行中的电能污染刻不容缓。首先,本文对电弧炉冶炼过程中造成的电压波动和闪变、谐波、功率因数偏低等电能质量问题的机理展开研究,并通过数学建模、仿真,定量评测电弧炉运行过程对电力系统的影响。在研究过程中,优化了弧径变化的非线性时变电阻模型;提出了以电弧弧长L和电弧含能量Q为输入量的新型交流电弧电阻模型(简称L-Q模型),并与实测数据对照,定量仿真、分析了L-Q模型运行过程中注入电网的电流谐波和功率因数。然后,本文对常见的滤波装置的结构、原理特性展开研究,结合注入谐波的成分、含量,设计了滤波装置的拓扑结构。考虑晶闸管投切电抗器本身也会产生谐波和无源滤波器对基波附近低频间谐波滤波效果较差,采用有源滤波器(APF)与静止无功补偿装置(SVC)联合滤波,并将APF接在电源端,SVC接在负载端。针对冶炼过程交流电弧炉负荷表现出的电压畸变和三相不平衡,在提取基波正序电压前提下,采用Steinmetz理论和对称分量法的分相补偿方法来控制无功补偿装置,理论分析此滤波补偿装置可以改善负荷的三相不平衡、消除负序电流。最后,本文建立了系统滤波装置的仿真模型,并接入三相动态电弧炉仿真负荷。当动态模型畸变率较小时,类似于电弧炉系统工作在还原期,只投入有源滤波器,即可实现谐波滤除,可大大减小基波损耗。对于畸变率较大、三相不平衡严重的主熔期,需同时投入APF和SVC,仿真分析滤波装置可以较好的补偿电弧炉系统的功率因数,降低电压和电流谐波畸变,实现了对电弧炉系统的谐波抑制。