Analisi di fattibilità e dimensionamento di un sistema STATCOM (compensatore statico di potenza reattiva - RPCS) in applicazioni steel furnaces (EAF type)

This thesis investigates the electrical behaviour, power quality performance and regulatory compliance of an Electric Arc Furnace (EAF) installation, focusing on the disturbances generated during the steelmaking process and on the effectiveness of modern compensation technologies. A comprehensive assessment was carried out through field measurements, analytical evaluations and detailed DigSILENT simulations, allowing the characterization of the furnace’s dynamic impact on the network in terms of reactive power oscillations, harmonic distortion, flicker and voltage stability. The study also examines the modelling of the EAF through its operational phases, particularly the boring and melting stages, on the electrical response of the system. The results highlight several critical issues in the existing installation, including non-compliance with power quality limits and significant stress on upstream equipment. To address these challenges, the thesis evaluates the integration of a STATCOM based Reactive Power Compensation System, demonstrating its capability to stabilize voltage, mitigate flicker, improve power factor, and reduce harmonic content under highly variable load conditions. The adoption of advanced power electronics based compensation emerges as a decisive technological enabler for ensuring robust power quality, enhancing furnace operation and supporting the long term efficiency and competitiveness of energy intensive industrial processes.

La presente tesi analizza il comportamento elettrico, le prestazioni di power quality e la conformità normativa di un impianto dotato di Forno ad Arco Elettrico (EAF), concentrandosi sui disturbi generati durante il processo siderurgico e sull’efficacia delle moderne tecnologie di compensazione. L’attività di studio è stata condotta attraverso misure in campo, valutazioni analitiche e simulazioni dettagliate in DigSILENT, consentendo di caratterizzare l’impatto dinamico del forno sulla rete in termini di oscillazioni della potenza reattiva, distorsione armonica, flicker e stabilità della tensione. La tesi esamina inoltre la modellazione del forno nelle sue diverse fasi operative, in particolare fase di penetrazione e fase di fusione, sulla risposta elettrica del sistema. I risultati evidenziano diverse criticità nell’impianto esistente, tra cui la non conformità ai limiti di “power quality” e un significativo stress sulle apparecchiature a monte. Per affrontare tali problematiche, viene valutata l’integrazione di un sistema STATCOM per la compensazione della potenza reattiva, dimostrando la sua capacità di stabilizzare la tensione, mitigare il flicker, migliorare il fattore di potenza e ridurre il contenuto armonico in presenza di carichi altamente variabili. L’adozione di soluzioni avanzate basate sull’elettronica di potenza emerge come un fattore tecnologico decisivo per garantire i livelli di power quality prestabiliti, migliorare l’operatività del forno e sostenere l’efficienza e la competitività a lungo termine dei processi industriali ad alta intensità energetica.