CN102677097B - 一种电解铝供电稳流容错控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解铝供电稳流容错控制方法，属于化工和冶金用低压大电流整流设备控制领域。对于由多机组组成的电解铝供电系统，应根据异常情况类型将其工作电流限定在安全范围以内，并将异常机组退出总调进行分调控制;将正常工作机组总电流给定值与其实际值的偏差作为扰动量，正常工作机组总电流给定值叠加此扰动量经前馈控制后的信号，再根据参与总调机组数得到总调中单机组电流给定值，单机组给定值与实际值的差值经小闭环PID控制后输出控制信号保持单机组电流的稳定，进而保证系列总电流满足性能要求。通过稳流容错控制系统，可以有效降低异常机组对整个系统的影响，减小停机次数，极大降低故障带来的经济损失。

Description

一种电解铝供电稳流容错控制方法

技术领域

本发明涉及电解铝供电稳流容错控制方法，属于化工和冶金用低压大电流整流设备的控制技术领域。

背景技术

对于铝电解行业来说，直流电流的平稳度是影响铝电解产量的重要因素之一。铝电解中，阳极效应能引起系列电流大幅度波动；若无稳流措施，铝液面会出现振摆，易造成极间短路。为正常生产，必须加大电解槽极距，结果导致槽电压上升、电耗增多、槽温过高和电流效率降低等不良局面发生，稳流控制就成了铝冶炼中不可缺少的重要环节，而长期倍受关注。因此，研究铝电解过程中系列电流的稳流控制是当前铝电解行业供电系统中值得研究的一个重要课题。

由于电解铝所需供给的直流电流较大，单台设备一般无法完成供给，同时单台供电也存在电流波动大的问题，因此一般采用多机组构成更多脉波直流并联输出供给。每机组2柜各6脉波单独调节自己的饱和电抗器，保证各自的直流电流及系列总电流的平稳输出。当其中单机组发生异常或故障时，目前通常操作为是将异常机组切除，由于电解铝供电设备中整流器按照n+1的原则进行设计，即在一台机组因故障退出检修的情况下，其余正常工作机组仍满足负荷要求。当系统有两台机组退出后，不利于整个系统的安全稳定运行，需要全系列停机，带来巨大的经济损失。同时若此时并非全部机组投入运行，一旦机组发生异常就将异常机组退出，其余正常工作机组的负荷加大，不利于整个系统的安全稳定运行。事实上，并非所有异常情况下都需要将机组切除，可通过降低异常机组的负荷水平，保证异常机组的工作状态，可以有效降低异常机组对整个系统的影响，减小停机次数，极大降低整流设备异常带来的经济损失。

发明内容

为了解决现有技术电解铝需要多机组供电时，当系统有两台机组退出后，不利于整个系统的安全稳定运行，需要全系列停机，带来巨大经济损失的问题，本发明提供了一种可以有效降低异常机组对整个系统的影响，减小停机次数，极大降低故障带来经济损失的电解铝供电稳流容错控制方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、某机组有异常情况发生报警，判断此时是否全部机组投入运行；

（2）、如果此时全部机组已投入运行，可直接将异常机组退出检修，若此时并非全部机组投入运行，判断异常机组的异常情况类型；

（3）、根据异常情况类型选定异常机组给定值的限定值，然后得到异常机组和正常工作机组单机组的的控制信号；

（4）、得到异常机组的控制信号包括以下步骤：

1）、异常机组退出总调切为分调，将异常机组电流实际值作为反馈量，根据异常机组给定值的限定值及综合自动化监控系统的设定值确定调节的目标值进行小闭环调节；

2）、得到异常机组控制信号；

（5）、得到正常工作机组单机组的控制信号包括以下步骤：

1）、将机组原来设定的总电流值减去异常机组的电流实际值作为正常工作机组的总电流给定值，同时确定处于正常工作状态的总调机组数；

2）、将正常工作机组的总电流给定值与正常工作机组总电流实际值的偏差作为扰动量，经前馈控制器叠加到正常工作机组的总电流给定值，再除以处于正常工作状态的总调机组数，将该值其作为总调机组中单机组的电流给定值；

3）、将总调机组中各个单机组的电流实际值作为反馈量，对总调的单机组进行小闭环控制；

4）、得到正常工作机组单机组的控制信号。

前述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：将所有异常情况按照其对机组正常工作的影响程度归纳为M种异常类型，在第m种异常类型下，异常机组电流给定值的限定值Ireffm如式（1）所示，

I_reffm＝k_m(m＝1,2,…M)    （1）

其中，km为故障机组给定值的限定值。

前述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到异常机组控制信号的步骤1）具体包括以下步骤：根据异常机组给定值的限定值及综合自动化监控系统的设定值确定调节的目标值，如果综自设定值超过限定值，则以限定值为异常机组的给定值，如果综自的设定值小于限定值，则以综自设定值为异常机组的给定值，然后以异常机组的电流实际值作为反馈量，进行分调PID控制，异常机组的给定值与异常机组的实际值的差经PID逻辑运算后，作为异常机组稳流控制信号。

前述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤1）中，正常工作状态的总调机组数为总机组数减去退出机组数和分调机组数。

前述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤2）中，正常工作机组总电流实际值通过总直流电流实际值与异常机组输出电流实际值的差获得。

前述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤2）中，正常工作机组总电流实际值通过将各正常工作机组单机组的实际电流值相加获得。

本发明的有益效果是：本发明电解铝供电稳流容错控制方法可以有效降低异常机组对整个系统的影响，减小停机次数，极大降低故障带来的经济损失。同时对电解铝的供电设备的参数选择提供了新的参考标准，即整流设备中的变压器（包括有载调压变压器、整流变压器）、整流桥等的设计要满足一些故障情况下的功率要求。

附图说明

图1为电解铝供电稳流容错控制方法的流程图。

图2为总调前馈控制与总调单机组小闭环PID控制系统及异常机组分调控制系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

根据现场实际情况，可将所有异常情况归纳为M种异常类型，在第m种异常类型下，异常机组电流给定值的限定值Ireffm如式（1）所示。

I_reffm＝k_m(m＝1,2,…M)    （1）

其中，km为故障机组（异常机组）给定值的限定值。

为更好的进行具体实施的说明，这里可设M的值为4。设异常类型Ⅰ为轻型故障，其限定给定值为k₁；设异常类型Ⅱ为中型故障，其限定给定值为k₂；设异常类型Ⅲ为大型故障，其限定给定值为k₃；设异常类型Ⅳ为严重故障，将异常机组切除并将其停机。Km的值根据现场实际运行情况来确定。

图1所示为容错控制流程图，当直流供电系统中某一机组发生异常，如果此时全部机组已投入运行，可直接将异常机组退出检修，若此时并不是全部机组投入运行经异常情况诊断，进行异常类型识别，判断出属于异常类型Ⅲ，确定此机组的输出电流的最大给定值为k₃，将k₃作为故障机电流给定值，并将异常机组退出系统总调进行分调控制，同时将此机组的工作状态标为退出，改变参与总调的机组数，异常机组电流的给定值根据机组异常类型的限定值及综合自动化监控系统的设定值得到，如果综自的设定值超过限定值，则以限定值为给定，如果综自的设定值小于限定值，则以综自设定值为给定。此给定值与异常机组电流实际值的差经PID控制后保证分调机组电流的稳定。

将异常机组的输出电流进行限定以后，为维持整个系列电流的稳定，必然要将其他正常工作机组的工作电流进行变化。系统稳流利用上位监控机或手动设定总电流值，减去异常机组的电流实际值作为正常工作机组的电流总给定值，正常工作机组总电流实际值可通过总直流互感器输出信号与异常机组输出电流互感器输出信号的差或将各正常工作机组实际电流值相加获得，以正常工作机组总电流实际值作为总系列反馈信号，将运算后的值即正常工作机组总电流给定值与其实际值的差作为扰动量，进行前馈控制器后再与正常工作机组总电流给定叠加，从而完成总稳流调节，并将其输出信号除以正常运行机组数作为总调单机组小闭环控制的给定值，正常运行机组数可由总机组数减去退出机组数和分调机组数的方法获得，现场运行中正常运行机组数可从监控数据中取得，各分直流互感器的采样信号作为单机组小闭环反馈信号，给定值与实际值的差送入分环PID控制器，并由其完成运算调节控制，达到机组电流稳定的目的。图2所示为总调前馈控制与总调单机组小闭环PID控制系统及异常机组分调控制系统，Iref为系列电流给定值，I₁，I₂，…，Ip分别为正常工作机组第1，2，…，p台机组的电流实际值，给定值与实际值的差经过PID计算得到控制电路信号，Ireff1，Ireff2，…，Ireffm分别为各异常类型电流给定限定值；F(s)为前馈控制，G₁(s)、G₂(s)、…，Gp(s)为总调各单机组PID控制，Gq(s)为分调机组PID控制。总调前馈控制和单机组小闭环控制构成一个两级稳流系统，二者相互配合，共同实现系列电流和单机组电流的稳定，促使系列电流平稳输出。单机组小闭环控制是调节稳流的基础控制环节，总调的调节是依赖控制单机组控制来实现的，必须保证各小闭环的调节品质，这样才能保证系列电流的调节效果和品质。

本发明总调中单机组电流稳流通过自动负反馈PID控制原理，以电流为控制目标，单机组电流参考值与各自电流实际值的差经PID调节，PID控制器逻辑运算的输出作为自饱和电抗器的控制电路或可控硅整流桥的输入控制信号，改变整流桥的换相延迟角，从而改变输出电压，达到稳流的目的。如果此时正常工作机组需要承担大于保证其安全工作的电流最大值，供电系统将无法安全工作，需要进行全系列停机。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、某机组有异常情况发生报警，判断此时是否全部机组投入运行；

(2)、如果此时全部机组已投入运行，可直接将异常机组退出检修，若此时并非全部机组投入运行，判断异常机组的异常情况类型；

(3)、根据异常情况类型选定异常机组给定值的限定值，然后得到异常机组和正常工作机组单机组的的控制信号；

(4)、得到异常机组的控制信号包括以下步骤：

1)、异常机组退出总调切为分调，将异常机组电流实际值作为反馈量，根据异常机组给定值的限定值及综合自动化监控系统的设定值确定调节的目标值进行小闭环调节；

2)、得到异常机组控制信号；

(5)、得到正常工作机组单机组的控制信号包括以下步骤：

1)、将机组原来设定的总电流值减去异常机组的电流实际值作为正常工作机组的总电流给定值，同时确定处于正常工作状态的总调机组数；

2)、将正常工作机组的总电流给定值与正常工作机组总电流实际值的偏差作为扰动量，经前馈控制器叠加到正常工作机组的总电流给定值，再除以处于正常工作状态的总调机组数，将该值作为总调机组中单机组的电流给定值；

3)、将总调机组中各个单机组的电流实际值作为反馈量，对总调的单机组进行小闭环控制；

4)、得到正常工作机组单机组的控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：将所有异常情况按照其对机组正常工作的影响程度归纳为M种异常类型，在第m种异常类型下，异常机组电流给定值的限定值I_reffm如式(1)所示，

I_reffm＝k_m(m＝1,2,…M)   (1)

其中，k_m为故障机组给定值的限定值。

3.根据权利要求2所述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到异常机组控制信号的步骤1)具体包括以下步骤：根据异常机组给定值的限定值及综合自动化监控系统的设定值确定调节的目标值，如果综自设定值超过限定值，则以限定值为异常机组的给定值，如果综自的设定值小于限定值，则以综自设定值为异常机组的给定值，然后以异常机组的电流实际值作为反馈量，进行分调PID控制，异常机组的给定值与异常机组的实际值的差经PID逻辑运算后，作为异常机组稳流控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤1)中，正常工作状态的总调机组数为总机组数减去退出机组数和分调机组数。

5.根据权利要求4所述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤2)中，正常工作机组总电流实际值通过总直流电流实际值与异常机组输出电流实际值的差获得。

6.根据权利要求4所述的一种电解铝供电稳流容错控制方法，其特征在于：得到正常工作机组单机组控制信号的步骤2)中，正常工作机组总电流实际值通过将各正常工作机组单机组的实际电流值相加获得。