CN103510124A - 一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，该系统中设置一上位计算机，所述上位计算机发出整流系统触发给定信号G，控制系统进入工作状态；所述上位计算机实时采集直流传感器的电解直流反馈信号I，通过电解直流反馈信号I判断电解直流电流是否与额定值有偏差，如存在偏差，则输出一个可控硅给定控制信号V对整流机组进行可控硅稳流，实现电解槽恒电流稳定运行。本发明将多整流机组并联运行供电整流系统完全按照电解铝工艺要求自动稳流控制系统与电网系统安全稳控系统结合，实现微电网孤网运行的目的。可以根据电网质量要求有选择的调整并联运行的整流机组台数。
Description
技术领域
本发明涉及电网安全稳定控制系统的技术领域，具体说是一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统及装置。
背景技术
由于电解铝冶炼厂是耗电大户，仅一个年产40万吨电解铝生产厂，需要约720WM的电能，年耗电量约56×108kWh，因此希望将电解铝冶炼厂建设在用电价格较为合理的地方。但是，随着电力需求的攀升，很难从电网上向电解铝冶炼厂提供足够多的容量，采用铝电联合企业成为必须。这意味着，需要在靠近电解铝冶炼厂的地方修建专用或“附属”电厂与电解铝冶炼厂组成微电网孤网运行来提供电解铝所需的电力。但是，如果当电解铝冶炼厂地处偏远，附近电网非常薄弱，将采用电解铝厂与自备电厂直接供电方式组成微电网或者孤网运行方式，此时，由于电解铝厂电解槽直流生产系统占全厂约95％的负荷，因此，如果电厂运行的发电机组故障退出运行，往往由于旋转备用容量不足，在负荷没有快速减少的情况下，导致电网质量急剧下降，由于是单一负荷，此时又很难在电厂侧实施自动减载操作，因此要求在电解铝厂与自备电厂直接供电方式组成微电网或者孤网运行方式情况下，在铝厂负荷侧设置能够自动检测电网质量并能够有选择的自动减少向电解槽输送的功率，来自动稳定电网质量，同时，在供电系统正常情况下，供电整流装置又要必须电解槽自动稳流控制。常规电网供电的电解铝厂仅有满足电解槽生产的自动稳流系统，没有设置根据电网质量设置在线检测电网质量并进行自动调节控制的设计。然而本发明针对一个电解铝厂与自备电厂直接供电方式组成微电网或者孤网的运行系统，实现在电解铝负荷不全系列停电的条件下，根据发电厂发电功率实现自动调节电解铝负荷的控制系统及装置，此控制系统及装置尚未见报道。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统及装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，该系统中设置一上位计算机，所述上位计算机发出整流系统触发给定信号G，控制系统进入工作状态；
所述上位计算机实时采集直流传感器的电解直流反馈信号I，通过电解直流反馈信号I判断电解直流电流是否与额定值有偏差，如存在偏差，则输出一个可控硅给定控制信号V对整流机组进行可控硅稳流，实现电解槽恒电流稳定运行。
所述上位计算机还通过电源频率检测仪采集电网频率信号F，如果电网频率信号F异常，则需判断电网频率信号F偏离正常值的大小，当偏离值达到设定较大值时，需逐一退出整流机组，并根据可控硅给定控制信号调整晶闸管触发角，以实现电解槽降电流运行，保证电网频率稳定；当偏离值达到设定较小值时，则只需根据可控硅给定控制信号V调整晶闸管触发角，以实现电解槽降电流运行，保证电网频率稳定。
如电网频率正常时整流机组有1台或2台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I自动调节其它整流机组晶闸管触发角使电解系列保持电流恒定；如频率正常时整流机组有3台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I自动调节其它整流机组晶闸管触发角使电解系列降电流运行。
所述电解直流反馈信号I是电解铝直流系统能够自动保持系列额定电流恒定运行的反馈信号，设置7台并联工作的整流机组输出电解槽额定电流，当电网频率正常时控制系统根据电解直流反馈信号I对整流机组2输出可控硅给定控制信号V调节可控硅的晶闸管触发角，实现电解槽恒电流稳定运行。
所述控制系统包括如下步骤：
步骤a:在控制系统初始工作时由控制操作人员通过计算机给定整流系统触发给定信号G信号，控制系统进入工作状态；
步骤b:计算机实时在线检测电网频率,当发电厂发电机组异常造成电网频率下降，需要减少负荷时，进入频率控制状态，控制系统进入下一步骤h；如电网频率正常，进入电解稳流状态，进行c、d、f步骤；
步骤c:当并联运行的整流机组有1台故障退出运行时，此时进入步骤e；
步骤d:当并联运行的整流机组有2台故障退出运行时，此时进入步骤e；
步骤e:根据电解直流反馈信号I自动调节其它运行中的整流机组晶闸管触发角，以使电解槽保持电流恒定；
步骤f：当并联运行的整流机组有3台故障退出运行时，此时进入步骤g；
步骤g:根据电解直流反馈信号I自动调节其它运行中整流机组晶闸管触发角，以使电解槽降电流运行；
当步骤b检测电网频率不正常时，执行步骤h；
步骤h：如果检测到电网频率下降至系统设定限值时，此时为实现快速稳定电网频率，控制系统可以同时执行两个指令信号，执行步骤i及步骤j；
步骤i:发出一个跳闸信号停掉一台整流机组，使电解直流负荷将快速减少1/7；
步骤j:根据可控硅给定控制信号V调节剩余运行中的整流机组的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行；经过步骤i及步骤j后，再次检测电网频率信号F是否正常；如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤i及步骤j，退出一台整流机组及调整晶闸管触发角降电流运行，如此反复，直至电网频率正常，电网频率进入安全稳定状态；
当步骤h检测到频率未下降至设定限值时，执行步骤m；
步骤m:根据可控硅给定控制信号V调节整流机组的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行,然后检测电网频率信号F是否正常，如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤m；调整晶闸管触发角直流降电流运行，如此反复，直至频率正常，电网频率进入安全稳定状态。
该装置主要包括：上位计算机，整流机组，电解槽，电源频率检测仪和直流传感器；所述上位计算机发出触发给定信号至整流机组，控制整流机组进行整流工作；所述整流机组与电解槽连接，实现铝电解直流供电；所述上位计算机采集电源频率检测仪的电网频率信号F，进行判断电网电能质量；所述上位计算机采集直流传感器的电流信号，进行判断电解槽的直流电流是否正常；所述上位计算机还输出控制信号至可控硅，调整晶闸管触发角实现直流电流调整。
附图说明
图1是本发明的控制系统整体结构框图。
图2是本发明的控制系统的流程图。
图中标号对应的名称为：1－发电厂电源；2－整流机组；3－电解槽；4－电源频率检测仪；5－直流传感器；6－电网频率信号F；7－整流系统触发给定信号G；8－电解直流反馈信号I；9－可控硅给定控制信号V。
本发明的优点是：
1、本发明可以将多整流机组并联运行供电整流系统完全按照电解铝工艺要求自动稳流控制系统与电网系统安全稳控系统结合，实现微电网孤网运行的目的。
2、本发明充分利用晶闸管快速减负荷的特性，快速稳定电网系统。
3、本发明可以根据电网质量要求有选择的调整并联运行的整流机组台数。
4、本发明对于采用饱和电抗器和有载调压开关组成的整流系统可以采用有选择的停止1～2台整流机组，同时关断自动稳流控制系统来实现减负荷运行。
具体实施方法
下面结合附图1、2对本发明作进一步说明。
一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，该系统中设置一上位计算机，所述上位计算机发出整流系统触发给定信号G7，系统进入工作状态；所述上位计算机实时采集直流传感器5的电解直流反馈信号I8，通过电解直流反馈信号电解直流反馈信号I88判断电解直流电流是否与额定值有偏差，如存在偏差，则输出一个可控硅给定控制信号V9对整流机组2进行可控硅稳流，实现电解槽3恒电流稳定运行。如频率正常时整流机组2有1台或2台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I8自动调节其它整流机组2晶闸管触发角使电解系列保持电流恒定；如频率正常时整流机组2有3台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I8自动调节其它整流机组2晶闸管触发角使电解系列降电流运行；所述上位计算机通过电源频率检测仪4采集电网频率信号F6，如果电网频率信号F6异常，则需判断电网频率偏离正常值的大小，当偏离值达到设定较大值时（即设定值为f＜49.5Hz），需逐一退出整流机组2，并根据可控硅给定控制信号V9调整晶闸管触发角，以实现电解槽3降电流运行，保证电网频率稳定；当偏离值达到设定较小值时（即设定值49.8Hz>f≥≥49.5Hz），则只需根据可控硅给定控制信号V9调整晶闸管触发角，以实现电解槽3降电流运行，保证电网频率稳定。逐一退出整流机组2具体指的是先退出一台整流机组2，退出并调晶闸管后再检测电网频率信号F6是否正常，如仍未恢复正常，再退出一台整流机组2，如此循环，直至频率正常。
所述电解直流反馈信号I8是电解铝直流系统能够自动保持系列额定电流恒定运行的反馈信号，设置7台并联工作的整流机组2输出电解槽3额定电流，当电网频率正常时控制系统根据电解直流反馈信号I8对整流机组2输出可控硅给定控制信号V9调节可控硅的晶闸管触发角，实现电解槽3恒电流稳定运行。
本发明为达到自备电厂直供电电解铝厂微电网孤网运行供电系统安全稳定运行要求，在电解铝厂侧设置了专用的自动检测供电系统频率并根据频率要求自动调节电解铝用电负荷的保护装置，同时该保护装置在发电厂正常情况下能够按电解槽工艺要求实现自动稳流控制。
因为常规的电解铝厂供电整流系统设计仅设置满足电解槽工艺要求的自动稳流控制系统，和供电整流系统常规的保护系统，但是，对于自备电厂直供电电解铝厂微电网孤网运行供电整流系统，不仅要满足电解槽工艺要求的自动稳流控制系统，而且，必须具有按照供电系统频率要求通过可控硅进行快速减负荷或者通过断路器快速退出1～2台整流机组2，并自动锁定其它整流机组2不自动增加负荷。
在系统初始工作时由控制操作人员通过计算机系统给定一个触发信号G7，整流系统进入工作状态。计算机系统通过直流传感器5得到电解直流反馈信号I8，电解直流反馈信号I8是为了满足电解铝直流系统能够自动保持系列额定电流恒定运行的反馈信号，通常7台并联工作的整流机组2输出电解槽3额定电流，当电网频率正常时控制系统根据电解直流反馈信号I8自动调节晶闸管触发角来满足电解系列正常生产。通过对整流机组2输出一个可控硅给定控制信号V9进行可控硅稳流，保证电解槽3恒电流稳定运行。整流机组2由发电厂电源1供给电源，此时计算机系统时刻通过电源频率检测仪4检测电网频率信号F6，如果电网频率信号F6不正常时，可根据需要退出一定数量的整流机组2，并通过对其余的整流机组2输出一个可控硅给定控制信号V9进行可控硅稳流，以实再电解槽3降电流运行，保证系统频率稳定。
下面结合附图2对本发明的系统控制作进一步说明。
本发明控制系统包括如下步骤：
步骤a:在控制系统初始工作时由控制操作人员通过计算机给定整流系统触发给定信号G7信号，控制系统进入工作状态；
步骤b:计算机实时在线检测电网频率,当发电厂发电机组异常造成电网频率下降，需要减少负荷时，进入频率控制状态，控制系统进入下一步骤h；如电网频率正常，进入电解稳流状态，进行c、d、f步骤；
步骤c:当并联运行的整流机组2有1台故障退出运行时，此时进入步骤e；
步骤d:当并联运行的整流机组2有2台故障退出运行时，此时进入步骤e:
步骤e:根据电解直流反馈信号I8自动调节其它运行中的整流机组2晶闸管触发角，以使电解槽3保持电流恒定；
步骤f：当并联运行的整流机组2有3台故障退出运行时，此时进入步骤g；
步骤g:根据电解直流反馈信号I8自动调节其它运行中整流机组2晶闸管触发角，以使电解槽3降电流运行；
当步骤b检测电网频率不正常时，执行步骤h；
步骤h：如果检测到电网频率下降至系统设定限值时，此时为实现快速稳定电网频率，控制系统可以同时执行两个指令信号,执行步骤i及步骤j；
步骤i:发出一个跳闸信号停掉一台整流机组2，使电解直流负荷将快速减少1/7；
步骤j:根据可控硅给定控制信号V9调节剩余运行中的整流机组2的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行；经过步骤i及步骤j后，再次检测电网频率信号F是否正常；如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤i及步骤j，退出一台整流机组2及调整晶闸管触发角降电流运行，如此反复，直至电网频率正常，电网频率进入安全稳定状态；
当步骤h检测到频率未下降至设定限值时，执行步骤m；
步骤m:根据可控硅给定控制信号V9调节整流机组2的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行,然后检测电网频率信号F是否正常，如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤m：调整晶闸管触发角直流降电流运行，如此反复，直至频率正常，电网频率进入安全稳定状态。
电源频率检测仪4采用数显频率表型号为PP800H-A5（数码管显示，带模拟量输出）或采用型号为PD800G-E14多功能电能表（数码管显示，带模拟量输出）均可，国内这种产品非常丰富，为现有技术。直流传感器采用型号为ZDY-N的产品，为现有技术。电网频率由频率检测仪测得，为现有技术。电解直流反馈信号I8由直流传感器测得，为现有技术。可控硅给定控制信号V9由可控硅稳控系统发出，国内有很多配套厂家，为现有技术；可控硅给定控制信号V9即为调整晶闸管触发角，为国内成熟技术，国内铝厂采用晶闸管稳控技术已有几十年的生产运行经验。
Claims (6)
1.一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，其特征在于：
该系统中设置一上位计算机，所述上位计算机发出整流系统触发给定信号G，控制系统进入工作状态；
所述上位计算机实时采集直流传感器的电解直流反馈信号I，通过电解直流反馈信号I判断电解直流电流是否与额定值有偏差，如存在偏差，则输出一个可控硅给定控制信号V对整流机组进行可控硅稳流，实现电解槽恒电流稳定运行。
2.根据权利要求1所述的自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，其特征在于：
所述上位计算机还通过电源频率检测仪采集电网频率信号F，如果电网频率信号F异常，则需判断电网频率信号F偏离正常值的大小，当偏离值达到设定较大值时，需逐一退出整流机组，并根据可控硅给定控制信号调整晶闸管触发角，以实现电解槽降电流运行，保证电网频率稳定；当偏离值达到设定较小值时，则只需根据可控硅给定控制信号V调整晶闸管触发角，以实现电解槽降电流运行，保证电网频率稳定。
3.根据权利要求2所述的自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，其特征在于：
如电网频率正常时整流机组有1台或2台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I自动调节其它整流机组晶闸管触发角使电解系列保持电流恒定；如频率正常时整流机组有3台故障退出运行时，此时可根据电解直流反馈信号I自动调节其它整流机组晶闸管触发角使电解系列降电流运行。
4.根据权利要求1所述的自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，其特征在于：
所述电解直流反馈信号I是电解铝直流系统能够自动保持系列额定电流恒定运行的反馈信号，设置7台并联工作的整流机组输出电解槽额定电流，当电网频率正常时控制系统根据电解直流反馈信号I对整流机组2输出可控硅给定控制信号V调节可控硅的晶闸管触发角，实现电解槽恒电流稳定运行。
5.根据权利要求1所述的自动调节电解铝直流负荷的微电网控制系统，其特征在于：
控制系统包括如下步骤：
步骤a:在控制系统初始工作时由控制操作人员通过计算机给定整流系统触发给定信号G信号，控制系统进入工作状态；
步骤b:计算机实时在线检测电网频率,当发电厂发电机组异常造成电网频率下降，需要减少负荷时，进入频率控制状态，控制系统进入下一步骤h；如电网频率正常，进入电解稳流状态，进行c、d、f步骤；
步骤c:当并联运行的整流机组有1台故障退出运行时，此时进入步骤e；
步骤d:当并联运行的整流机组有2台故障退出运行时，此时进入步骤e；
步骤e:根据电解直流反馈信号I自动调节其它运行中的整流机组晶闸管触发角，以使电解槽保持电流恒定；
步骤f：当并联运行的整流机组有3台故障退出运行时，此时进入步骤g；
步骤g:根据电解直流反馈信号I自动调节其它运行中整流机组晶闸管触发角，以使电解槽降电流运行；
当步骤b检测电网频率不正常时，执行步骤h；
步骤h：如果检测到电网频率下降至系统设定限值时，此时为实现快速稳定电网频率，控制系统可以同时执行两个指令信号,执行步骤i及步骤j；
步骤i:发出一个跳闸信号停掉一台整流机组，使电解直流负荷将快速减少1/7；
步骤j:根据可控硅给定控制信号V调节剩余运行中的整流机组的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行；经过步骤i及步骤j后，再次检测电网频率信号F是否正常；如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤i及步骤j，退出一台整流机组及调整晶闸管触发角降电流运行，如此反复，直至电网频率正常，电网频率进入安全稳定状态；
当步骤h检测到频率未下降至设定限值时，执行步骤m；
步骤m:根据可控硅给定控制信号V调节整流机组的晶闸管触发角，使电解直流降电流运行，然后检测电网频率信号F是否正常，如频率正常，电网频率进入安全稳定状态；如果频率仍不正常，将再次重复步骤m；调整晶闸管触发角直流降电流运行，如此反复，直至频率正常，电网频率进入安全稳定状态。
6.一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制装置，其特征在于：
该装置主要包括：上位计算机，整流机组，电解槽，电源频率检测仪和直流传感器；
所述上位计算机发出触发给定信号至整流机组，控制整流机组进行整流工作；
所述整流机组与电解槽连接，实现铝电解直流供电；
所述上位计算机采集电源频率检测仪的电网频率信号F，进行判断电网电能质量；
所述上位计算机采集直流传感器的电流信号，进行判断电解槽的直流电流是否正常；
所述上位计算机还输出控制信号至可控硅，调整晶闸管触发角实现直流电流调整。
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